Способ получения карбонатов редкоземельных элементов

Изобретение относится к гидрометаллургии редкоземельных элементов (РЗЭ), в частности к способу получения карбоната неодима, используемого в производстве металлического неодима и оксида неодима для различных областей: производства катализаторов, электронной керамики, пигмента в производстве стекла и др. Способ включает осаждение карбоната неодима из исходного раствора нитрата неодима, фильтрование осадка и его сушку. Исходный раствор, содержащий от 40 до 263 г/л Nd₂O₃ и 4-30 г/л HNO₃, подают в 20%-ный раствор соли угольной кислоты - карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ или бикарбоната аммония NH₄HCO₃ в изотермических условиях 39-44°С при скорости перемешивания пульпы 200-1100 об/мин. Причем избыток соли угольной кислоты составляет не менее 35% от стехиометрически необходимого количества. При этом при использовании карбоната аммония, исходный раствор подают со скоростью не более 1,3 кг Nd₂O₃/(кг (NH₄)₂CO₃ ч), а при использовании бикарбоната аммония, исходный раствор подают со скоростью не более 0,8 кг Nd₂O₃/(кг NH₄HCO₃·ч). Способ обеспечивает достижение приемлемой для производства удельной скорости фильтрования пульпы карбоната неодима - не менее 1 м³/(м² ч) без предварительной корректировки кислотности и концентрации Nd₂O₃ исходного раствора нитрата неодима, а также снижение объема сточных вод в 1,5-2 раза. 1 табл.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии редкоземельных элементов (РЗЭ), в частности к способам получения карбонатов индивидуальных редкоземельных элементов - карбоната неодима, используемого в производстве металлического неодима и оксида неодима для различных областей: производства катализаторов, электронной керамики, пигмента в производстве стекла и др.

Режимы осаждения карбонатов РЗЭ значительно влияют на характеристики и технологические свойства осадков, в том числе удельную скорость последующего процесса фильтрования. Однако опубликованные данные довольно противоречивы. Кроме того, в основном рассматривается осаждение карбонатов РЗМ из хлоридных растворов (Комиссарова Л.Н., Шацкий В.М., Пушкина Г.Я. и др. Соединения редкоземельных элементов. Карбонаты, оксалаты, нитраты, титанаты. - М.: Наука, 1984. - 235 с.).

Известен способ осаждения карбонатов РЗЭ цериевой группы (Штуца М.Г., Кардаполов А.В., Филиппов В.Б., Сысина Н.А. Исследование процесса осаждения карбонатов РЗЭ // Изв. Томского политехнического университета, 2003. Т.306. №5. Технические науки. С.71-74), обеспечивающий скорость фильтрования осадка на уровне 1,1-2,3 м³/(м² ч), включающий осаждение карбонатов одновременным вводом растворов хлоридов РЗЭ с концентрацией 70 г/л РЗЭ₂О₃, рН=1,00…1,26 и карбоната натрия с концентрацией 70 г/л в буферный раствор хлорида натрия (50 г/л NaCl) со скоростью 150-300 мл/мин, температуре 45°С и последующей агитацией пульпы в течение 1,5-4 часов и выдержкой под слоем маточного раствора в течение 22 часов.

Недостатком способа являются: высокая продолжительность процесса, образование значительного количества солевых стоков, необходимость дополнительной отмывки осадка от ионов натрия, применимость к растворам с концентрацией РЗЭ₂О₃ 70 г/л.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения карбонатов РЗЭ, в частности церия и лантана (Патент РФ 2693176) обеспечивающий скорость фильтрования осадков карбонатов церия и лантана на уровне 1,05-1,20 и 1,20-1,45 м³/(м^2.ч), соответственно, включающий осаждение карбонатов из растворов нитрата лантана и церия с концентрацией 60-70 г/л РЗЭ₂О₃ и 10-45 г/л HNO₃, при температуре 20-45°С раствором соли угольной кислоты (180-200 г/л) в три стадии. На первой стадии раствор соли угольной кислоты подают до установления рН пульпы карбонатов РЗЭ в интервале 4,1-5,5; на второй стадии подачей раствора соли лантана или церия рН пульпы устанавливают в интервале 3,7-4,5; на третьей стадии подачей раствора соли угольной кислоты рН пульпы устанавливают в интервале 6,5-7,0. Продолжительность каждой стадии 20-30 мин. Скорость перемешивания 800-900 об/мин. По окончании осаждения пульпа карбонатов выдерживается без перемешивания под слоем маточного раствора в течение 20-30 мин для созревания (перекристаллизации) осадка. Данный способ по совокупности исходных признаков: применения азотнокислых растворов; интенсивности перемешивания при смешивании реагентов; скорости фильтрования осадков принят за прототип.

