Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса

 

Изобретение относится к извлечению редкоземельных элементов из отходов производства минеральных удобрений - фосфогипса. Фосфогипс обрабатывают водой, или минеральной кислотой, или раствором неорганической соли. Полученный раствор отделяют от осадка и выделяют редкоземельные элементы из фильтрата смесью газообразного аммиака и воздуха, взятых в соотношении аммиак : воздух, равном 1:(2-4). Температура 25 - 60^oC, pH 3,5 - 6,6, преимущественно, 5,5 - 6,4. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Для получения фосфорсодержащих удобрений перерабатываются десятки миллионов тонн фосфорсодержащих минералов: апатитов, фосфоритов и др. Как правило, переработка осуществляется воздействием на эти природные материалы концентрированной азотной или серной кислоты. При обработке серной кислотой происходит разложение апатита с выделением в осадок сульфата кальция и образованием раствора фосфорной кислоты. В апатите Кольского полуострова содержится до 1% редкоземельных элементов (РЗЭ), которые при сернокислотном вскрытии на 70% переходят в осадок сульфата кальция. Кроме РЗЭ осадок содержит небольшие количества фторид- и фосфат-ионов, а также примеси стронция. Полученный осадок - это отход производства минеральных удобрений, носит название "фосфогипс" и образует целые горы вокруг заводов по переработке апатита (г. Воскресенск и др.) Наличие таких отвалов, содержащих токсичные соединения фтора, представляет серьезную экологическую опасность. Поэтому неудивительно, что проведены многочисленные исследования по разработке технологий переработки таких отвалов с целью извлечения РЗЭ и удаления токсичных компонентов.

Опубликован способ переработки фосфогипса прокаливанием с последующей утилизацией карбоната кальция и концентрата РЗЭ [1]. Предложен способ регенерации серы из фосфогипса [2] и способ получения строительных плит [3].

Наиболее близким по техническому решению является способ извлечения РЗЭ из фосфогипса обработкой последнего азотной кислотой и последующим извлечением РЗЭ экстракцией фосфиноксидом [4].

Недостаток этого метода заключается в необходимости применять дорогостоящий триалкилфосфиноксид и в невозможности полного жидкофазного извлечения РЗЭ из органической фазы. Кроме того, из-за высоких потерь фосфиноксида с водной фазой данный метод неэкономичен и требует дополнительных установок для утилизации фосфиноксида. Возможно по причине сложности технических решений до настоящего времени не введено в действие ни одной установки по извлечению РЗЭ из фосфогипса.

С целью упрощения процесса, сокращения числа операций предлагается следующее техническое решение. При извлечении РЗЭ из промывных растворов основной трудно разрешимой проблемой является фильтрация осадка, т.к. объемы промывных растворов достигают 50 - 100 м³/ч. Образующиеся осадки имеют низкие скорости отстоя и фильтрации, что создает серьезные производственные трудности при организации процесса. Скорость отстоя прямо зависит от фактуры осадка, в частности, от его плотности. Рыхлые, студнеобразные осадки практически не фильтруются. Предлагаемый метод позволяет получать достаточно плотные осадки с высокой скоростью отстоя пульпы. Фосфогипс обрабатывают водой, слабым раствором минеральной кислоты или раствором минеральной соли, растворяя РЗЭ с последующим отделением водной фазы от осадка сульфата кальция. Если фосфогипс содержит избыток ионов водорода, то достаточно применения воды. В других случаях целесообразно использовать разбавленные растворы серной кислоты, которых всегда достаточно на апатитперерабатывающем предприятии. Нами обнаружено также существенное ускорение кинетики перехода РЗЭ и фосфогипса в раствор при обработке пульпы ультразвуком в течение 5 - 20 мин. После отделения осадка сульфата кальция водный раствор содержит 0,2 - 2,0 г/л РЗЭ, катионы кальция, стронция, фторид- и фосфат- анионы. Полученный раствор обрабатывают газообразной смесью аммиака и воздуха, взятых в соотношении аммиак:воздух 1:2-4 при температуре 25 - 60^oC до достижения pH равного 3,5 - 6,6. Оптимальное значение pH 5,5 - 6,4. Редкоземельные элементы выпадают в виде хорошо фильтрующихся, достаточно плотных осадков гидратофосфатов, которые хорошо отделяются от раствора. При повышении температуры выше 60^oC отстой осадка увеличивается несущественно, но это требует значительных энергетических затрат. Увеличение pH до значений 7 - 8 вызывает соосаждение кальция с РЗЭ и приводит к зависанию осадка, т.е. невозможности его отделения от водного раствора. При меньшем значении pH не достигается полнота выделения РЗЭ. Осаждение смесью аммиака и воздуха необходимо, т.к. при использовании чистого аммиака с редкими землями соосаждается кальций. Остающиеся после выделения РЗЭ соли аммония возвращают в цикл основного производства удобрений. Достоинство способа заключается в том, что устраняется сложная и дорогостоящая технология экстракции, сопровождающаяся загрязнением сбросных растворов водорастворимыми фосфорорганическими соединениями.

