Способ получения окиси гадолиния

 

Использование: получение окиси гадолиния из органических смесей, содержащих окись гадолиния. Органическую смесь, содержащую окись гадолиния, кипятят в соляной кислоте при температуре 100 - 110^oС в течение 4 ч. Отфильтрованную суспензию выдерживают в присутствии щавелевой кислоты при температуре 85 - 95^oС до полного осаждения. Выпавший в осадок порошок фильтруют. Сушат при температуре 180 - 190°С в течение 5 - 6 ч. Прокаливают в течение 3,5 - 4,5 ч при температуре 900 - 930°С. Способ позволяет получать из утилизированных отходов дорогостоящую окись гадолиния и повторно ее использовать. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к обогащению и получению из органических смесей, растворов и суспензий порошкообразных материалов (алмазов, кубического нитрида бора, редкоземельных соединений и др.).

В настоящее время в изделиях специального назначения, приборах и устройствах применяются нейтронопоглощающие покрытия, содержащие окись гадолиния.

Такие покрытия представляют композиционные структуры толщиной до 10 мм, включающие каучук марки СКТН, окись гадолиния, углеродные добавки, катализаторы, примеси и т.д.

В процессе разборки такие покрытия отслаивают с изделий специального назначения (приборов и т.д.) и утилизируют в больших количествах. При этом уничтожается дорогостоящий компонент - окись гадолиния.

В промышленности окись гадолиния применяется в производстве люминофоров, монокристаллов галий-гадолиниевых гранатов, оптического стекла, в защитных нейтронопоглощающих покрытиях и др.

Таким образом, возникает проблема в разработке способа получения окиси гадолиния из органической смеси с целью его повторного использования по назначению.

Известен способ осаждения редкоземельных элементов из экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в нейтрализации циркуляционной пульпы до pH 4-4,5 аммиаком, углекислым натрием, известью и другими нейтрализующими соединениями и отбора осадка редкоземельных элементов либо фильтрацией, либо центрифугированием (а.с. N 2132303). Недостатком данного способа осаждения редкоземельных элементов является недостаточная производительность и необходимость работать с аммиаком, который оказывает вредное влияние на здоровье работающего персонала.

Известен способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий пиролиз исходного материала при 700^oC в течение 3 часов для разложения органики, нагрев материала в соляной кислоте, фильтрацию, обработку фильтрата щавелевой кислотной при 80^oC в течение 3 часов, прокаливание образовавшегося оксалата гадолиния при 800 - 850^oC в течение 6 час (см. US 4400360, C 01 F 17/00, опубл. 23.08.1983).

Этот способ является прототипом по совокупности существенных признаков.

Недостатком указанного способа является большое количество выделяемой сажи и вредных газообразных продуктов, попадающих в атмосферу.

Технический результат изобретения - разработка способа получения окиси гадолиния из органической смеси с обеспечением требуемых качественных показателей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что органическую смесь, содержащую окись гадолиния и различные соединения последовательно подвергают термической обработке в соляной и щавелевой кислоты.

Процесс выделения состоит из следующих операций: - подготовка органической смеси; химическая очистка соляной кислотой; получение суспензии оксалата гадолиния; фильтрование, сушка осадка; - прокаливание, получение окиси гадолиния.

Подготовка органической смеси заключается в измельчении материала до порошкообразного состояния, просеивании через сито с ячейкой N 5.

На стадии химической очистки в аппарат (эмалированную емкость с паровой рубашкой) загружают подготовленную органическую смесь и дозируют в нее концентрированную соляную кислоту (допускается использование азотной кислоты), обеспечивая соотношение весовых частей перерабатываемой массы и кислоты в пределах 1:2.

Раствор с органической смесью доводят до кипения и выдерживают при температуре 100 - 110^oC в течение 4-х часов, периодически перемешивая. По завершению операции кипячения в емкость с реакционной массой добавляют 20 - 25 литров дистиллированной воды, тщательно перемешивают и охлаждают до температуры 55 - 60^oC. Далее указанный раствор фильтруют через полиэтиленовую воронку, выстланную лавсановой тканью для отделения органической смеси.

