Научная статья на тему 'ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РАССЛАИВАНИЯ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ДИДИМА ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ'

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РАССЛАИВАНИЯ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ДИДИМА ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
65
20
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ / REE / РАЗДЕЛЕНИЕ / SEPARATION / КОНЦЕНТРАТ ДИДИМА / DIDIM CONCENTRATE / ЖИДКОСТНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ / LIQUID EXTRACTION / СМЕ- СИТЕЛЬНО-ОТСТОЙНЫЙ ЭКСТРАКТОР / MIXER-SETTLER EXTRACTOR / ЭКСТРАГЕНТ / EXTRACTANT / НИТРАТНЫЕ РАСТВОРЫ / NITRATE SOLUTIONS / ПРОЦЕСС РАССЛАИВАНИЯ / STRATIFICATION PROCESS / СПЛОШНАЯ ФАЗА / SOLID PHASE / ДИСПЕРСНАЯ ФАЗА / DISPERSED PHASE

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Маслобоева Софья Михайловна

Изучен процесс расслаивания эмульсий в различных экстрак- ционных системах, применяемых в технологии получения концентрата дидима (80-90% Nd+Pr) из нитратных раство- ров редкоземельных элементов. В качестве экстрагентов использованы трибутилфосфат и ди-2-этилгексилфосфор- ная кислота. Установлено влияние на скорость расслаива- ния добавки инертных разбавителей, высаливателей (азот- нокислого лития или алюминия), повышения кислотности и температуры исходных растворов. Рассчитаны удельные нагрузки на ступень смесительно-отстойного экстракто- ра, которые использованы в расчетах полных площадей экс- тракционных каскадов в различных системах при разделении РЗЭ. На основе полученных результатов проведен выбор экс- тракционной системы для первого этапа деления по линии празеодим - церий и для второго этапа деления по линии са- марий - неодим.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Маслобоева Софья Михайловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

RESEARCH OF SPLITTING PROCESS IN EXTRACTION SYSTEMS FOR SEDIMENTATION OF DIDIM CONCENTRATE FROM NITRATE SOLUTIONS OF RARE-EARTH ELEMENTS

The process of emulsion stratification was studied in different ex- traction systems used in the technology of obtaining the didim con- centrate (80-90% Nd+Pr) from nitrate solutions of rare-earth ele- ments. Tributyl phosphate and di-2-ethylhexylphosphoric acid were used as extractants. It is shown that addition of inert diluents, salt- ing-out agents (lithium nitrate or aluminum) and increases in acid- ity and temperature of the initial solutions affect the stratification time. Unit loads on the mixer-settler stage were calculated. These estimates were used in calculations of full squares of extraction cascades in different systems of the REE separation. The obtained results allowed us to choose the extraction system for the first pra- seodymium - cerium separation stage and second samarium - neodymium separation stage.

Текст научной работы на тему «ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РАССЛАИВАНИЯ В ЭКСТРАКЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА ДИДИМА ИЗ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ»

УДК 66.06 Sofia M. Masloboeva1

RESEARCH OF SPLITTING PROCESS IN EXTRACTION SYSTEMS FOR SEDIMENTATION OF DIDIM CONCENTRATE FROM NITRATE SOLUTIONS OF RARE-EARTH ELEMENTS

I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials Akademgorodok, 26a, Apatity, 184209, Russia

Apatity branch of Murmansk Arctic State University, Lesnaja, 29, Apatity, 184209, Russia e-mail : sofia_masloboeva@mail.ru

The process of emulsion stratification was studied in different extraction systems used in the technology of obtaining the didim concentrate (80-90% Nd+Pr) from nitrate solutions of rare-earth elements. Tributyl phosphate and di-2-ethylhexylphosphoric acid were used as extractants. It is shown that addition of inert diluents, salting-out agents (lithium nitrate or aluminum) and increases in acidity and temperature of the initial solutions affect the stratification time. Unit loads on the mixer-settler stage were calculated. These estimates were used in calculations of full squares of extraction cascades in different systems of the REE separation. The obtained results allowed us to choose the extraction system for the first praseodymium - cerium separation stage and second samarium -neodymium separation stage.

Keywords: REE, separation, didim concentrate, liquid extraction, mixer-settler extractor, extractant, nitrate solutions, stratification process, solid phase, dispersed phase.

