Способ очистки водных растворов солей церия

 

Использование: очистка солей редкоземельных элементов, в частности церия. Сущность способа: водный раствор солей церия, содержащий микропримеси щелочно-земельных элементов, свинца, железа, марганца и др., пропускают через макропористый катионит с фосфорнокислотными группами. Скорость пропускания раствора 0,05-0,20 см³/cм²·мин. Из очищенного раствора осаждают карбонат церия при рН 4,5-5,5. 1 табл.

Изобретение относится к способам очистки солей редкоземельных элементов, а именно водных растворов солей церия, и может быть применено в технологии получения особочистых химических веществ, в радиоэлектронике, лазерной технике, там, где требуются вещества с содержанием микропримесей металлов на уровне 10^-5-10^-4 мас.

Известен ряд способов очистки солей редкоземельных элементов, в том числе церия, относящихся к сорбционному методу очистки.

Основным недостатком всех известных способов является то, что они малоэффективны при очистке солей церия от элементов второй группы и свинца, наличие которых существенно влияет на радиационную устойчивость целевых продуктов, например трифторида церия.

Кроме того, способы характеризуются низкой производительностью и невозможностью осуществления в непрерывном режиме [1] Наиболее близким по технической сущности к новому способу является известный способ очистки солей редкоземельных элементов от микропримесей металлов путем их сорбции на полиамфопите с диаминоалкиленфосфиновыми группами при рН раствора, равном 3-4 [2] Основным недостатком способа прототипа, как указывалось выше, является невысокая степень очистки от таких микропримесей, как магний, кальций, свинец (см. альтернативный пример 8). Коэффициент очистки данного способа в отношении указанных примесей составляет 4-5 ед.

Предложенный способ очистки растворов солей церия осуществляется путем пропускания растворов через макропористый фосфорнокислый катионит со скоростью 0,05-0,20 см³/см²·мин с последующим осаждением карбоната церия при рН 4,5-5,5.

Новый способ отличается как видом сорбента, так и условиями последующего осаждения.

Cущественным признаком нового способа является выбор в качестве сорбента катионита с определенными функциональными группами, а именно фосфорнокислотными группами (катионите марки КРФ-20Т). Селективность этого катионита объясняется образованием устойчивых комплексных форм микропримесей элементов II группы и свинца с фосфорнокислотными группами, которые значительно более устойчивы, чем диаминоалкиленфосфиновые комплексы, что видно из прилегаемой ниже таблицы.

Важную роль при осуществлении способа имеет скорость пропускания раствора через катионит, которая составляет 0,05->0,20 см³/см²·мин. В случае увеличения скорости пропускания выше заявляемой величины происходит снижение степени очистки. Так при скорости пропускания раствора, равной 0,3 см³/см²·мин, содержание лимитированных примесей повышается на один порядок. Уменьшение же скорости пропускания раствора ниже 0,05 см³/см²·мин приводит к значительному уменьшению интенсивности процесса при получении равнозначной степени очистки, что экономически невыгодно.

Новый способ состоит из двух стадий: стадии сорбционной очистки и стадии очистки через осаждение карбоната церия, обеспечивающее дополнительную очистку от примесей металлов, таких как железо, марганец, кобальт до содержания последних до величины порядка 1-5·10^-5мас. Данная стадия осуществляется при определенном рН раствора, составляющем 4,5-5,5. Такое значение рН обеспечивает максимальное осаждение с минимальным захватом примесей из раствора. Нижний предел рН определяет точку начала осаждения карбоната церия. При осуществлении осаждения при рН более 5,5 наблюдается переход примесей из раствора и их осаждение вместе с карбонатом церия.

Таким образом, новый способ очистки солей церия в виде их водных растворов обеспечивает эффективную очистку от микропримесей щелочно-земельных металлов и свинца до содержания последних на уровне 1·10^-4-5·10^-5 мас. и характеризуется коэффициентом очистки на уровне 20-50 /по сравнению с чистой исходных продуктов/.

Изобретение иллюстрируется примером и таблицей.

Пример 1. Через сорбционную колонку диаметром 5 см и высотой 60 см, заполненную макропористым катионитом КРФ-20Т, пропускают 12%-ный раствор нитрата церия со скоростью 0,1 см³/см²· мин. Высота слоя сорбента 50 см. Сорбцию проводят до появления проскока по концентрации микропримесей.

Затем катионит промывают небольшим количеством воды /2-3 объема объем смолы/ и проводят десорбцию примесей 7-10%-ным раствором азотной кислоты /5 объемов кислоты на 1 объем смолы/, а затем опять водой до рН 3-4 промывных вод. Без регенерации катионита получают 20-30 объемов очищенного раствора на 1 объем катионита. Очищенный раствор заливают в емкость объемом 3 л и осаждают 10% -ным раствором карбоната аммония при значении рН 5,0. Содержание примесей металлов в конечном продукте ( мас.): 1·10^-4Ca, 5·10^-5Mg, 5·10^-5Pb, коэффициент очистки по Ca-20, по Mg-50, по Pb-50.

Примеры 2-8 аналогичны примеру 1.

Результаты примеров представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ очистки водных растворов солей церия путем их сорбции на фосфорсодержащих ионитах, отличающийся тем, что процесс сорбции осуществляют на макропористом фосфорнокислотном катионите при скорости пропускания раствора 0,05 0,20 см³/см² · мин с последующим осаждением карбоната церия при pH 4,5 5,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1