В отфильтрованный раствор, предварительно нагретый до температуры 85 - 95^oC, загружают небольшими порциями при тщательном перемешивании измельченную щавелевую кислоту. Массу загружаемой щавелевой кислоты в отношении к исходной органической смеси выбирают в пределах 1,2-1. После тщательного перемешивания суспензию отстаивают и проверяют полноту осаждения образовавшегося оксалата гадолиния. Для этого из емкости отбирают пробу (50 - 100 мл) осветленного раствора в стакан. В пробу добавляют тонкой струйкой 5 - 10 мм насыщенного раствора щавелевой кислоты. Выпадение осадка и помутнение раствора указывают на неполноту осаждения. В этом случае в аппарат с раствором добавляют дополнительно небольшое количество щавелевой кислоты, тщательно перемешивают раствор с осадком и снова отбирают пробу для проверки полноты осаждения оксалата гадолиния.

При достижении полного осаждения вещества подогрев раствора прекращают. Для промывки оксалата гадолиния емкость с осадком порошка заполняют дистиллированной водой и тщательно перемешивают суспензию. Охлаждают реакционную массу до температуры 55 - 60^oC и дают осадку отстояться до получения прозрачного раствора над осадком. Отстоявшийся кислый раствор, находящийся над осадком, сливают методом декантации в бак для нейтрализации. Осадок в аппарате снова заливают дистиллированной водой, перемешивают, отстаивают и затем сливают кислые промывные воды. Операцию промывки повторяют до обеспечения кислотности раствора pH=6-7. Отстоявшийся промытый осадок оксалата гадолиния собирают в поддон и подвергают сушке в электрическом шкафу при температуре 180 - 190^oC в течение 5 - 6 часов. После сушки порошок охлаждают до температуры 55 - 60^oC и осуществляют прокаливание. Прокаливание порошка проводят в кварцевых или фасфоровых кюветах в муфельной электрической печи в течение 3,5 - 4,5 часов при температуре 900 - 930^oC. По завершению операции прокаливания печь отключают, кюветы с порошком образовавшейся окиси гадолиния охлаждают до комнатной температуры. После этого порошок с помощью фосфорного шпателя выгружают в емкость и отбирают пробу для контроля физико-химических показателей. Полученный порошок окиси гадолиния контролируют на соответствие ТУ 48-4-524-90, в частности на содержание примеси (кальций, железо, медь, кремний).

Ниже приводятся примеры осуществления способа получения окиси гадолиния из органической смеси. Их результаты представлены в таблице.

Испытания показали, что количество получаемой окиси гадолиния соответствует требованиям ТУ во всех случаях, когда температура выдержки органической массы в соляной кислоте составляет не менее 90^oC. Из таблицы также видно, что высокий выход выделяемого вещества обеспечивается при температуре выдержки 100^oC и более.

При температуре выше 110^oC увеличение выхода окиси гадолиния незначительно.

С учетом этого оптимальная температура выдержки реакционной массы принята в пределах 100 - 110^oC.

Проведенные исследования полученной окиси гадолиния на соответствие ТУ 48-4-524-90 показали высокую эффективность заявленного технического решения. Полученный материал полностью соответствует по чистоте процентному содержанию примесей и может быть применен для повторного использования. Способ позволяет получить не только значительный экономический эффект за счет повторного использования дорогостоящей окиси гадолиния по своему прямому назначению, но и положительный экологический результат. Данный способ получения окиси гадолиния не требует больших материальных затрат, может быть промышленно реализован на действующем оборудовании без специального переобучения персонала навыкам работы.

Формула изобретения

1. Способ получения окиси гадолиния из органической смеси, включающий кипячение смеси в соляной кислоте, фильтрование, выдержку полученного раствора в присутствии щавелевой кислоты, фильтрование и промывку полученного порошка оксалата гадолиния и его прокалку, отличающийся тем, что кипячение в соляной кислоте проводят при 100 - 110^oС в течение 4 ч, выдержку в присутствии щавелевой кислоты осуществляют при 85 - 95^oС до полного осаждения оксалата гадолиния, перед прокалкой оксалат гадолиния сушат при 180 - 190^oС в течение 5 - 6 ч и прокалку ведут в течение 3,5 - 4,5 часов при 900 - 930^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при кипячении органической смеси в соляной кислоте их соотношение выбирают в пределах 1 : 2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу щавелевой кислоты к массе органической смеси выбирают в пределах 1,2 - 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1