Способ переработки монацитового концентрата

 

Изобретение относится к технологии выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из природных фосфорсодержащих концентратов. Монацитовый концентрат обрабатывают при нагревании серной кислотой в количестве 110 - 150% от стехиометрии на получение сульфатов редкоземельных элементов. Получаемый спек обрабатывают водой в присутствии щавелевой кислоты при температуре 60 - 80°C, кислотности 1 - 2 N и Т : Ж = 1 : 4 - 5. Отделяют осадок оксалатов РЗЭ. Обрабатывают его щелочью с переводом оксалатов в гидроксиды. Результат заключается в повышении степени извлечения РЗЭ в гидроксидный осадок до 90% при обеспечении высокой степени очистки от фосфора и уменьшении числа операций, а также в упрощении процесса, снижении расхода реагентов и уменьшении количества стоков. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к технологии выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из природных фосфорсодержащих концентратов.

Известен способ переработки монацитового концентрата (см. Технология редких и рассеянных элементов. Под ред. Большакова К.А., т.2,- М.: Высшая школа, 1969, с.289 - 291) путем разложения концентрата 45%-ным раствором щелочи натрия в течение 3 часов при ее расходе 300% от стехиометрии и температуре 140^oC с отделением осадка гидроксидов РЗЭ.

Недостатками способа являются высокий расход дорогостоящих реагентов, использование только чистого тонкоизмельченного концентрата, неполнота разложения концентрата.

Известен также способ переработки монацитового концентрата (см. Технология редких и рассеянных элементов. Под ред. Большакова К.А., т.2,- М.: Высшая школа, 1969, с. 284 - 285), включающий разложение концентрата 96%-ной серной кислотой при ее расходе 250 - 300% от стехиометрии и температуре 200 - 240^oC в течение 2 - 4 часов, обработку сульфатного спека охлажденной водой при отношении Т : Ж = 1 : (9 - 20) с переводом в раствор сульфатов РЗЭ, фильтрацию раствора с отделением нерастворимых примесей и выделение РЗЭ щавелевой кислотой при температуре 80^oC и pH = 1,5 в виде оксалатного осадка, отделение осадка и перевод оксалатов в гидроксиды обработкой щелочью.

Недостатками способа являются неполное извлечение РЗЭ в осадок, а также большой объем перерабатываемых растворов, высокий расход реагентов и многоступенчатость переработки. Концентрацию РЗЭ в растворе выщелачивания сернокислотного спека поддерживают около 15 г/л, т.е. объем раствора и соответственно последующих сбросов после осаждения оксалатов РЗЭ составляет более 40 м³ на 1 т концентрата. При большом избытке кислоты возможно разложение присутствующих в концентрате примесей, что затруднит последующую переработку растворов.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения РЗЭ в гидроксидный осадок при обеспечении высокой степени очистки от фосфора, а также на снижение числа операций, расхода реагентов и уменьшение количества стоков.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки монацитового концентрата, включающем обработку концентрата серной кислотой при нагревании, водную обработку получаемого спека, выделение редкоземельных элементов щавелевой кислотой в виде оксалатного осадка, отделение полученного осадка и перевод оксалатов в гидроксиды обработкой щелочью, согласно изобретению серную кислоту берут в количестве 110 - 150% от стехиометрии на получение сульфатов редкоземельных элементов, а водную обработку спека проводят в присутствии щавелевой кислоты при температуре 60 - 80^oC и кислотности 1 - 2N.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что водную обработку проводят при Т : Ж = 1 : 4 - 5.

Основное отличие заявляемого способа заключается в том, что РЗЭ из сульфатного спека не переводят в раствор, а конвертируют в оксалаты распульповкой спека в водном растворе, содержащем щавелевую кислоту или оксалаты щелочного металла в количестве, необходимом для перевода сульфатов РЗЭ в оксалаты. То есть вводится новая операция переработки сульфатного спека - прямая конверсия фосфатов и сульфатов РЗЭ в оксалаты взамен растворения РЗЭ и осаждения оксалатов. Тем самым уменьшается число операций на получение оксалатов РЗЭ, объем стоков, расход реагентов.

Расход серной кислоты составляет 110 - 150% от стехиометрии на получение сульфатов редкоземельных элементов. При расходе ее менее 110% от стехиометрии будет иметь место недостаточное разложение концентрата, а расход более 150% приводит к увеличению кислотности, что потребует дополнительного расхода нейтрализующего реагента.

Конверсия РЗЭ при водной обработке сульфатного спека в присутствии щавелевой кислоты проводится при кислотности пульпы 1 - 2N. При кислотности пульпы менее 1N возможно соосаждение фосфатов, а при кислотности пульпы более 2N увеличивается растворимость оксалатов, что приводит к снижению извлечения РЗЭ в осадок.