Недостатки способа: продолжительность процесса - около 2 часов; необходимость контроля и тонкой корректировки рН пульпы в течение всего процесса; применимость к разбавленным до 60-70 г/л по РЗЭ₂О₃ растворам, что увеличивает объем сточных вод.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является достижение приемлемой для производства удельной скорости фильтрования пульпы карбоната неодима - не менее 1 м³/(м^2.ч) без предварительной корректировки кислотности и концентрации Nd₂O₃ исходного раствора нитрата неодима.

Технический результат предлагаемого способа достигается за счет того, что способ получения карбоната неодима включает осаждение карбоната неодима из раствора нитрата неодима, фильтрование осадка и сушку, отличающийся тем, что при осаждении исходный раствор неодима с концентрацией 40-263 г/л Nd₂O₃ и 4-30 г/л HNO₃ подают в 20%-ный раствор соли угольной кислоты со скоростью не более 1,3 кг Nd₂O₃/(кг (NH₄)₂CO₃^⋅ч) и не более 0,8 кг Nd₂O₃/(кг NH₄HCO₃^.ч) в изотермических условиях 39-44°С при скорости перемешивания пульпы 200-1100 об/мин, избыток соли угольной кислоты не менее 35% от стехиометрически необходимого количества (СНК).

Расчет избытка (Q) осадителя - соли угольной кислоты (в % от СНК) проводят по формуле (1):

где V_oc - объем раствора осадителя, л;

ρ - плотность раствора осадителя, г/см³;

- концентрация соли угольной кислоты в растворе осадителе, %;

A_i и B_i - стехиометрически необходимое количество соли угольной кислоты для осаждения карбоната неодима и нейтрализации азотной кислоты, соответственно, кг.

Для осаждения карбоната неодима карбонатом аммония ((NH₄)₂CO₃) из раствора нитрата неодима A_i и B_i составляют:

а для осаждения бикарбонатом аммония NH₄HCO₃

где , - концентрации Nd₂O₃ и HNO₃ в растворе нитрата неодима, г/л;

- объем раствора нитрата неодима, л;

96; 336; 63; 79 - молекулярные массы (NH₄)₂CO₃, Nd₂O₃, HNO₃ и NH₄HCO₃, соответственно, г/моль;

3 и 2 - стехиометрический расход (NH₄)₂СО₃ на 1 моль Nd₂O₃ при осаждении карбоната неодима и HNO₃ на 1 моль (NH₄)₂СО₃ реакции нейтрализации кислоты, соответственно, моль;

6 - стехиометрический расход NH₄HCO₃ на 1 моль Nd₂O₃ при осаждении карбоната неодима, моль;

1000 - коэффициент.

Скорость подачи компонента в системе раствор Nd(NO₃)₃ - раствор осадителя (в кг Nd₂O₃/(кг осадителя^.ч)) проводят по формуле (2):

1/24 - эмпирический коэффициент, л^-1;

- масса Nd₂O₃ в растворе нитрата неодима объемом , кг;

M_oc=A_i(1+Q/100+B_i - масса осадителя - соли угольной кислоты, кг;

τ - продолжительность осаждения, ч.

Данные приведены в таблице.

Предлагаемое решение позволяет проводить фильтрование с удельной скоростью на порядок выше по сравнению с прототипом. При использовании раствора соли угольной кислоты - карбоната аммония по прототипу достигается удельная скорость фильтрования 0,37-0,73 м³/(м^2.ч), а по предлагаемому - 1,57-4,43 м³/(м^2.ч). При использовании раствора бикарбоната аммония по прототипу достигается удельная скорость фильтрования 0,47-0,65 м³/(м^2.ч), а по предлагаемому - 1,18-3,93 м³/(м^2.ч).

Объем сточных вод в заявленном способе снижается в 1,5-2 раза, а производительность по карбонату неодима повышается в 2-5 раз вследствие применения более концентрированных исходных растворов по Nd₂O₃ 100-263 г/л.

Хотя настоящее изобретение описано в деталях выше, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения.

Способ получения карбоната неодима, включающий осаждение карбоната неодима из исходного раствора нитрата неодима, фильтрование осадка и его сушку, отличающийся тем, что исходный раствор, содержащий от 40 до 263 г/л Nd₂O₃ и 4-30 г/л HNO₃, подают в 20%-ный раствор соли угольной кислоты - карбоната аммония (NH₄)₂CO₃ или бикарбоната аммония NH₄HCO₃ в изотермических условиях 39-44°С при скорости перемешивания пульпы 200-1100 об/мин, причем избыток соли угольной кислоты составляет не менее 35% от стехиометрически необходимого количества, при этом при использовании карбоната аммония, исходный раствор подают со скоростью не более 1,3 кг Nd₂O₃/(кг (NH₄)₂CO₃·ч), а при использовании бикарбоната аммония, исходный раствор подают со скоростью не более 0,8 кг Nd₂O₃/(кг NH₄HCO₃ ·ч).