Способ разделения скандия и сопутствующих металлов

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, а именно к гидрометаллургии скандия. Способ разделения скандия и сопутствующих металлов заключается в обработке скандийсодержащего раствора серной кислотой в присутствии соли, содержащей ионы аммония, при нагревании с последующими фильтрацией полученного осадка, его промывкой этиловым спиртом и сушкой. Обработку ведут серной кислотой при ее концентрации 350-500 г/дм3, в присутствии соли, содержащей ионы аммония в количестве 1,5-2,0 моль/дм3. В качестве соли, содержащей соли аммония, используют сульфат аммония или ацетат аммония. Обеспечивается возможность осаждения скандия из растворов с низким содержанием скандия с высокой степенью извлечения скандия в осадок с одновременным отделением скандия от примесей металлов. 2 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, конкретно к гидрометаллургии скандия.

Известен способ разделения скандия и редкоземельных металлов, в частности иттрия и иттербия, по которому разделение осуществляют путем осаждения скандия из кислых растворов, в частности из сернокислых растворов в присутствии соединения, содержащего сульфат-ионы и/или ионы аммония, при температуре при 40-95°С. Отделение образовавшегося осадка от раствора осуществляют фильтрацией, а затем осадок промывают и сушат (патент РФ №2079431, МПК C01F 17/00, 1997 г.).

Недостатками известного способа являются:

- необходимость использования растворов с исходно высоким содержанием скандия, которая обеспечивает степень осаждения скандия 98,26%, а степень разделения скандия и иттрия βSc/Y 58,92 и скандия и иттербия βSc/Yb 98,84;

- большие потери скандия за счет высокого остаточного содержания в маточном растворе, составляющие не менее 0,28 г/дм3, а также в растворе от промывки осадка за счет хорошей растворимости образующейся в осадке двойной соли скандия в водных растворах;

- ограничение возможности использования способа (узкий диапазон примесного состава элементов в виде группы РЗЭ).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ получения оксида скандия, включающий растворение скандийсодержащего концентрата в серной кислоте, удаление кислотонерастворимого осадка, перевод скандия в осадок в присутствии соединения аммония. Затем ведут фильтрацию, промывку, сушку и прокаливание осадка с получением оксида скандия. При этом после удаления кислотонерастворимого осадка концентрацию серной кислоты в фильтрате доводят до 540-600 г/дм3, в качестве соединения аммония используют хлорид аммония, введенный в раствор в количестве 26,7-53,5 г/дм3 при температуре 50-70°С с последующей выдержкой в течение 1-2 ч при перемешивании. Промывку полученного осадка осуществляют этиловым спиртом при объемном соотношении 1-10÷11 (патент RU 2478725, МПК С22В 59/00, C01F 17/00, С22В 3/06; 2013 год)(прототип).

Недостатками известного способа:

- высокая концентрация серной кислоты в рабочем растворе, что обусловливает достижение предела насыщения по растворимости металлов и снижает коэффициенты разделения скандия и сопутствующих элементов при увеличении их содержания;

- ведение процесса в присутствии хлорида аммония повышает растворимость скандия и снижает степень осаждения скандия в виде сульфата скандия-аммония, что также отрицательно сказывается на коэффициентах разделения скандия и сопутствующих элементов.

Таким образом, перед авторами стояла задача - разработать способ, позволяющий повысить коэффициенты разделения скандия и сопутствующих элементов.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе разделения скандия и сопутствующих металлов путем обработки скандийсодержащего раствора серной кислотой в присутствии соли, содержащей ионы аммония, при нагревании с последующими фильтрацией полученного осадка, его промывкой этиловым спиртом и сушкой, в котором обработку ведут при концентрации серной кислоты 350-500 г/дм3, а в качестве соли, содержащей ионы аммония, используют сульфат аммония или ацетат аммония в количестве ионов аммония 1,5-2,0 моль/дм3.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ разделения скандия и сопутствующих металлов, в котором технологический процесс осуществляют обработкой серной кислотой растворов при концентрации 350-500 г/дм3 в присутствии сульфата аммония или ацетата аммония используют сульфат аммония или ацетат аммония в количестве ионов аммония 1,5-2,0 моль/дм3.