.35:661.865

С.М. Маслобоева1

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

РАССЛАИВАНИЯ

В ЭКСТРАКЦИОННЫХ

СИСТЕМАХ

ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ

КОНЦЕНТРАТА ДИДИМА ИЗ

НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Академгородок, д. 26а, Апатиты, 184209, Россия Апатитский филиал Мурманского арктического государственного университета, Лесная, д. 29, Апатиты, 184209, Россия

e-mail : sofia_masloboeva@mail.ru

Изучен процесс расслаивания эмульсий в различных экстракционных системах, применяемых в технологии получения концентрата дидима (80-90% Nd+Pr) из нитратных растворов редкоземельных элементов. В качестве экстрагентов использованы трибутилфосфат и ди-2-этилгексилфосфор-ная кислота. Установлено влияние на скорость расслаивания добавки инертных разбавителей, высаливателей (азотнокислого лития или алюминия), повышения кислотности и температуры исходных растворов. Рассчитаны удельные нагрузки на ступень смесительно-отстойного экстрактора, которые использованы в расчетах полных площадей экстракционных каскадов в различных системах при разделении РЗЭ. На основе полученных результатов проведен выбор экстракционной системы для первого этапа деления по линии празеодим - церий и для второго этапа деления по линии самарий - неодим.

Ключевые слова: редкоземельные элементы, разделение, концентрат дидима, жидкостная экстракция, сме-сительно-отстойный экстрактор, экстрагент, нитратные растворы, процесс расслаивания, сплошная фаза, дисперсная фаза.

DOI 10.15217Zissn1998984-9.2017.39.39

Введение

Редкоземельные элементы (РЗЭ) находят широкое применение в радиоэлектронике, приборостроении, машиностроении, атомной технике, металлургии, химической промышленности. Одной из перспективных областей применения РЗЭ является использование их в качестве катализаторов процессов органического синтеза. По данным [1] общий объем мирового рынка катализаторов оценивается ~ 17,5 млрд. долл. США/год, в России - около 15 млрд. руб./год. Темпы ежегодного обновления промышленных катализаторов составляют 15-20 % в мире и около 4 % в России. Доля каталитических процессов в нефте-

химии и нефтепереработке в России достигает 70-80 %, а доля обеспечения крупнотоннажных производств российской промышленности отечественными катализаторами составляет ~ 30 % от потребности (~ 30 тыс. т/год).

Каталитическое действие РЗЭ изучено практически для всех основных реакций органического синтеза: разложения, гидрирования и дегидрирования, окисления, полимеризации и поликонденсации, крекинга, каталитического реформинга и т.д., и во всех случаях отмечена высокая их каталитическая активность [1-7]. Наиболее эффективным является использование в этих процессах индивидуальных РЗЭ, что, в свою очередь, ставит задачу разработки технологий их получения из суммы РЗЭ. Одной из перспективных областей применения катализатора на основе дидима (80-

1 Маслобоева Софья Михайловна, канд. техн. наук, доцент, ст. науч. сотр. Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, вед. науч. сотр. Апатитского филиала Мурманского арктического государственного университета, e-mail: sofia_ masloboeva@mail.ru.

Sofia M. Masloboeva, PhD (Eng.), associate Professor, senior researcher of I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Mineral Raw Materials KSC RAS, head researcher of Apatity branch of Murmansk Arctic State University

Дата поступления - 30 марта 2017 г

90 % неодима + празеодима) является получение высококачественного изопренового каучука [8-9].

Для разделения РЗЭ широко используется метод жидкостной экстракции с применением различных экстракционных систем. Так при получении цериевых РЗЭ разной степени чистоты применяют системы с трибутил-фосфатом (ТБФ) и третичными или вторичными карбо-новыми кислотами, ди-2-этилгексилфосфорную кислоту (Д2ЭГФК) используют для выделения и разделения средней группы, для получения иттрия находят применение амины [10]. ТБФ используют в трех системах: с азотной кислотой, высаливателем или с высокой концентрацией лантаноидов в нитратном растворе. При экстракции органическими кислотами расходуется эквивалентное к экстрагируемым металлам количество щелочи и минеральной кислоты для реэкстракции, что удорожает процесс разделения, поэтому эти системы используются довольно редко и только для получения чистых продуктов. Обзор основных экстракционных систем, используемых для разделения РЗЭ, приведен в работе [11].

