Способ переработки фосфатов редкоземельных металлов

 

Использование: способы переработки фосфатов редкоземельных металлов (РЗМ), в частности при переработке апатитового и монацитового концентрата, монацито-пирохлорного концентрата и др. Сущность изобретения: проводят восстановление фосфатов РЗМ углеродом, который берут в количестве 120-140% от стехиометрически необходимого для восстановления необходимого для восстановления пятиокиси фосфора. Процесс ведут при температуре 1350-1400^oC с переводом фосфора в газовую фазу и получением обесфосфоренного редкоземельного продукта в виде оксидов РЗМ, легко растворимых в минеральных кислотах. Достигаемый результат заключается в снижении температуры процесса, уменьшении расхода восстановителя и упрощении дальнейшей переработки получающегося редкоземельного продукта. 1 табл.

Изобретение относится к способам переработки фосфатов редкоземельных металлов (РЗМ) и может найти применение при извлечении РЗМ из апатитового, монацитового, монацито-пирохлорного концентратов и др.

Известен способ переработки фосфатов РЗМ путем их обработки при 140^oC в течение 3 ч 45%-ным раствором NaOH, взятым в количестве примерно 300% от стехиометрически необходимого. Полученные в этих условиях гидроокиси РЗМ хорошо растворяются в минеральных кислотах (см. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1991, с. 353-354).

Недостатками известного способа являются высокий расход дорогостоящего реагента, необходимость проведения дополнительных операций по выделению фосфата натрия из получающихся щелочных растворов.

Известен также способ переработки фосфатов РЗМ путем их восстановления углеродом в электропечи при 1600-1700^oC с переводом фосфора в газовую фазу и получением карбидов РЗМ согласно реакции: . Карбиды РЗМ подвергают обработке водой. При водном гидролизе образуются ацетилен и растворимые в минеральных кислотах гидроксиды РЗМ, (см. патент Франции N 541657, кл C 01 F 17/00, 1922).

Известный способ имеет следующие недостатки: - при переводе карбидов РЗМ в раствор для осуществления разделения смеси РЗМ на индивидуальные РЗМ выделяется ацетилен, что требует применения индивидуальных мер безопасности и сложного оборудования; - имеет место повышенный расход восстановителя, так как он расходуется как на восстановление фосфора, так и на синтез карбида, а также повышенный расход электроэнергии, поскольку восстановление ведут при температуре 1600-1700^oC.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения экономичности процесса за счет снижения температуры проведения процесса и расхода восстановителя, а также на упрощение дальнейшей переработки обесфосфоренного редкоземельного продукта.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки фосфатов редкоземельных металлов путем их термического восстановления углеродом с переводом фосфора в газовую фазу и получением обесфосфоренного редкоземельного продукта, согласно изобретению углерод берут в количестве 120-140% от стехиометрически необходимого для восстановления пятиокиси фосфора, а термическое восстановление ведут при 1350-1400%, причем обесфосфоренный редкоземельный продукт получают в виде оксидов редкоземельных металлов.

Процесс восстановления описывается реакцией: .

Использование восстановителя в количестве меньшем 120% от стехиометрически необходимого и проведение процесса при температуре ниже 1350^oC вызывает уменьшение полноты отгонки фосфора.

При использовании восстановителя в количестве большем 140% в продукте реакции остается много непрореагировавшего углерода, а ведение процесса при температуре выше 1400^oC приводит к карбидообразованию.

Обесфосфоренный редкоземельный продукт по предлагаемому способу получают в виде оксидов редкоземельных металлов, легко растворимых в минеральных кислотах, что позволяет упростить его дальнейшую переработку.

Способ осуществляют следующим образом. Измельченный материал, содержащий фосфаты РЗМ, смешивают с углеродсодержащим порошком (сажа, каменный уголь, кокс, графит), при этом количество углерода составляет 120-140% от стехиометрически необходимого для восстановления пятиокиси фосфора. Шихту брикетируют, нагревают до 1350-1400^oC, конденсируют отгоняющийся фосфор из отходящих газов, полученные оксиды РЗМ охлаждают и перерабатывают по известной технологии, растворяя их в "мягких" условиях в минеральной кислоте. Так, полученные оксиды РЗМ полностью растворяются в 2 N HMO₃ при 60^oC. Степень конверсии индивидуальных фосфатов РЗМ в оксиды составляет 98,5-99,8%, ортофосфата иттрия - 99,88%. Степень конверсии фосфата РЗМ в монацито-пирохлорном концентрате месторождения Томтор (Якутия) составляет 89,23-98,95%, в ксенотимовом концентрате месторождения ИЕН-ФУ (Вьетнам) - 92,2%.

Пример 1. 5 г ортофосфата лантана смешивают с 0,89 г измельченного графита, что соответствует количеству углерода 140% от стехиометрически необходимого, смесь нагревают до 1350^oC м выдерживают при этой температуре 2 ч. Получают 3,3 г продукта с остаточным содержанием P₂O₅ - 0,28%. Степень конверсии в La₂O₃ составляет 99,54%. Полученный La₂O₃ полностью растворяется в 2 N HNO₃ при 60^oC.

Основные параметры процесса и достигаемые результаты по примерам 1-9, а также примеры 10-11 с запредельными значениями параметров представлены в таблице. Во всех случаях полученные оксиды легко растворяются в 2 N HNO₃ при 60^oC.

Примеры 2-8. Процесс ведут аналогично примеру 1. Отличие заключается в используемом фосфате РЗМ, расходе углерода и температуре процесса.

Пример 9. 10 г ксенотимового концентрата месторождения ИЕН-ФУ (Вьетнам) состава, мас.%: Ln₂O₃-38,0, SiO₂-16,4, Y₂O₃-16,3, P₂O₅-11,6 смешивают с 0,68 г (140% от стехиометрии) измельченного графита, смесь нагревают до 1400^oC и выдерживают при этой температуре 2 ч. Получают 7,6 г продукта с содержанием 1,2% P₂O₅. Степень конверсии фосфатов РЗМ в оксиды составляет 92,20%.

Как видно из приведенных примеров, проведение процесса согласно изобретению позволяет по сравнению с прототипом снизить температуру на 200-350^oC и почти в 2 раза уменьшить расход восстановителя. При этом упрощается дальнейшая переработка получающегося редкоземельного продукта.

Формула изобретения

Способ переработки фосфатов редкоземельных металлов путем их термического восстановления углеродом с переводом фосфора в газовую фазу и получением обесфосфоренного редкоземельного продукта, отличающийся тем, что углерод берут в количестве 120 140% от стехиометрически необходимого для восстановления пятиокиси фосфора, а термическое восстановление фосфатов редкоземельных металлов ведут при 1350 1400^oС, причем обесфосфоренный редкоземельный продукт получают в виде оксидов редкоземельных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1