Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса

 

Изобретение относится к технологии извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из фосфогипса, получаемого при сернокислотной переработке апатитового концентрата на минеральные удобрения. Сущность изобретения заключается в том, что последовательно ведут выщелачивание нескольких порций фосфогипса одним раствором серной кислоты с концентрацией 20-25% при Ж:Т=2-3 с переводом РЗЭ в раствор. Из полученного раствора выщелачивания осуществляют кристаллизацию РЗЭ-концентрата при температуре 20-80°С введением в раствор концентрированной серной кислоты до содержания ее в растворе не менее 30%. Кристаллизацию РЗЭ-концентрата предпочтительно проводить в присутствии затравки сульфатов РЗЭ при Ж:Т не более 100 в течение 0,5-3,0 ч. Полученный концентрат отделяют фильтрованием и обрабатывают раствором Ca(NO₃)₂ или CaCl₂ с получением концентрированного раствора нитратов или хлоридов РЗЭ. Раствор после отделения РЗЭ-концентрата используют при выщелачивании фосфогипса. Достигаемый технический результат заключается в повышении эффективности способа извлечения РЗЭ из фосфогипса за счет снижения энергоемкости процесса и получения концентратов с повышенным (30,1-44,7%) содержанием РЗЭ, а также в возможности получения РЗЭ в виде концентрированных нитратных или хлоридных растворов, пригодных для последующей переработки и использования. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из фосфогипса, получаемого при сернокислотной переработке апатитового концентрата на минеральные удобрения.

Существующие способы извлечения РЗЭ из фосфогипса предусматривают его обработку кислотами или растворами солей с последующим осаждением из полученных растворов фосфатного или фторидного концентрата. Эти способы, однако, не нашли применения в промышленности из-за их высокой энергоемкости и значительного расхода реагентов при переработке больших объемов растворов с низким содержанием целевых компонентов, а также вследствие трудности отделения мелкодисперсных осадков на основе фторидов или фосфатов РЗЭ, сложности и дороговизны их последующей переработки. Кроме того, остается нерешенным вопрос утилизации растворов после выделения РЗЭ.

Известен способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса (см. Локшин Э.П., Вершков А.В., Вершкова Ю.А. Проблемы выделения редкоземельных металлов при сернокислотной переработке хибинского апатитового концентрата // Металлы. - 2001. №1. с.42-51), включающий выщелачивание первой порции фосфогипса при Ж:Т=2-3 раствором серной кислоты концентрации 2-6 мас.% с увеличением концентрации серной кислоты при выщелачивании последующих порций до предельного значения, равного 20-22%. Извлечение РЗЭ из полученных растворов выщелачивания осуществляют посредством ионной флотации с использованием в качестве собирателя смеси моно- и диалкилфосфорных кислот с длиной алкильного радикала 7-14 атомов, после чего производят азотнокислотную регенерацию собирателя с получением растворов РЗЭ, содержащих 30 г/л, пригодных для экстракционного разделения. Среднее извлечение РЗЭ в раствор выщелачивания не превышало 43,9%.

Основным недостатком данного способа является относительно невысокое извлечение РЗЭ в раствор выщелачивания и низкое содержание Ln₂О₃ в конечном растворе. Кроме того, реализация ионной флотации и регенерации собирателя требуют сложного оборудования и дорогостоящих реагентов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса (см. заявку ПНР №272533, МКИ⁴ C 01 F 17/00, 1989), включающий выщелачивание фосфогипса путем последовательной обработки нескольких порций фосфогипса одним раствором серной кислоты с концентрацией 10-20% при Ж:Т=1-4 и повышенной температуре в течение 15-70 мин с переводом РЗЭ в раствор, кристаллизацию РЗЭ-концентрата упариванием раствора выщелачивания до концентрации серной кислоты свыше 30%, отделение образующегося концентрата фильтрованием и его последующую переработку.

Известный способ характеризуется повышенной энергоемкостью вследствие выпаривания больших объемов растворов. Кроме того, получаемые концентраты характеризуются низким (10-25%) содержанием РЗЭ.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности извлечения РЗЭ из фосфогипса за счет снижения энергоемкости процесса и получения концентратов с более высоким содержанием РЗЭ. Изобретение направлено также на решение задачи получения РЗЭ в наиболее пригодной для последующей переработки и использования форме.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса, включающем выщелачивание фосфогипса путем последовательной обработки нескольких порций фосфогипса одним раствором серной кислоты с переводом РЗЭ в раствор, кристаллизацию РЗЭ-концентрата из полученного раствора выщелачивания, отделение концентрата фильтрованием и его последующую переработку, согласно изобретению выщелачивание фосфогипса ведут раствором серной кислоты с концентрацией 20-25% при Ж:Т=2-3, а кристаллизацию осуществляют при температуре 20-80°С введением в раствор выщелачивания концентрированной серной кислоты до содержания ее в растворе не менее 30%.

Поставленная задача решается также тем, что кристаллизацию РЗЭ-концентрата проводят в присутствии затравки сульфатов РЗЭ при Ж:Т не более 100 в течение 0,5-3,0 ч.

Поставленная задача решается и тем, что переработку концентрата ведут путем его обработки раствором Са(NО₃)₂ или CaCl₂ с получением концентрированного раствора нитратов или хлоридов РЗЭ.

Решению поставленной задачи способствует также то, что раствор после отделения РЗЭ-концентрата используют при выщелачивании фосфогипса.