Экстракционные процессы проводят в смеси-тельно-отстойных экстракторах. Производительность этих аппаратов лимитируется пропускной способностью отстойных камер, в которых происходит процесс расслаивания эмульсий, зависящий от свойств систем. В связи с этим весьма актуальной задачей является выбор экстракционной системы, использование которой в технологии обеспечило бы наряду с эффективным разделением РЗЭ достаточно высокую производительность смеситель-но-отстойного экстрактора при минимальных эксплуатационных затратах.

Настоящая работа посвящена оценке скоростей расслаивания и нахождению удельных нагрузок на ступень смесительно-отстойного экстрактора в различных системах в технологии выделения концентрата дидима из нитратных растворов РЗЭ с целью расчета полных площадей экстракционных каскадов и выбора оптимальной экстракционной системы.

Экспериментальная часть

Исследования проводили на технологических нитратных растворах РЗЭ состава, г/л: Ln2Oз - 400, СаО - 55, SrO - 6.5, Na2O - 11, HNOз - 20. Содержание в сумме РЗЭ, % мас.: La2Oз - 24.5, Се02 - 55.6, Рг6Ои - 4.5, Nd2Oз - 14.4, Sm2O3 - 0.7, Еи2О3 - 0.1, Gd2O3 - 0.1, полученных при переработке лопаритового концентрата. Предварительно растворы очищали от нередкоземельных примесей. Исходный раствор для изучения процесса расслаивания содержал: Ln2Oз - 380, HNOз - 20 г/л. Сумму РЗЭ (Ln2Oз) определяли гравиметрическим методом, концентрацию отдельных лантаноидов (в пересчете на оксиды) - рентгеноспектральным флуоресцентным методом; содержание HNOз в водной и органической фазах - методом титрования. Плотность растворов измеряли с помощью ареометров общего назначения (ГОСТ 1300-74); вязкость - вискозиметрами капиллярными стеклянными типа ВПЖ-2; межфазное натяжение - сталагмометром по методике, описанной в работе [12].

Для получения концентрата дидима необходимо отделение как лантана и церия с одной стороны, так и средних и тяжелых элементов с другой стороны, что осуществимо по двухкаскадной схеме разделения. В связи с этим в качестве экстрагентов использованы ТБФ и Д2Э-ГФК. Проанализировано влияние на скорость расслаивания добавки инертных разбавителей и высаливателей, повышение температуры и кислотности исходного раствора.

В качестве разбавителей использованы керосин и дизельное топливо, а в качестве высаливателей - азотнокислые растворы лития и алюминия. Дисперсной фазой служил ТБФ или его смесь с керосином (дизельным топливом), сплошной - нитратные растворы РЗЭ в присутствии высаливателя или без него. Во всех случаях использован экстрагент, предварительно насыщенный редкоземельными элементами. Перечень исследованных

систем и их физико-химические свойства при температуре 20 °С приведены в таблице 1. В каждой системе определены коэффициенты распределения и разделения РЗЭ (таблица 2), которые использованы для расчета технологических параметров экстракционных систем по методике, предложенной в работе [13].

Таблица 1. Физико-химические свойства дисперсной и сплошной фаз в различных экстракционных системах при температуре 20°С (рЛ рв - плотность и цЛ - вязкость, соответственно дисперсной и сплошной фаз; о - межфазное натяжение)

Наименование системы Обозначение системы Рс, 3 кгм3 кгм3 ^ 3 кгм3 ° ^ Ъ о ° ^ о 6 х

Трибутилфос-фат - нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л ТБФ-РЗЭ (380) 1196 1665 469 62.65 8.54 20.28

90 % Трибутил-фосфат + 10 % керосин - нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л 90 % ТБФ + 10 % К - РЗЭ (380) 1151 1645 494 32.85 7.78 15.27

80 % Трибутил-фосфат + 20 % керосин - нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л 80 % ТБФ + 20 % К - РЗЭ (380) 1122 1682 560 20.72 7.84 16.21

60 % Трибутил-фосфат + 40 % керосин - нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л 60 % ТБФ + 40 % К - РЗЭ (380) 1055 1677 622 7.82 8.09 17.04