Таким образом, авторами разработаны условия разделения, обеспечивающие использование в качестве исходного раствора скандийсодержащий раствор с низким содержанием скандия не более 1-5 г/дм3, при этом обеспечивается снижение остаточного содержания скандия в маточном растворе менее 30 мг/дм3 и одновременное отделение скандия от примесей других металлов при их исходном содержании в скандийсодержащем растворе, г/дм3: до 40 железа (III), до 6-8 титана, до 8-10 алюминия, до 10-15 циркония, которые являются наиболее распространенными элементами-примесями скандия.

Скандий является рассеянным элементом и содержится в малых количествах в рудах других металлов. Как правило, при извлечении скандия в сернокислые растворы переходит большое количество элементов-примесей, поэтому существует необходимость разработки технологической схемы, предусматривающей процессы концентрирования скандия и его отделения в виде малорастворимых соединений от сопутствующих металлов.

Экспериментальные исследования, проведенные авторами, позволили установить, что при использовании предлагаемого способа, обеспечивающего получение осадка сульфата скандия-аммония в качестве конечного продукта, осаждение происходит полно, а остаточное содержание скандия достигает менее 30 мг/дм3. Для количественного осаждения сульфата скандия-аммония необходимо было установить пределы концентрации серной кислоты и возможность использования разных солей, содержащих ионы аммония, а также условия выдержки раствора с осадком для максимального отделения скандия от примесей металлов в сернокислых растворах и промывки осадка сульфата скандия-аммония.

Авторами опытным путем установлено, практически полное осаждение скандия (при его низком содержании в исходном растворе 1-5 г/дм3 скандия) в виде сульфата скандия-аммония достигается за счет оптимального сочетания концентрации серной кислоты и количества вводимо сульфата или ацетата аммония, а также соблюдения температурных режимов выдержки пульпы и промывки осадка сульфата скандия-аммония этиловым спиртом.

Так введение сульфата или ацетата аммония менее 1,5 моль/дм3 при концентрации серной кислоты менее 350 г/дм3 при комнатной температуре наблюдается резкое снижение количества образовавшегося осадка сульфата скандия-аммония за счет его высокой растворимости в водном сернокислом растворе при комнатной температуре, то есть снижаются степень осаждения скандия и степень разделения скандия и сопутствующих металлов, повышаются потери скандия с маточным раствором. При концентрации сернокислого раствора более 500 г/дм3 и при введении сульфата или ацетата аммония более 2,0 моль/дм3 наблюдается появление в осадке сульфата скандия-аммония в значительных количествах исходно вводимой соли аммония, а также сульфатов примесных металлов, что не обеспечивает высокие значения коэффициентов разделения скандия и примесных металлов.

Использование растворов с концентрацией серной кислоты не более 500 г/дм3 позволяет снизить плотность раствора с улучшением процессов седиментации с осаждением нерастворимого в данных условиях сульфата скандия-аммония и последующего фильтрования.

Промывка осадка как горячей, так и ледяной водой приводит к растворению некоторой части осадка сульфата скандия-аммония и дополнительным потерям скандия с промывочными водами. Промывка осадка сульфата скандия-аммония этиловым спиртом от маточного сернокислого позволяет избежать потерь скандия на этой стадии и получить осадок, не загрязненный примесными металлами, содержащимися в исходном растворе.

Предлагаемый способ, характеризующийся получением осадка сульфата скандия-аммония в качестве конечного продукта, может быть осуществлен следующим образом. В сернокислый скандийсодержащий раствор (содержание скандия 1-5 г/дм3) вводят серную кислоту до ее концентрации 350-500 г/дм3 и нагревают до 70-80°С. Затем вводят сульфат аммония или ацетат аммония используют сульфат аммония или ацетат аммония в количестве ионов аммония 1,5-2,0 моль/дм3.

Раствор выдерживают не более 1 часа на водяной бане при температуре 70-80°С и далее не более 24 ч при комнатной температуре. Затем осадок сульфата скандия-аммония отфильтровывают с помощью фильтра Шотта, промывают на фильтре небольшим количеством этилового спирта и сушат при комнатной температуре. Химический анализ конечного продукта подтверждает образование сульфата скандия-аммония состава NH4Sс(SO4)2.