Температурный интервал водной обработки 60 - 80^oC обусловлен необходимостью увеличения скорости процесса конверсии и формирования хорошо фильтрующихся осадков. При температуре ниже 60^oC потребуется более длительное время для проведения конверсии, а температура выше 80^oC не приводит к дальнейшему улучшению показателей конверсии.

Водная обработка спека проводится при Т : Ж = 1 : 4 - 5 и определяется необходимостью поддержания требуемой кислотности и заданного гидродинамический режим. Уменьшение количества водного раствора на обработку спека (Т : Ж больше 1 : 4) потребует большего количества промывного раствора для отмывки оксалатов РЗЭ от фосфат- или сульфат-ионов, а увеличение количества водного раствора (Т : Ж меньше 1 : 5) потребует большего расхода щавелевой кислоты на конверсию.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. 10 г неразмолотого монацитового песка состава, мас.%: Ln₂O₃ 42,2; P₂O₅ 13,5; примесные минералы - остальное, обрабатывают 7 г 96%-ной H₂SO₄ (110% от стехиометрии) при температуре 220^oC в течение 3 ч. Полученный спек в количестве 19 г обрабатывают 60 мл воды в присутствии 8 г щавелевой кислоты, пульпу нейтрализуют 16 мл аммиачной воды до 2N и перемешивают при 80^oC и Т : Ж = 1 : 4 в течение 1 ч. Затем пульпу охлаждают, раствор отстаивают и отфильтровывают. Объем сбросного раствора 62 мл. Осадок оксалатов РЗЭ промывают на фильтре 30 мл воды и обрабатывают при перемешивании 30 мл раствора, содержащего 6 г КОН, в течение 3 часов при 80^oC. Фильтрацией отделяют раствор оксалата калия от осадка гидроксидов РЗЭ. Осадок промывают 20 мл воды. Получают 11,6 г осадка гидроксидов состава, мас.%: Ln₂O₃ 36,0; P₂O₅ 0,95. Степень извлечения РЗЭ в гидроксидный осадок составляет 99%.

Пример 2. 10 г монацитового концентрата состава по примеру 1, размолотого до 90% < 0,074 мм, обрабатывают 9 г 96%-ной серной кислоты (150% от стехиометрии) при температуре 200^oC в течение 4 ч. Образовавшийся спек в количестве 16,8 г обрабатывают 80 мл раствора, полученного по примеру 1 (30 мл фильтрата от промывки оксалатов + 30 мл раствора оксалата калия + 20 мл раствора от промывки гидроксидов), с добавлением 2,2 г щавелевой кислоты. Пульпу нейтрализуют 4 мл аммиачной воды до 1N и перемешивают при 60^oC в течение 3 ч и Т : Ж = 1 : 5. Затем пульпу охлаждают и раствор после отстаивания отфильтровывают. Объем сбросного раствора 67 мл. Осадок оксалатов обрабатывают как в примере 1. Получают 12,0 г осадка гидроксидов состава, мас.%: Ln₂O₃ 34,8; P₂O₅ 0,35. Степень извлечения РЗЭ в гидроксидный осадок составляет 99%.

Пример 3 (по прототипу). 10 г монацитового концентрата, размолотого как в примере 2, обрабатывают 18 г 96%-ной серной кислоты (300% от стехиометрии) при 200^oC в течение 4 часов. Полученный спек 25,7 г обрабатывают при перемешивании и охлаждении 380 мл воды, раствор отфильтровывают, нейтрализуют при перемешивании 33,5 мл аммиачной воды до pH = 1,5 и осаждают оксалаты РЗЭ введением 8 г щавелевой кислоты при 80^oC и последующем охлаждении. Оксалатный осадок отфильтровывают (объем сбросного раствора 430 мл), обрабатывают 30 мл раствора, содержащего 6 г КОН, при 80^oC в течение 3 ч и промывают 20 мл воды. Вес осадка гидроксидов 9,6 г, содержание РЗЭ, мас.%: Ln₂O₃ 41,9; P₂O₅ 0,25. Степень извлечения РЗЭ в осадок гидроксидов 96,3%.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет повысить степень извлечения РЗЭ в гидроксидный осадок до 99% при обеспечении высокой степени очистки от фосфора и уменьшении числа операций. Способ позволяет также снизить в 2 раза расход серной кислоты и соответственно аммиачной воды, существенно снизить расход щавелевой кислоты и в 6 раз уменьшить объем сбросных растворов.

Формула изобретения

1. Способ переработки монацитового концентрата, включающий обработку концентрата серной кислотой при нагревании, водную обработку получаемого спека, выделение редкоземельных элементов щавелевой кислотой в виде оксалатного осадка, отделение полученного осадка и перевод оксалатов в гидроксиды обработкой щелочью, отличающийся тем, что серную кислоту берут в количестве 110 - 150% от стехиометрии на получение сульфатов редкоземельных элементов, а водную обработку спека проводят в присутствии щавелевой кислоты при температуре 60 - 80^oС и кислотности 1 - 2 N.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водную обработку проводят при Т : Ж = 1 : 4 - 5.