80 % Трибутил-фосфат + 20 % дизельное топливо - нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л 80 % ТБФ + 20 % ДТ - РЗЭ (380) 1119 1677 558 26.68 7.89 19.63

Трибутилфосфат - 8н азотная кислота + нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л ТБФ - 8н Н1Ч03 + РЗЭ (380) 1075 1470 395 3.71 2.66 14.57

Трибутилфос-фат -6н азотнокислый литий + нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л ТБФ - 6н Ш03 + РЗЭ (380) 1193 1450 257 55.28 3.51 23.06

Трибутилфос-фат -6н азотнокислый алюминий + нитратный раствор РЗЭ, 380 г/л ТБФ - 6н А1(1Ч03)3 + РЗЭ (380) 1203 1568 365 70.29 13.98 28.67

33 % Ди-2-этил-гексилфосфор-ная кислота + 67 % керосин - нитратный раствор РЗЭ, 100 г/л 33 % Д2ЭГФК + 67 % К - РЗЭ (100) 864 1207 343 2.47 1.43 15.58

33 % Ди-2-этил-гексилфосфор-ная кислота + 27 % трибутилфосфат + 40 % керосин - нитратный раствор РЗЭ, 100 г/л 33 % Д2ЭГФК + 27 % ТБФ + 40 % К - РЗЭ (100) 946 1177 231 4.41 1.3 15.27

Примечание: Предел допустимой абсолютной погрешности при измерении плотности жидкостей составляет ±1 кг/м3; предел допустимой относительной погрешности при измерении вязкости жидкостей составляет ±0.35%; погрешность определения межфазного натяжения сталагмометрическим методом не

превышает ±1%.

Таблица 2. Коэффициенты разделения в экстракционных системах с нитратами цериевых РЗЭ

р-5 Коэффициенты разделения

Экстракционная система Емкость эк трагента, г Се/ La Рг/ Се Nd/ Рг Nd/ Се Sm/ М Sm/ Nd*

ТБФ-РЗЭ (380) 160 2,1 1,65 1,50 2,3 3,0 1,8

80 % ТБФ + 20 % К-РЗЭ (380) 140 2,2 1,65 1,55 2,4 3,2 2,0

ТБФ-8н HNOз + РЗЭ (380) 40 2,0 1,5 1,6 2,5 4,0 2,8

ТБФ-6н □N03 + РЗЭ (380) 160 2,3 2,4 1,9 4,6 7,8 3,6

ТБФ-6н А1^03)3 + РЗЭ (380) 160 2,1 2,3 1,8 4,2 6,7 3,6

33 % Д2ЭГФК + 67 % К-РЗЭ (100) 20 2,7 1,3 1,18 1,65 4,1 3,0

33 % Д2ЭГФК + 27 % ТБФ + 40 % К-РЗЭ (100) 40 1,6 1,1 1,0 1,1 2,9 2,2

зывает, что, несмотря на значительное уменьшение вязкости дисперсной фазы в системах с керосином, скорость расслаивания эмульсий увеличивается незначительно. Аналогичный результат получен и для системы с дизельным топливом.

Примечание: * Снято для концентрата, содержащего 80% N6203 и 5% Sm20з, остальное для исходного раствора. Относительная погрешность измерений концентраций 1а, Се, Рг, N6, Sm в водной и органической фазах, по которым рассчитаны коэффициенты

разделения, составляет ±10%.

Изучение скорости расслаивания осуществлялось в периодическом режиме при соотношении объемов органической и водной фаз О : В = 1 : 1 и t= 20 °С. Обработка полученных экспериментальных данных проводилась в соответствии с методикой, описанной в работе [14]. Для всех систем были построены графики зависимости высоты осветленных слоев дисперсной (рисунок 1, кривая 1) и сплошной (рисунок 1, кривая 2) фаз от времени расслаивания т и найдены скорости выделения в осветленные слои дисперсной (и = tga) и сплошной (ис = tgp) фаз. Далее рассчитывалась максимальная скорость расслаивания ит = ис + ис и уточненная скорость выделения дисперсной фазы в осветленный слой ис* = 0,5 ит, которая равна удельной нагрузке по дисперсной фазе qd в непрерывном процессе. При данной высоте слоя эмульсии he и соответствующей ей qcl рассчитывалось время пребывания дисперсной фазы в слое эмульсии Тс = he/qd в непрерывном процессе. По результатам четырех измерений определялись соответствующие пары значений he - Тс, по которым строилась равновесная линия (рисунок 2) и графически определялись ее параметры - предельная удельная нагрузка по дисперсной фазе qdp = tgy и характеристическая высота ^ (рисунок 2). По формуле

