Очистка продуктивных растворов, содержащих редкоземельные металлы, от примесных элементов экстракционным способом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Korotkov Vladimir Gennadjevich

Leading Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia vlkorot@yandex.ru, Voronchuk Sergey Ivanovich

Leading Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Yakovleva Nadegda Anatoljevna

Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Kuzmich Yuri Vasiljevich

PhD (Chemistry), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.302-305 УДК 66.061 : 661.86 : 661.87

ОЧИСТКА ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ, ОТ ПРИМЕСНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКСТРАКЦИОННЫМ СПОСОБОМ

А. Ю. Костюк, С. В. Жуков, А. В. Смирнов, А. С. Сибилев

ООО «НПК "Русредмет"», г. Санкт-Петербург, Россия Аннотация

Рассматриваются процессы очистки РЗЭ-содержащих растворов от примесей железа и алюминия экстракционным способом с применением карбоновых кислот в качестве экстрагента. Установлены зависимости коэффициентов распределения железа и алюминия при их экстракции растворами олеиновой и нафтеновой кислот в парафине. На основе полученных данных выбраны оптимальные условия для отделения железа и алюминия от катионов редкоземельных металлов. Ключевые слова:

экстракция, коэффициент распределения, коэффициент разделения, редкоземельные металлы, карбоновые кислоты.

PURIFICATION OF PRODUCTIVE SOLUTIONS CONTAINING RARE-EARTH METALS FROM IMPURITY ELEMENTS BY EXTRACTION METHOD

A. Yu. Kostyuk, S. V. Zhukov, A. V. Smirnov, A. S. Sibilev

LTD "NPK Rusredmet", Saint Petersburg, Russia Abstract

The article deals with the processes of purification of REE-containing solutions from iron and aluminum impurities by extraction method using carboxylic acids as an extractant. The dependences of the distribution coefficients of iron and aluminum were determined when they were extracted with solutions of oleic and naphthenic acids in paraffin. On the basis of the data obtained, optimal conditions for separation of iron and aluminum from cations of rare earth metals, are chosen. Keywords:

extraction, distribution coefficient, separation factor, rare earth metals, carboxylic acids.

При гидрометаллургической переработке любого вида сырья образуются сложные по составу растворы. Полученные технологические растворы содержат, как правило, большое количество ионов металлов, а также их комплексов. С появлением экстракционных методов стало возможным разделение и концентрирование металлов различными органическими экстрагентами. В настоящее время в качестве экстрагентов применяют различные соединения, которые относятся к разным классам органических веществ. В мировой гидрометаллургической практике нашли применение такие органические соединения, как кетоны, сложные и простые эфиры, амины и аммониевые соли, фосфорорганические соединения, спирты, карбоновые кислоты. Одним из перспективных направлений в развитии экстракционных процессов является применение бинарных или смешанных экстрагентов.

При переработке РЗЭ-содержащего сырья примесными компонентами в продуктивных растворах являются железо, алюминий, цинк, марганец, щелочноземельные металлы и другие примеси. Поэтому для эффективного извлечения РЗЭ из технологических растворов необходимо проводить их очистку от сопутствующих примесей. Как известно, крандаллит-монацит-пирохлоровые руды Томторского месторождения

содержат до 16 % суммы РЗО. При переработке данного вида сырья могут быть получены кислые фильтраты, содержащие до 90 г/л суммы РЗО, а также значительные примеси железа, алюминия, кальция, стронция, бария и тория. Соответственно для выделения относительно чистого РЗЭ-содержащего продукта необходим способ очистки таких растворов, в первую очередь, от железа. В связи с этим методом очистной экстракции можно удалить значительное количество примесей без существенных потерь РЗЭ. Таким образом, проведены исследования по экстракции примесей растворами карбоновых кислот. Карбоновые кислоты обладают рядом преимуществ, а именно: доступность и невысокая стоимость, низкая токсичность, а также не требуют специальных мер при работе с ними.

