Способ извлечения и разделения ионов церия и иттрия
Владельцы патента RU 2373299:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к получению чистых редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации. Способ извлечения ионов церия и иттрия из раствора включает ионную флотацию с использованием в качестве собирателя поверхностно-активного вещества. В качестве собирателя используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической реакции: Me+3+3DS-=Ме[DS-]3, где Ме+3 - катион церия или иттрия, DS- - додецилсульфат-ион. При этом для селективного извлечения иттрия и разделения ионов иттрия и церия ионную флотацию осуществляют при рН=5. Техническим результатом является повышение извлечения и разделения ионов церия и иттрия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации.
Известен способ извлечения катионов церия и иттрия, такой как ионная флотация: Впервые процесс флотации ионов иттрия с использованием в качестве собирателя 2 - сульфогексадекановой кислоты исследовали в 1969 г. Флотационное извлечение в данном случае составляло 98%. Ионы церия с содержанием в стоках от 100 до 200 мг/л извлекали с помощью натриевой соли - додецилбензилдиэтилентриамина тетрауксусной кислоты. Извлечение составляло 99% (Adsorptive Bubble Separation techniques / Ed. by R. Lemlich, Academic Press, N.-Y., London, 1972, 344 p.).
В современном способе производства концентратов, содержащих РЗМ в виде оксидов, добываемая руда перерабатывается с использованием флотационной технологии с применением коммерческих поверхностно-активных веществ (ПАВ) (Наумов А.В. Редкие металлы. Цветная металлургия, №2, 2008, с.8-18).
Техническим результатом изобретения является повышение извлечения и разделения ионов церия и иттрия.
Технический результат достигается тем, что способ извлечения и разделения ионов церия и иттрия ионной флотацией в зависимости от рН среды, включающий флотацию и ПАВ, отличается тем, что в качестве собирателя используется додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической схеме: Me+3+3DS-=Ме[DS]3, где Me+3 - катион церия или иттрия, DS- додецилсульфат-ион.
Особенностью предлагаемого метода флотации является применение додецилсульфата натрия как флотореагента. В литературе имеется ряд работ, касающихся процессов флотации ионов церия и иттрия, но ни в одной из них не использовали додецилсульфат натрия в качестве собирателя. В основном, это коммерческие ПАВ: катионные, анионные - в зависимости от рН растворов и алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфаты и алкилбензолсульфонаты и т.п. Кроме того, достаточно хорошо известно применение додецилсульфата натрия в процессе ионной флотации как собирателя для извлечения таких металлов, как медь, кобальт, никель (Скрылев Л.Д., Борисов А.В. Об эффективности флотационного выделения ионов меди и никеля из сточных вод Норильского горно-металлургического комбината. // ЖПХ. 1978, Т.51, №2, с.434-436).
Выбор собирателя и его дозировка - один из центральных вопросов практики поверхностного разделения. Независимо от вида процесса поверхностного разделения собиратель должен обладать избирательностью и достаточно большой поверхностной активностью. К настоящему времени на основе большого экспериментального материала сформулированы только общие принципы выбора типа собирателя. Окончательно вопрос решается экспериментально.
Параметром извлечения РЗМ является коэффициент распределения К: величину К извлекаемого иона между водной и органической фазами рассчитывали по отношению концентрации [Me+3] (Се+3 или Y+3) в пене к концентрации [Me+3] в камерном остатке соответственно формуле K=[Me3+]org/[Me+3]aq
Коэффициент распределения редкоземельных металлов (РЗМ) между водной и органической фазами зависит от рН раствора. Для наиболее полного выделения РЗМ и установления возможности разделения церия (III) и иттрия (III), в качестве модельных использовались водные растворы нитратов церия (III) и иттрия (III) с концентрацией 0,001 моль/л; в качестве ПАВ - додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствовала стехиометрии реакции
Me+3+3DS-=Me[DS]3
В растворе ионы РЗМ образуют с ПАВ прочные комплексы, которые вследствие гидрофобности алкильных радикалов переходят в пенную фазу.
Пример: Процесс ионной флотации осуществлялся в высокопроизводительном аппарате - лабораторной флотационной машине механического типа 137 В-ФЛ, с объемом камеры 1,0 дм3, требующей небольшой объем производственных площадей. 200 мл раствора, содержащего РЗМ и стехиометрическое количество додецилсульфата натрия, флотировали. Полученный раствор (пенный продукт) и раствор, оставшийся в кювете после проведения флотации (камерный остаток), анализировали на содержание редкоземельного элемента.
На фиг.1 и 2 приведены зависимости коэффициентов распределения ионов церия и иттрия от рН растворов. Из графиков видно, что ионы церия и иттрия извлекаются при различных рН. Ионы иттрия извлекаются при рН=5, ионы церия - при рН=6, поэтому, варьируя рН, можно добиться разделения указанных РЗМ. Извлечение РЗМ достигает 99,9%.
В Таблице представлены экспериментальные данные по флотации ионов церия и иттрия из растворов их солей с применением додецилсульфата натрия.
На фиг.3 представлена зависимость коэффициента разделения катионов церия и иттрия, который вычисляется по формуле
Kp=[KY+3]org/[KCe+3]aq
Отчетливо видно, что при рН=5 возможно селективное разделение исследуемых РЗМ и достигается максимальное извлечение катионов иттрия при данном рН.
| Таблица | ||||||
| Коэффициент распределения РЗМ (К) при различных значениях рН | ||||||
| рН | [Y+3] в пене, моль/л | [Y+3] в камерном остатке, моль/л | K | [Се+3] в пене, моль/л | [Се+3] в камерном остатке, моль/л | к |
| 1 | 0,00012 | 0,00088 | 0,136 | 0,00039 | 0,00061 | 0,639 |
| 1,5 | 0,00012 | 0,00088 | 0,136 | 0,00039 | 0,00061 | 0,639 |
| 2 | 0,00012 | 0,00088 | 0,136 | 0,00045 | 0,00055 | 0,818 |
| 2,5 | 0,00013 | 0,00087 | 0,154 | 0,00036 | 0,00064 | 0,562 |
| 3 | 0,00016 | 0,00084 | 0,190 | 0,0004 | 0,0006 | 0,666 |
| 3,5 | 0,00018 | 0,00082 | 0,219 | 0,0004 | 0,0006 | 0,666 |
| 4 | 0,0003 | 0,0007 | 0,428 | 0,00035 | 0,00065 | 0,538 |
| 4,5 | 0,0008 | 0,0002 | 4 | 0,00035 | 0,00065 | 0,538 |
| 5 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,0007 | 0,0003 | 2,333 |
| 5,5 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,00075 | 0,00025 | 3 |
| 6 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,001 | 0,00001 | 100 |
| 6,5 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,001 | 0,00001 | 100 |
| 7 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,001 | 0,00001 | 100 |
| 7,5 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,001 | 0,00001 | 100 |
| 8 | 0,001 | 0,00001 | 100 | 0,001 | 0,00001 | 100 |
1. Способ извлечения ионов церия и иттрия из раствора, включающий ионную флотацию с использованием в качестве собирателя поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что в качестве собирателя используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической реакции: Me+3+3DS-=Me[DS-]3, где Me+3 - катион церия или иттрия, DS- - додецилсульфат-ион.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для селективного извлечения иттрия и разделения ионов иттрия и церия ионную флотацию осуществляют при рН 5.