при выбранной высоте слоя эмульсии

в отстойнике he = 0,1 м вычислялась удельная нагрузка по дисперсной фазе. Суммарная удельная нагрузка q1 на экстрактор рассчитывалась по уравнению q1 = qd/ 0, где 0 - отношение объемов органической и водной фаз в отстойнике экстрактора.

В таблице 3 приведены основные параметры, характеризующие процесс расслаивания, а также удельные нагрузки по дисперсной фазе и по сумме фаз, рассчитанные на высоту слоя эмульсии he = 0,1 м и 0= 0,5.

Известно [15], что добавка инертного разбавителя к экстрагенту снижает вязкость последнего и тем самым уменьшает затраты энергии на перекачивание и перемешивание, увеличивает скорость расслаивания эмульсий, тепло- и массопередачу, уменьшает емкость экстраген-та. Как видно из результатов таблицы 3, добавка керосина (до 20 %) увеличивает скорость расслаивания по сравнению с исходной системой ТБФ-РЗЭ(380) примерно на 20 %, при этом коэффициенты разделения РЗЭ несколько возрастают (таблица 2). Анализ данных таблицы 1 пока-

Рисунок 1. Зависимость высоты h (м) осветленных дисперсной (1) и сплошной (2) фаз от времени расслаивания т (сек). (система: 60 % ТБФ + 40% К-РЗЭ (380), he = 0,4 м, 0 = 0,5).

Рисунок 2. Равновесная линия по дисперсной фазе. (he - м, Тс - ч, система: 33 % Д2ЭГФК + 27 % ТБФ + 40 % К - РЗЭ (100), 0 = 0,5).

Таблица 3. Основные параметры процесса расслаивания эмульсий

Экстракционная система сРЪ 3м 2 -с ■ ри 3м п 2 п Площадь экстракционного каскада, м2

ТБФ-РЗЭ (380) 0,66 0,023 0,54 1,08 1080

ТБФ-РЗЭ(380) при 60 °С 1,65 0,004 1,51 3,02 400

90 % ТБФ + 10 % К-РЗЭ(380) 1,07 0,048 0,72 1,44 990

80 % ТБФ + 20 % К-РЗЭ(380) 1,09 0,055 0,70 1,40 945

60 % ТБФ + 40 % К-РЗЭ(380) 1,22 0,075 0,70 1,40 940

80 % ТБФ + 20 % ДТ-РЗЭ(380) 0,69 0,005 0,66 1,32 963

ТБФ-8н HN0з + РЗЭ(380) 1,68 0,005 1,60 3,20 1828

ТБФ-6н □N03 + РЗЭ(380) 1,25 0,002 1,23 2,46 560

ТБФ - 6н А1^03)3 + РЗЭ (380) 0,36 0,002 0,35 0,71 1380

33 % Д2ЭГФК + 67 % К-РЗЭ(100) 4,65 0,042 3,27 6,54 192

33 % Д2ЭГФК + 27 % ТБФ + 40 % К-РЗЭ(100) 5,59 0,037 4,08 8,16 182

Примечание: основные параметры процесса расслаивания эмульсий рассчитаны на основе экспериментальных данных, обработанных статистическими методами; погрешность измерений не превышает ±5 %.

Система с высаливателем характеризуется высокими коэффициентами разделения (таблица 2) и полным использованием емкости экстрагента. Однако добавка в систему ТБФ-РЗЭ(380) азотнокислого лития или азотнокислого алюминия влияет на скорость расслаивания неравнозначно. Как свидетельствуют данные таблицы 3, при введении в систему 6н □N03 скорость расслаивания возрастает в 2,3 раза, в то время как добавка 6н А!^03)3 приводит к снижению последней в 1,5 раза. Такой результат объясняется тем, что вязкость сплошной фазы у исходной системы ТБФ-РЗЭ(380) уменьшается с введением высаливателя □N03, в то время как при добавлении А!^03)3 она наоборот увеличивается, т.е. в обоих случаях изменяется скорость стекания пленки сплошной фазы между каплями в эмульсионном слое. Следовательно, наиболее важным фактором, влияющим на процесс расслаивания эмульсий, является вязкость сплошной фазы. Она определяющая в данном процессе, т.к. межфазное натяжение в системах с высаливателем и без него изменяется незначительно.