Для расчета коэффициентов разделения скандия и металлов-примесей используется формула:

βSc/М = (СSc осад × СМ. р-р)/( СSc р-р × СМ. осад),

где CSc осад - содержание скандия в осадке сульфата скандия-аммония, %;

СМ. р-р - содержание металла-примеси в исходном растворе, г/дм3;

CSc p-p - содержание скандия в исходном растворе, г/дм3;

СM. осад - содержание металла-примеси в осадке сульфата скандия-аммония, %.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить коэффициенты разделения скандия и сопутствующих металлов, при этом отделять скандий в виде осадка сульфата скандия-аммония от сопутствующих ионов наиболее распространенных примесей Fe, Al, Ti и Zr, которые остаются в маточном сернокислом растворе в виде растворимых соединений. Кроме того, получать полноту осаждения осадка сульфата скандия-аммония из растворов до остаточного содержания в маточном растворе не более 10-30 мг/дм3; (максимальная степень осаждения 98,0%).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Берут 100 дм3 сернокислого раствора, содержащего, г/дм3: 1,0 скандия, 5,8 титана, 6,2 алюминия, 10,0 циркония, 41,0 железа (III), вводят в него концентрированную серную кислоту до ее концентрации 350 г/дм3 и нагревают раствор до 70°С. В горячий раствор вводят 15 г сульфата аммония (концентрация ионов аммония 1,9 моль/дм3) при перемешивании и выдерживают на водяной бане при температуре 70°С в течение 1 ч и затем не более 24 ч при комнатной температуре. Затем образовавшийся осадок отфильтровывают с помощью фильтра Шотта, промывают на фильтре небольшим количеством этилового спирта и сушат при комнатной температуре. Химический состав продукта: сульфат скандия аммония формулы NH4Sc(SO4)2.

Остаточное содержание скандия в маточном растворе составляет 26 мг/дм3 скандия. Масса сухого осадка составляет 0,58 г содержание в нем скандия 16,7 мас.%, что соответствует степени извлечения 96,86%. Коэффициенты разделения скандия и сопутствующих металлов приведены в табл. 1.

Пример 2.

Берут 100 дм3 сернокислого раствора, содержащего, г/дм3: 1,7 скандия, 5,7 титана, 9,3 алюминия, 10,4 циркония, 40,0 железа (III), вводят в него концентрированную серную кислоту до ее концентрации 450 г/дм3 и нагревают раствор до 90°С. В горячий раствор вводят 15 г ацетата аммония (концентрация ионов аммония 1,55 моль/дм3) при перемешивании и выдерживают на водяной бане при температуре 70°С в течение 1 ч и затем не более 24 ч при комнатной температуре. Затем образовавшийся осадок отфильтровывают с помощью фильтра Шотта, промывают на фильтре небольшим количеством этилового спирта и сушат при комнатной температуре. Химический состав продукта: сульфат скандия аммония формулы NH4Sc(SO4)2.

Остаточное содержание скандия в маточном растворе составляет 34 мг/дм3 скандия, что составляет 2,5% от исходного содержания. Масса сухою осадка составляет 0,97 г, содержание в нем скандия 16,9 мас.%, что соответствует степени извлечения 96,43%. Коэффициенты разделения скандия и сопутствующих металлов приведены в табл. 1.

Таким образом, предлагается способ разделения скандия и сопутствующих металлов, который обеспечивает возможность эффективного отделения скандия от примесей других металлов, в частности железа (III), алюминия, титана и циркония, которые являются наиболее распространенными элементами-примесями скандия.

Таблица

Пример
№ п/п
Концент-
рация
Н2SO4,
г/дм3
Концентрация иона-NH4+, моль/дм3, состав соли Концентрация Sc, г/дм3

Степень осаждения Sc, %
Коэффициенты
разделения
в исходном р-ре в маточном р-ре
βSc/Ti

βSc/Al

βSc/Zr

βSc/Fe
1 350 1,9 моль/дм3 (NH4)2SO4

1,0

0,026

96,86

76

4330

98

240
2 450 1,55 моль/дм3 СН3СООNH4

1,7

0,034

96,43

105

4330

105

190

Способ разделения скандия и сопутствующих металлов путем обработки скандийсодержащего раствора серной кислотой в присутствии соли, содержащей ионы аммония, при нагревании с последующими фильтрацией полученного осадка, его промывкой этиловым спиртом и сушкой, отличающийся тем, что обработку ведут при концентрации серной кислоты 350-500 г/дм3, а в качестве соли, содержащей ионы аммония, используют сульфат аммония или ацетат аммония в количестве ионов аммония 1,5-2,0 моль/дм3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к переработке золошлаковых отходов ТЭЦ с целью извлечения из них редкоземельных металлов и скандия и последующем использовании их в производстве строительных материалов.