Экстракцию железа (III) осуществляли раствором олеиновой кислоты в парафине концентрацией 0,5 М при соотношении фаз О : В = 1 : 10 и при различных значениях рН. Время контакта фаз 0,5 ч, время расслаивания фаз не менее 1 ч. Концентрацию железа в водной фазе определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой при длине волны 238,2 нм, а концентрацию железа в органической фазе рассчитывали по формуле:

V ■ р

= (Со " Caq). 4 V ■ р

org Г org

с

(1)

В результате проведенных экспериментов получены зависимости коэффициентов распределения железа (III) от рН при экстракции растворами олеиновой (рис. 1) и нафтеновой (рис. 2) кислот. Как видно из графиков с увеличением рН возрастает и коэффициент распределения.

12,5 - 10,5

3

рН

Рис. 1. Зависимость коэффициентов распределения катионов железа (III) от рН при экстракции 0,5 М раствором олеиновой кислоты

13,5 11,5

н а i 9,5 И 7,5

а

S 5 5,5

и ä

3,5 1,5

1,5

2,5

3

рН

3,5

4,5

Рис. 2. Зависимость коэффициентов распределения катионов железа (III) от рН при экстракции 0,5 М раствором нафтеновой кислоты

2

4

Также проведены исследования по экстракции катионов алюминия из нитратных растворов. Содержание алюминия в водной фазе определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой при длине волны 257,51 нм, а концентрацию в органической фазе рассчитывали по формуле (1). В результате проведенных экспериментов получены зависимости коэффициентов распределения алюминия от рН при экстракции растворами олеиновой (рис. 3) и нафтеновой (рис. 4) кислот.

2,5

л

о «

1,5

0,5

1,5

2,5

3

рН

3,5

4,5

2

1

0

2

4

Рис. 3. Зависимость коэффициентов распределения катионов алюминия от рН при экстракции 0,5 М раствором олеиновой кислоты

3

рН

Рис. 4. Зависимость коэффициентов распределения катионов алюминия от рН при экстракции 0,5 М раствором нафтеновой кислоты

Используя различия в экстрагируемости РЗЭ и примесей можно достаточно эффективно проводить экстракционную очистку РЗЭ-содержащих растворов. Коэффициенты распределения некоторых РЗЭ при экстракции растворами олеиновой и нафтеновой кислот установлены в работах [1-7]. При рН = 3 возможно отделение железа от РЗЭ раствором олеиновой кислоты с фактором разделения 6,0-7,0 (для иттрия, церия и лантана) и 2,5-3,0 (для эрбия и самария). Тогда как при использовании раствора нафтеновой кислоты факторы разделения при рН = 3 составляют 5,5-6,0 (для иттрия, церия и лантана) и 1,5-2,0 (для эрбия и самария). При увеличении рН до 4,0 факторы разделения увеличиваются, однако ввиду образования устойчивых эмульсий, а также образования гидратированных железистых осадков это приводит к потерям РЗЭ. Соответственно, для эффективного отделения железа и минимизации потерь РЗЭ необходимо вести процесс очистной экстракции при рН не более 3,0.

Катионы алюминия в меньшей степени экстрагируются растворами олеиновой и нафтеновой кислот, чем катионы РЗЭ. Соответственно, в первую очередь в фазу экстрагента будут переходить именно катионы РЗЭ, а алюминий останется в рафинате. Так, при экстракции раствором олеиновой кислоты рН = 3,0 иттрий, церий и лантан отделяются от алюминия с факторами разделения 2,0-2,5, тогда как фактор разделения Sm / Л равен 6,35, а Er / Л1 — 10,0. С увеличением рН происходит снижение коэффициентов разделения, а при рН = 4,0 коэффициенты разделения РЗЭ / Л1 становятся меньше 1,0 (кроме церия и эрбия), это означает, что при таком значении рН преобладает переход катионов алюминия в органическую фазу. Раствором нафтеновой кислоты при рН = 3,0 отделения иттрия, церия и лантана от алюминия не происходит, а коэффициенты разделения Ег / Л1 и Sm / Л1 равны 4,0 и 4,8 соответственно. Так же как и в случае с олеиновой кислотой, при рН = 4,0 в первую очередь экстрагируются катионы алюминия, а коэффициенты разделения Ег / Л1 и Sm / Л1 снижаются до 1,5.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что для эффективной очистки РЗЭ-содержащих растворов от железа можно применять растворы карбоновых кислот, при этом процесс необходимо вести при рН не более 3,0.