В системе ТБФ-8н HN0з + РЗЭ(380) емкость экстрагента по лантаноидам составляет 40 г/л, т.е. достаточно низкая, хотя коэффициенты разделения несколько выше, чем в системе ТБФ-РЗЭ(380). Однако за счет уменьшения вязкости сплошной фазы (таблица 1) удельная нагрузка по дисперсной фазе увеличивается в 3 раза по сравнению с qd в системе ТБФ-РЗЭ(380) (таблица 3).

Система с Д2ЭГФК характеризуется высокими коэффициентами разделения некоторых пар элементов, но при этом способна образовывать с тяжелыми РЗЭ плохо расслаивающиеся полимеризованные формы. Для улучшения расслаивания применяют смесь Д2ЭГФК с ТБФ [10], что в свою очередь ведет к увеличению емкости экс-трагента. Для смеси 33 % Д2ЭГФК + 27 % ТБФ + 40 % К емкость составляет 40 г/л Ln2O3 против 20 г/л для 33 % Д2ЭГФК + 67 % К, однако, коэффициенты разделения заметно снижаются (таблица 2). Изучение скоростей расслаивания в этих системах при концентрации РЗЭ в исходном растворе 100 г/л показало, что скорость расслаивания в них значительно выше, чем в системах с ТБФ (таблица 3).

На производительность смесительно-отстойного экстрактора оказывает существенное влияние температура рабочих жидкостей. Уменьшение высоты слоя эмульсии в отстойной камере экстрактора с ростом температуры обусловлено уменьшением вязкости сплошной фазы; при этом, во-первых, уменьшается время поверхностной и межкапельной коалесценции, во-вторых, снижается величина критического размера капли, до которого происходит рост капель в данной системе. Кроме того, средний диаметр капель, образующихся в смесительной камере, с ростом температуры будет увеличиваться, поскольку он является результатом динамического равновесия двух процессов: дробления и коалесценции. Процесс ко-алесценции зависит от температуры в большей степени, чем механический процесс дробления капель. Следовательно, динамическое равновесие сдвигается в сторону распределений с более крупным размером частиц, что в свою очередь способствует ускорению процесса коалес-ценции в отстойной камере.

На основании результатов экспериментов, полученных на системе ТБФ-РЗЭ(380), установлено, что повышение температуры от 20 до 60 °С позволяет увеличить скорость расслаивания эмульсий примерно в 3 раза (таблица 3) при незначительном уменьшении коэффициентов разделения РЗЭ (таблица 2).

Полученные данные по удельным нагрузкам (таблица 3) были использованы в расчетах полных площадей экстракционных каскадов в различных системах с учетом суммарного потока на экстракции и числа, необходимых для разделения РЗЭ экстракционных ступеней. Эти результаты явились основой выбора экстракционной системы для выделения концентрата дидима из ни-

тратных растворов РЗЭ. Предложено для первого этапа деления по линии празеодим-церий использовать нейтральную систему ТБФ без высаливателя, как наиболее экономичную. Экстракционный каскад в системе с нитратом лития занимает меньшую, чем в других системах площадь, однако стоимость высаливателя достаточно велика. Разбавление ТБФ дает некоторую экономию площади, однако, такая экономия не оправдывается наличием в производстве легковоспламеняющихся жидкостей. Повышение температуры исходных растворов в процессе разделения РЗЭ приводит к значительному сокращению площади экстракционного каскада, но при этом существенно возрастают энергозатраты. Для отделения самария и последующих элементов наиболее оптимальна система с Д2ЭГФК или ее смесь с ТБФ.

Выводы

1. На основании изучения процесса расслаивания эмульсий в различных экстракционных системах, применяемых при выделении концентрата дидима из нитратных растворов РЗЭ в технологии переработки лопарита, рассчитаны суммарные удельные нагрузки на ступень смесительно-отстойного экстрактора.

