CC BY
31
УДК 661.865
М.В. Папкова*, О.Ю. Сайкина, А.И. Михайличенко, Т.В. Конькова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, корп. 1 *e-mail: [email protected]
ДЕСОРБЦИЯ РЗЭ ИЗ СУЛЬФОКАТИОНИТА КУ-2 С ПОМОЩЬЮ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ И НИТРАТА АММОНИЯ
Аннотация
Изучена десорбция индивидуальных редкоземельных элементов из фазы сульфокатионита КУ-2 с помощью 5 М соляной кислоты и нитрата аммония различной концентрации. Установлено, что единичный контакт катионита с соляной кислотой позволяет извлечь на 98,3 %, 98,9 % и 98,0 % иттербия, иттрия и лантана соответственно. Показано, что оптимальная концентрация нитрата аммония для десорбции составляет 300 г/л, при которой за единичный контакт с катионитом возможно извлечь 97,0 %, 94,2% и 92,2 % соответственно для иттербия, иттрия и лантана
Ключевые слова: редкоземельные элементы, десорбция, нитрат аммония, соляная кислота
Центре коллективного пользования РХТУ им.Д.И. Менделеева.
На основании предыдущих исследований для десорбции РЗЭ из фазы сульфокатионита КУ-2 была выбрана 5 М соляная кислота [3]. На рисунке 1 приведены зависимости содержания РЗЭ в зависимости от времени контакта 5 М соляной кислоты с тремя образцами сульфокатионита КУ-2, насыщенными лантаном, иттрием и иттербием соответственно. Из рисунка видно, что равновесие при десорбции достигается за 80 минут и проходит на 98,3 %, 98,9 % и 98,0 % для иттербия, иттрия и лантана соответственно.
На рисунке 2 представлена зависимость коэффициентов распределения РЗЭ при десорбции 5 М раствором соляной кислоты от времени контакта фаз, которые показывают уменьшение количества РЗЭ в фазе смолы. Различие в значениях коэффициентов распределения можно объяснить, размером ионного радиуса РЗЭ ^^ У и La - 1,00, 1,06, 1,22 А соответственно).
Полученные результаты показывают достаточно высокую степень десорбции РЗЭ при единичном контакте образцов сульфокатионита КУ-2, насыщенных индивидуальными РЗЭ, с 5 М соляной кислотой. Однако использование 5 М соляной кислоты не желательно из-за ее повышенной реакционной активности, в частности с металлоконструкциями, а также с трудностями, возникающими в последующих стадиях извлечения
РЗЭ.
На рисунке 3.1 представлена зависимость коэффициентов распределения лантана, иттрия, иттербия от концентрации нитрата аммония при сорбции их сульфокатионитом КУ-2 из растворов нитрата аммония различной концентрации. Как видно из рисунка, коэффициенты распределения уменьшаются линейно при увеличении концентрации NH4NO3. Тангенс угла наклона для зависимостей лантана, иттрии и иттербия равны: 0,08, 0,07 и 0,06 соответственно. Мы предполагаем, что такие значения тангенсов углов наклона прямых связанны с
На сегодняшний день в России проблема нехватки редкоземельных элементов для развития современных отраслей промышленности не решена [1]. Как показал обзор литературы, наиболее перспективным является сорбционное извлечение РЗЭ из основного продукта переработки апатитов -экстракционной фосфорной кислоты, которая содержит до 1 г/л суммы РЗЭ [2]. Предыдущие исследования выявили, что сорбция РЗЭ достаточно эффективно осуществляется сульфокатионитом КУ-2 [3], однако стадия десорбции РЗЭ из фазы ионообменной смолы недостаточно изучена [4].
В данной работе рассмотрен процесс десорбции редкоземельных элементов из фазы сульфокатионита КУ-2 растворами соляной кислоты и нитрата аммония.
Исходные растворы индивидуальных РЗЭ готовили путем растворения их оксидов в растворах соляной кислоты и нитрата аммония. Десорбцию проводили из фазы смолы предварительно насыщенной РЗЭ. Эксперимент проводили в статическом реакторе при заданной температуре и времени контакта фаз. Приготовленные растворы контактировали с сульфокатионитом марки КУ-2 (размер гранул 0,3 - 1,3 мм) в водородной форме при заданном соотношении Ж:Т. Исходная концентрация РЗЭ в их индивидуальных растворах составляла 1 г/л.
Коэффициент распределения (Б) РЗЭ определяли по изменению концентрации металла в водной фазе. Расчет Б производили по соотношению (1):
[Спап)-Ск(Ьп)]*Щ|^
Ск(Ьп) (1)
где С0^п), Ck(Ln) - концентрации лантаноида в исходной и конечной (равновесной) водной фазах (г/мл), У(ж.ф.) - объем жидкой фазы (мл), т(т.ф.) -масса твердой фазы (исходного сульфокатионита, г).
Концентрацию РЗЭ определяли по стандартным методикам на приборе 1СР-МБ Х8епе8 2 (масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой) в
тем, что РЗЭ, способные образовывать комплексные соединения с (N03) группой, находятся в растворе в связанной форме, что затрудняет их сорбцию сульфокатионитом КУ-2, а также идет конкурентная сорбция ЫН4 . что также снижает коэффициенты
0,3
0,7 ■
50.6
с
о
^>0,5-| 0,4-
0,3
со
с
0,2-
0,1
> УЬ
— -•— У
1_а
-
н
1 ! ! 1 !