Литература

1. Разделение лантана, церия и неодима при экстракции олеиновой кислотой / Д. Э. Чиркст и др. // Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика. 2011. Т. 1. С. 308-312.

2. Разделение самария, европия и эрбия нафтеновой кислотой при стехиометрическом расходе экстрагента / Д. Э. Чиркст и др. // Высокие технологии, фундаментальные исследования, экономика. 2011. Т. 1. С. 305-308.

3. Разделение церия и иттрия карбоновыми кислотами / Д. Э. Чиркст и др. // Всероссийская международная конференция с международным участием «Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов». Апатиты: КНЦ РАН, 2008. Ч. 1. С. 160-163.

4. Термодинамическое исследование экстракции церия (III) растворами олеиновой и нафтеновой кислот / Д. Э. Чиркст и др. // Третий международный конгресс «Цветные металлы — 2011». Красноярск, 2011. С. 349-356.

5. Термодинамическое описание экстракции лантана и самария нафтеновой кислотой при стехиометрическом расходе экстрагента / Д. С. Луцкий и др. // Записки Горного института. 2013. Т. 202. С. 92-96.

6. Термодинамическое описание экстракции церия и европия нафтеновой кислотой при стехиометрическом расходе экстрагента / Д. С. Луцкий и др. // Записки Горного института. 2013. Т. 202. С. 97-101.

7. Экстракция церия (III) и иттрия (III) карбоновыми кислотами из нитратных сред / Д. С. Луцкий и др. // Записки Горного института. 2006. Т. 169. С. 196-203.

Сведения об авторах Костюк Алина Юрьевна

ООО «НПК "Русредмет"», г. Санкт-Петербург, Россия

secretar@rusredmet. ru

Жуков Станислав Викторович

кандидат технических наук, ООО «НПК "Русредмет"», г. Санкт-Петербург, Россия

szhukov@rusredmet.ru

Смирнов Александр Всеволодович

кандидат технических наук, ООО «НПК "Русредмет"», г. Санкт-Петербург, Россия

asmirnov@rusredmet.ru

Сибилев Александр Сергеевич

000 «НПК "Русредмет"», г. Санкт-Петербург, Россия asibilev@rusredmet.ru

Kostyuk Alina Yurevna

LTD "NPK Rusredmet", Saint Petersburg, Russia

secretar@rusredmet.ru

Zhukov Stanislav Viktorovich

PhD (Engineering), LTD "NPK Rusredmet", Saint Petersburg, Russia szhukov@rusredmet.ru

Smirnov Alexander Vsevolodovich

PhD (Engineering), LTD "NPK Rusredmet", Saint Petersburg, Russia asmirnov@rusredmet.ru

Sibilev Alexander Sergeevich

LTD "NPK Rusredmet", Saint Petersburg, Russia

asibilev@rusredmet.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.305-310 УДК 621.762

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИМ-ФИДСТОКОВ

C. В.Котомин12, А. Д. Шабеко1, Э. И.Френкин1-, А. Ю.Коротченко2, М. В.Тверской2, Д. Э.Хилков2

1 Институт нефтехимического синтеза РАН, г. Москва, Россия

2 Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, г. Москва, Россия Аннотация

Рассматриваются реологические свойства расплавов фидстоков, используемых при переработке по МИМ-технологии получения металлических изделий методом литья под давлением высоконаполненных металлополимерных композиций. Методом капиллярной вискозиметрии и объемной дилатометрии исследованы сдвиговая вязкость и РУТ-характеристики ряда материалов зарубежного производства и отечественного состава при различных температурах, давлениях и скоростях сдвига. Ключевые слова:

фидстоки, реология, вязкость, расплав полимера, литье под давлением.