2. Установлено, что добавление в исходную систему азотной кислоты и азотнокислого лития в качестве высаливателя приводит к возрастанию удельных нагрузок на экстрактор, в то время как добавка инертных разбавителей увеличивает суммарную удельную нагрузку на экстрактор незначительно. Показано, что существенную роль на скорость расслаивания эмульсий оказывает вязкость сплошной фазы по сравнению с другими физико-химическими свойствами системы. Наибольшая скорость расслаивания достигается в экстракционных системах, содержащих в качестве экстрагента Д2ЭГФК и с повышением температуры.

3. Результаты исследований использованы в расчетах площадей экстракционных каскадов и выборе экстракционной системы.

Литература

1. Брыкин А.В., Артемов А.В., Колегов К.А. Анализ рынка редкоземельных элементов (РЗЭ) и РЗЭ-ката-лизаторов // Катализ в промышленности. 2013. № 4. С. 7-15.

2. Исупова Л.А., Садыков В.А. Физико-химические основы приготовления массивных оксидных катализаторов глубокого окисления с использованием метода механохимической активации. Сообщение 2. Массивные блочные оксидные катализаторы для высокотемпературных процессов окисления // Катализ в промышленности. 2003. № 5. С. 3-12.

3. Ламберов А.А., Гильманов Х.Х., Дементьева Е.В., Шатохина Е.В., Гильмуллин Р.Р. Влияние оксида церия на фазовый состав и активность железооксидных катализаторов дегидрирования метилбутенов в изопрен // Катализ в промышленности. 2007. № 6. С. 18-24.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Кипнис М.А. Современные подходы к исследованию катализа и катализаторов // Катализ в промышленности. 2002. № 3. С. 47-59.

5. Крылова А.В., Михайличенко А.И. Церийоксид-содержащие промышленные и перспективные катализаторы // Катализ в промышленности. 2005. № 3. С. 3-11.

6. Усачев Н.Я., Харламов В.В., Беланова Е.П., Старостина Т.С., Круковский И.М. Окислительная переработка низших алканов: состояние и перспективы // Рос. хим. журн.. 2008. Т. 52. № 4. С. 22-31.

7. Гпазов А.В., Генералов В.Н., Горденко В.И., Доронин В.П., Дубков И.В. Новые катализаторы каталитического крекинга серии «Люкс»: опыт разработки, производства и эксплуатации на ОАО «Сибнефть-Омский НПЗ» // Рос. хим. журн.. 2007. Т. 51. № 4. С. 57-59.

8. Васильев В.А., Хвостик Г.М., Сланевский А.А., Морозов Ю.В., Насыров И.Ш, Баженов Ю.П., Фаизова

В.Ю., Петрунина А.В. Совместная полимеризация изопрена с 1,3-пентадиеном в присутствии каталитических систем на основе неодима // Промышленное производство и использование эластомеров. 2011. № 1. С. 12-17.

9. Бубнова С.В., Бодрова В.С., Дьячкова Е.С., Дроздов Б.Т., Васильев В.А. Полимеризации изопрена с катализаторами на основе 2-этилгексилфосфата неодима // Каучук и резина. 2014. № 1. С. 8-11.

10. Цыганкова Г.В. Технология и научные исследования в области получения окисей РЗЭ и некоторых соединений на их основе за рубежом // Научные труды ГИ-РЕДМЕТа. 1978. Т. 86. С. 130-136.

11. Букин В.И., Зимина Г.В., Николаева И.И., Таук М.В. Разделение редкоземельных металлов жидкостной экстракцией // Цветные металлы. 2015. № 2. С. 64-69.

12. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. М.: Высшая школа, 1973. 208 с.

13. Синицын Н.М., Корпусов Г.В., Зайцев Л.М. [и др.]. Химия долгоживущих осколочных элементов / под ред. акад. А.В. Николаева. М.: Атомиздат, 1970. 328 с.

14. Склокин Л.И. Разделение эмульсий в смеси-тельно-отстойных экстракторах. Апатиты: Кольский филиал АН СССР, 1988. 90 с.

15. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. М.: Химия, 1966. 130 с.