Изобретение относится к извлечению редкоземельных металлов из сырьевых материалов, содержащих эти элементы. Селективное извлечение осуществляют из насыщенных маточных растворов в виде оксалатов РЗЭ.

Изобретение относится к составу и способу получения твердого экстрагента для извлечения скандия из сернокислых растворов. Предлагается твердый экстрагент (ТВЭКС) для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, содержащий стиролдивинилбензольную матрицу с ди-(2-этилгексил)фосфорной кислотой.
Изобретение относится к способам переработки эвдиалитового концентрата и может быть использовано для получения соединений циркония, редкоземельных элементов (РЗЭ) и диоксида кремния.

Изобретение относится к способу восстановления скандия и ионов, содержащих скандий, из сырьевого потока, который может представлять собой, без какого-либо ограничения, щелок или пульпу от выщелачивания.

Изобретение относится к способу переработки красного шлама при получении скандийсодержащего концентрата и оксида скандия, в котором ведут карбонизационное выщелачивание, сорбцию скандия на фосфорсодержащем ионите, десорбцию скандия и осаждение скандиевого концентрата.

Изобретение относится к технологии получения оксида скандия (Sc2O3) из концентрата скандия, попутно выделяемого, в том числе, при извлечении урана, переработке руд и отходов цветных и редких металлов.

Изобретение относится к выделению РЗМ из производственных растворов, полученных при переработке апатитового концентрата серной кислотой. Может быть использовано на предприятиях горно-перерабатывающей промышленности.

Изобретение относится к гидрометаллургии и предназначено для извлечения редкоземельных элементов из отвального фосфогипса и получения гипсового вяжущего. Проводят сернокислотное выщелачивание РЗЭ из пульпы ФГ в режиме циркуляции с электрохимической и кавитационной активацией.
Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для переработки кека, содержащего редкоземельные и радиоактивные элементы, получаемого при вскрытии монацитового концентрата щелочным методом.
Изобретение относится к способу получения чистой вольфрамовой кислоты. Способ включает обработку вольфрамсодержащего сырья кислотой с получением осадка технической вольфрамовой кислоты, который обрабатывают раствором аммиака для растворения вольфрамовой кислоты и получения аммиачного раствора вольфрамата аммония.

Изобретение относится к способу обработки сырья, содержащего минерал и/или оксид/силикат металла, полученный из минерала или ассоциируемый с минералом. В способе осуществляют обработку исходного сырья при взаимодействии минерала и/или оксида/силиката металла, полученного из минерала или ассоциируемого с минералом, с кислым фтористым аммонием, имеющим общую формулу NH4F·xHF, в которой 1<х≤5.
Изобретение относится к способу разделения сульфидов платины и рения. .
Изобретение относится к способу получения рутила из ильменита. .
Изобретение относится к способу переработки цинкового концентрата, содержащего оксиды кремния, железа, меди. .
Изобретение относится к способу извлечения теллура из отходов производства теллурида цинка или теллурида кадмия. .
Изобретение относится к области металлургии, в частности к извлечению никеля и кобальта. .

Изобретение относится к области химической технологии неорганических веществ и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо удалить основную балластную примесь - оксид железа (III).

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к аффинажу платиновых металлов. .
Изобретение относится к фторидной технологии переработки железосодержащих титановых руд и может быть использовано для получения диоксида титана высокой степени чистоты.

Изобретение относится к переработке золошлаковых отходов ТЭЦ с целью извлечения из них редкоземельных металлов и скандия и последующем использовании их в производстве строительных материалов.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, а именно к гидрометаллургии скандия. Способ разделения скандия и сопутствующих металлов заключается в обработке скандийсодержащего раствора серной кислотой в присутствии соли, содержащей ионы аммония, при нагревании с последующими фильтрацией полученного осадка, его промывкой этиловым спиртом и сушкой. Обработку ведут серной кислотой при ее концентрации 350-500 гдм3, в присутствии соли, содержащей ионы аммония в количестве 1,5-2,0 мольдм3. В качестве соли, содержащей соли аммония, используют сульфат аммония или ацетат аммония. Обеспечивается возможность осаждения скандия из растворов с низким содержанием скандия с высокой степенью извлечения скандия в осадок с одновременным отделением скандия от примесей металлов. 2 пр., 1 табл.

Наверх