Пример. Навеску фосфогипса массой 1000 г перемешивали в течение одного часа с 1500 мл водного раствора, содержащего 5 г/л серной кислоты. После отделения твердого осадка получен фильтрат, содержащий 610 мг/л РЗЭ, 950 мг/л кальция и 2,8 г/л фосфат-иона. Отдельные порции фильтрата обрабатывали газообразной смесью аммиака и воздуха при условиях, указанных в таблице.

Как видно из представленных результатов, при соблюдении рекомендованных параметров кальций остается в маточнике вместе с фосфат-ионами. Содержание кальция в концентрате РЗЭ (по отношению к РЗЭ) не превышает 10%. В маточнике остается и большая часть фосфат-ионов. Поведение фтора аналогично поведению фосфора. Но еще более важным фактором является увеличение скорости отстоя осадков РЗЭ. Как видно из приведенных на чертеже данных, скорость отстоя пульпы (1,5 - 4,0 м³/м²·час) для рекомендованного режима гораздо выше, чем скорость отстоя при стандартном варианте осаждения. Этот показатель очень важен при промышленном ведении технологии, т.к. позволяет для больших объемов растворов обеспечить требуемую производительность при относительно небольших капитальных затратах с использованием известного фильтрованного оборудования. Таким образом, из фосфогипса извлекают РЗЭ, но при этом он очищается от примесей соединений фосфора и фтора, что очень важно, т.к. уменьшается воздействие отвалов фосфогипса на окружающую среду. После многократной обработки (если это требуется) фосфогипс может быть утилизирован для получения строительных материалов.

Литература.

1. А. М. Андрианов и др. Получение чистого карбоната кальция и концентрата РЗЭ при комплексной переработке фосфогипса. Тр. НИИ по удобр. и инсект. 1983, N 243, стр. 144-151.

2. В. В. Студенцов и др. Особенности регенерации серы при производстве удобрений. 2-я Всесоюз. кон. по компл. испол. руд и кон-тов: Тезисы докл. т. 2, стр. 196, М. 1983 г.

3. А.Л.Гольдинов и др. Комплексная переработка фосфатного сырья Л.: Химия, 1982 г.

4. И.Н. Мартынова и др. Исследование распределения РЗЭ при экстракции из кислых нитратно-фосфатных растворов. Сб. Переработка и физ.-хим. св-ва соед. редких эл-тов. Апатиты, 1984 г., стр. 6-8.

Формула изобретения

1. Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса, включающий растворение редкоземельных элементов, выделение их в осадок и последующее отделение осадка от раствора, отличающийся тем, что растворение ведут в воде, или минеральной кислоте, или растворе неорганической соли, выделение в осадок проводят смесью газообразного аммиака и воздуха, взятых в соотношении аммиак воздух, равном 1 (2 4) при 25 60^oС до достижения рН 3,5 6,6.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение в осадок проводят до достижения рН 5,5 6,4.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2