References

1. Brykin A.V., Artemov A.V., Kolegov K.A. Analiz rynka redkozemel'nykh elementov (RZEH) i RZEH-kataliza-torov // Kataliz v promyshlennosti. 2013. № 4. S. 7-15. [in Russian]

2. Isupova L.A., Sadykov V.A. Fiziko-khimicheskie osnovy prigotovleniya massivnykh oksidnykh katalizatorov glubokogo okisleniya s ispol'zovaniem metoda mekhanokh-imicheskoj aktivatsii. Soobshhenie 2. Massivnye blochnye oksidnye katalizatory dlya vysokotemperaturnykh protsessov okisleniya // Kataliz v promyshlennosti. 2003. № 5. S. 3-12. [in Russian]

3. Lomberov А.А., Gil'manov Kh.Kh., Dement'eva E.V., Shatokhina E.V., Gsh'mullin P.P. Vliyanie oksida tseriya na fazovyj sostav i aktivnost' zhelezooksidnykh katalizatorov degidrirovaniya metilbutenov v izopren // Kataliz v promyshlennosti. 2007. № 6. S. 18-24. [in Russian]

4. Kipnis M.A. Sovremennye podkhody k issledo-vaniyu kataliza i katalizatorov // Kataliz v promyshlennosti. 2002. № 3. S. 47-59. [in Russian]

5. Krylova A.V., Mikhajlichenko A.I. Tserijoksidsoder-zhashhie promyshlennye i perspektivnye katalizatory // Kataliz v promyshlennosti. 2005. №3. S. 3-11. [in Russian]

6. Usachev N.Ya., Kharlamov V.V., Belanova E.P., Starostina T.S, Krukovskij I.M. Okislitel'naya pererabotka niz-shikh alkanov: sostoyanie i perspektivy // Rossijskij khimich-eskij zhurnal. 2008. T. 52. № 4. S. 22-31. [in Russian]

7. Glazov A.V., Generalov V.N., Gordenko V.l., Doronin V.P., Dubkov I.V. Novye katalizatory kataliticheskogo krekinga serii «Lyuks»: opyt razrabotki, proizvodstva i eksplu-atatsii na OAO «Sibneft'-Omskij NPZ» // Rossijskij khimich-eskij zhurnal. 2007. T. 51. № 4. S. 57-59. [in Russian]

8. Vasil'ev V.A., Khvostik G.M., Slanevskij A.A., Mo-rozov Yu.V., Nasyrov I.Sh, Bazhenov Yu.P., Faizova V.Yu., Petrunina A.V. Sovmestnaya polimerizatsiya izoprena s 1,3-pentadienom v prisutstvii kataliticheskikh sistem na os-nove neodima // Promyshlennoe proizvodstvo i ispol'zovanie elastomerov. 2011. №1. S. 12-17. [in Russian]

9. Bubnova SV., Bodrova B.C., D'yachkova E.S., Drozdov B.T., Vasil'ev V.A. Polimerizatsii izoprena s kataliza-torami na osnove 2-etilgeksilfosfata neodima II Kauchuk i rez-ina. 2014. №1.S. 8-11. [in Russian]

10. Tsygankova G.V. Tekhnologiya i nauchnye issledovaniya v oblasti polucheniya okisej RZEH i nekoto-rykh soedinenij na ikh osnove za rubezhom // Nauchnye trudy GIREDMETa. 1978. T. 86. S. 130-136. [in Russian]

11. Bukin V.l., Zimina G.V., Nikolaeva I.I., Tauk M.V. Razdelenie redkozemel'nykh metallov zhidkostnoj ek-straktsiej // Tsvetnye metally. 2015. № 2.S. 64-69. [in Russian]

12. Ajvazov B.V. Praktikum po khimii poverkhnost-nykh yavlenij i adsorbtsii. M.: Vysshaya shkola, 1973. 208 s. [in Russian]

13. Sinitsyn N.M., Korpusov G.V., Zaytsev L.M. [i dr.]. Khimiya dolgozhivushchikh oskolochnykh elementov / pod red. akad. AM Nikolaeva. M.: Atomizdat, 1970. 328 s. [in Russian]

14. Sklokin L.I. Razdelenie emul'sij v smesitel'no-ot-stojnykh ekstraktorakh. Apatity: Kol'skij filial AN SSSR, 1988. 90 s. [in Russian]

15. Trejbal R. Zhidkostnaya ekstraktsiya. M.: Khimi-ya, 1966. 130 s. [in Russian]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.