: : г :
1 -1-'-!-' 1 -1-1-1-'—г
распределения РЗЭ. Значения коэффициентов распределения и тангенсов углов наклона прямых уменьшаются в порядке Ьа > У > УЬ, что, по-видимому, связано с уменьшением ионного радиуса РЗЭ в том же порядке
ю-
О
го
1 -
0.1
-г~
20
40
-Г" 60
-Г" 80
—I—
100
120
—I—
140
20
40
60
ВО
100
120
140
время, мин
время, мин
-■-УЬ-* У-*-1_а
Слева - Рисунок 1. Зависимость содержания лантана, иттрия, иттербия в фазе катионита КУ-2 от времени контакта с 5 М соляной кислотой. (Ж:Т=50:1, комнатная температура)
1)
Справа - Рисунок 2. Зависимость коэффициентов распределения лантана, иттрия, иттербия от времени контакта с 5 М соляной кислотой. (Ж:Т=50: 1, комнатная температура)
10
5
200 250 300 С ( ЫН4М03) , г/л
Рисунок 3.1. Зависимость коэффициентов распределения лантана, иттрия, иттербия от концентрации нитрата аммония при сорбции РЗЭ сульфокатионитом КУ-2. (Ж:Т=50:1, комнатная температура, время контакта - 2 часа)
Поскольку коэффициенты распределения лантана, иттрия и иттербия не существенно изменяются с концентрацией нитрата аммония, дальнейшие эксперименты проводили с нитратом аммония концентрацией 300 г/л.
На рисунке 3.2. представлена зависимость коэффициентов распределения РЗЭ при десорбции их из образцов сульфокатионита КУ-2, насыщенных
время, мин
Рисунок 3.2. Зависимость коэффициентов распределения лантана, иттрия, иттербия от времени контакта сульфокатионита КУ-2, насыщенного РЗЭ с нитратом аммония концентрацией 300 г/л. (Ж:Т=50:1, комнатная температура).
индивидуальными лантаном, иттрием и иттербием соответственно, от времени контакта фаз. Данная зависимость является убывающей, равновесие достигается за 120 минут контакта фаз.
Степени извлечения составили: 97,0 %, 94,2% и 92,2 % соответственно для иттербия, иттрия и лантана. Полученные результаты показывают достаточно высокую степень десорбции РЗЭ при
единичном контакте образцов сульфокатионита КУ- На основании проведенных исследований можно 2, насыщенных индивидуальными РЗЭ, с 300 г/л сделать вывод о том, что использование для нитратом аммония. При использовании нитрата дессорбции лантана, иттрия и иттербия с аммония концентрацией 300 г/л в качестве десорбента сульфокатионита КУ-2 5 М соляную кислоту и 300 необходимо учитывать возможность его г/л нитрата аммония возможно, соблюдая некоторые кристаллизации в процессе эксперимента, а также условия при эксплуатации. кристаллизацию десорбата, не допуская переохлаждения растворов.
Папкова Мария Владимировна асп. 3 года кафедры Технологии Неорганических Веществ РХТУ им.Д.И.Менделеева, Москва, Россия
Сайкина Ольга Юрьевна бакалавр 4 курса кафедры Технологии Неорганических Веществ РХТУ им.Д.И.Менделеева, Москва, Россия
Михайличенко Анатолий Игнатьевич д.х.н., профессор кафедры Технологии Неорганических Веществ РХТУ им.Д.И.Менделеева, Москва, Россия
Конькова Татьяна Владимировна к.т.н., доцент кафедры технологии Неорганических Веществ РХТУ им.Д.И.Менделеева, Москва, Россия
Литература:
1. Левин Б.В. Фундаментальное долгосрочное изменение рынка редкоземельных элементов и новые возможности промышленного их получения из апатитового концентрата. В сб. «Переработка и утилизация попутных фтористых соединений и извлечение редкоземельных металлов в производстве минеральных удобрений», M.: изд. НИУИФ, 2011, с. 94-124.
2. Локшин Э.П., Калинников В.Т. Извлечение редкоземельных элементов из отходов и промпродуктов сернокислотной переработки хибинского апатитового концентрата. В сб. «Переработка и утилизация попутных фтористых соединений и извлечение редкоземельных металлов в производстве минеральных удобрений», М.: изд. НИУИФ, 2011, с. 125-141.
3. Михайличенко А.И., Папкова М.В., Конькова Т.В. Особенности распределения редкоземельных элементов при сорбции их сульфокатионитом из растворов фосфорной кислоты// Хим.пром-ть сегодня. - 2015. - №5. С.550-552.
4. Локшин Э.П., Тареева О.А., Елизарова И.Р. Получение концентрата из сульфокатионитов, насыщенных редкоземельными металлами из сернокислых растворов выщелачивания фосфогипса. // Хим.тех. - 2014. - №12. С.738-745.
PapkovaMaria Vladimirovna*, Saykina Olga Yuryevna, Mikhaylichenko Anatoly Ignatievich, Konkova Tatiana Vladimirovna
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
DESORPTION OF REE FROM SULPHOCATIONITE KU-2 WITH HYDROCHLORIC ACID AND AMMONIUM NITRATE
Annotation:
Desorption of individual REE from sulphocationite KU-2 with 5 M hydrochloric acid and various concentrations of ammonium nitrate was studied. It was found that a single contact of cation with hydrochloric acid allows extracting at 98.3%, 98.9% and 98.0% ytterbium, yttrium and lanthanum respectively. It is shown that the optimal concentration of ammonium nitrate for the desorption is 300 g / l, in which the identity of the contact with the cation exchange resin may remove 97.0%, 94.2% and 92.2%, respectively, for ytterbium, yttrium and lanthanum
Key words: rare earth elements, desorption, ammonium nitrate, hydrochloric acid
