7.7. Экстракционное разделение редкоземельных элементов, выделенных из апатитового концентрата

7.7 Экстракционное разделение редкоземельных элементов, выделенных из апатитового концентрата

Промышленно освоены две технологии переработки апатита - сернокислотная и азотнокислотная технологии. В зависимости от принятой технологии переработки присутствующие в апатите РЗЭ концентрируются в азотно-фосфорнокислом растворе (АФР) при азотнокислотной технологии или в фосфогипсе при сернокислотной. При этом для извлечения РЗЭ наиболее перспективна азотнокислотная технология, так как по этой схеме РЗЭ в основном движутся одним потоком без значительного перераспределения.

По стандартной технологии азотно-фосфорнокислый раствор, содержащий до 7 г/л РЗЭ, охлаждают, кристаллизуют и выделяют нитрат кальция, аммонизируют, упаривают и направляют на получение удобрений. Большая часть РЗЭ остается в составе удобрений. Для выделения РЗЭ после вымораживания нитрата кальция и отделения фтора проводят селективное выделение гидратно-фосфатных осадков РЗЭ при рН = 1,1-2,0.

Для извлечения РЗЭ из апатитовых концентратов предложены различные методы. Опубликованы результаты исследований по извлечению РЗЭ осаждением в форме оксалатов с последующим переводом оксалатов в гидроксиды, обработкой осадка серной кислотой с выделением сульфатов РЗЭ или экстракцией нейтральными фосфорорганическими соединениями. Для дальнейшего разделения РЗЭ широко применяют метод экстракции, в частности наибольшее применение нашел ТБФ.

Известны методы разделения РЗЭ экстракцией ТБФ из азотнокислых растворов, содержащих 8 М азотной кислоты, из растворов нитратов РЗЭ, содержащих 0,2-0,3 М азотной кислоты и 5 N нитрата алюминия, а также разделение нитратов РЗЭ экстракцией ТБФ в присутствии нитрата аммония. В последнем случае противоточный процесс состоит из стадий экстракции, промывки и реэкстракции. В качестве промывного раствора используют упаренный реэкстракт, что связано с необходимостью упаривания значительного количества растворов.

В связи с этим были проведены исследования, направленные на снижение количества упариваемого реэкстракта. Для этого проводили экстракцию РЗЭ, выделенных из апатита, в присутствии нитрата аммония. Исходный раствор содержал 300 г/л РЗЭ, в качестве экстрагента использовали 100 % ТБФ. Далее проводили промывку и реэкстракцию подкисленной водой в две стадии последовательно двумя потоками реэкстрагирующего раствора. Каждый реэкстракт выводили из системы. Первый реэкстракт упаривали до концентрации 280-320 г/л и направляли в качестве промывного раствора на промывку органической фазы. Второй реэкстракт обрабатывали гидроксидом аммония или аммиаком и отделяли фильтрацией гидроксиды РЗЭ. Гидроксиды РЗЭ выводили как готовую продукцию, а нитрат аммония направляли на приготовление исходного раствора.

Также разработана универсальная технология разделения концентратов РЗМ с получением индивидуальных РЗЭ высокой степени чистоты.

Существенным отличием от реализуемых как в России, так и в Китае и США технологий является то, что процесс экстракционного разделения РЗК предложено проводить в центробежных экстракторах. Технологии и оборудование позволяет создать компактное производство по разделению редкоземельных концентратов с минимальными загрузками реагентов и потоками рабочих растворов и экстрагентов. Расчет числа ступеней разделения и режим работы каскада экстракторов производится по разработанным специальным программам, а управление каскадами осуществляется от компьютера. По предварительным оценкам площадь разделительного производства с использованием центробежных экстракторов с программным обеспечением будет в 7-10 раз меньше аналогичных по объему переработки производств, использующих стандартное экстракционное оборудование - смесительно отстойные экстрактора ящичного типа. Также существенно снизится объем загружаемого в разделительные каскады пожароопасного экстрагента и объем незавершенного производства. Упрощается перезагрузка каскадов при переходе на другое сырье-концентрат РЗМ.