Использование на стадии выщелачивания фосфогипса растворов с концентрацией серной кислоты выше 25% приводит к снижению извлечения РЗЭ в раствор выщелачивания, а уменьшение концентрации ниже 20% нецелесообразно вследствие увеличения расхода кислоты на стадии кристаллизации РЗЭ-концентрата.

Повышение отношения Ж:Т более 3 несколько увеличивает извлечение лантаноидов в раствор выщелачивания, но приводит к уменьшению концентрации РЗЭ и увеличению объемов растворов, что затрудняет их дальнейшую переработку и использование в производстве ЭФК. Уменьшение Ж:Т менее 2 приводит к получению трудноперемешиваемой пульпы.

При снижении концентрации H₂SO₄ в растворе менее 30% на стадии кристаллизации РЗЭ-концентрата происходит увеличение растворимости РЗЭ и тем самым уменьшается степень их выделения в осадок и содержание в концентрате.

Проведение кристаллизации в присутствии затравки при Ж:Т не более 100 интенсифицирует процесс образования осадка, однако увеличение времени перемешивания осадка свыше 3 ч не приводит к заметному увеличению содержания РЗЭ в концентрате.

При обработке РЗЭ-концентрата раствором Са(NO₃)₂ или СаСl₂ получают концентрированный раствор нитратов или хлоридов РЗЭ, пригодный для разделения РЗЭ известными методами, а образующийся гипс направляют в отвал.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Последовательно обрабатывают одним раствором 20%-ной H₂SO₄ три порции фосфогипса, содержащего 0.45% Ln₂О₃, при Ж:Т=3 и времени выщелачивания 1 ч. В полученный раствор выщелачивания вводят H₂SO₄ с концентрацией 93.5% до содержания ее в растворе 40% и выдерживают при температуре 80°С и перемешивании в течение 12 ч. Кристаллизовавшийся осадок, представляющий собой концентрат РЗЭ, отделяют фильтрованием. Полученный концентрат содержит 30,1% Ln₂О₃. По мере накопления РЗЭ-концентрат направляют на переработку с получением концентрированного раствора нитратов РЗЭ.

Конкретные данные по параметрам процесса и полученным результатам по примеру 1 и примерам 2-4 приведены в таблице.

Пример 2. Процесс ведут согласно условиям примера 1, но выщелачивание фосфогипса проводят маточным раствором после отделения кристаллизовавшегося осадка по примеру 1, разбавленного до содержания H₂SO₄ 20%. Кристаллизацию осуществляют в присутствии затравки сульфатного концентрата РЗЭ при Ж:Т=80 и температуре 80°С в течение 0,5 ч. Полученный концентрат содержит 35.5% Ln₂О₃.

Пример 3. Процесс ведут согласно условиям Примера 2, но проводят выщелачивание двух порций фосфогипса маточным раствором после отделения осадка по примеру 2, разбавленного до содержания H₂SO₄ 25%, при Ж:Т=2. Кристаллизацию осуществляют в присутствии затравки сульфатного концентрата при Ж:Т=74, содержании H₂SO₄ в растворе 35% и температуре 20°С в течение 3 ч. Полученный концентрат содержит 40,2% Ln₂О₃. Две порции РЗЭ-концентрата обрабатывают последовательно раствором CaCl₂ при Ж:Т=10 и расходе CaCl₂ 105% от стехиометрии. Полученный концентрированный раствор хлоридов РЗЭ направляют на переработку известными методами.

Пример 4. Процесс ведут согласно условиям примера 3, но кристаллизацию осуществляют в присутствии затравки сульфатного концентрата, полученного в примере 3, при Ж:Т=100, содержании H₂SO₄ в растворе 30% и температуре 20°С в течение 2 ч. Полученный концентрат содержит 44.7% Ln₂О₃. Две порции РЗЭ-концентрата обрабатывают последовательно раствором Са(NО₃)₂ при Ж:Т=8 и расходе Са(NО₃)₂ 105% от стехиометрии. Полученный концентрированный раствор нитратов РЗЭ направляют на переработку известными методами.

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет повысить эффективность процесса извлечения РЗЭ из фосфогипса за счет снижения энергоемкости процесса и получения концентратов с повышенным (30,1-44,7%) содержанием РЗЭ. Кроме того, по предлагаемому способу возможно получение РЗЭ в виде концентрированных нитратных или хлоридных растворов, пригодных для последующей переработки и использования.

Формула изобретения

1. Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса, включающий выщелачивание фосфогипса путем последовательной обработки нескольких порций фосфогипса одним раствором серной кислоты с переводом редкоземельных элементов (РЗЭ) в раствор, кристаллизацию РЗЭ-концентрата из полученного раствора выщелачивания, отделение концентрата фильтрованием и его последующую переработку, отличающийся тем, что выщелачивание фосфогипса ведут раствором серной кислоты с концентрацией 20-25% при Ж:Т=2-3, а кристаллизацию осуществляют при температуре 20-80°С введением в раствор выщелачивания концентрированной серной кислоты до содержания ее в растворе не менее 30%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллизацию РЗЭ-концентрата проводят в присутствии затравки сульфатов РЗЭ при Ж:Т не более 100 в течение 0,5-3,0 ч.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переработку концентрата ведут путем его обработки раствором Са(NО₃)₂ или CaCl₂ с получением концентрированного раствора нитратов или хлоридов РЗЭ.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что раствор после отделения РЗЭ-концентрата используют при выщелачивании фосфогипса.