способ извлечения и разделения ионов церия и иттрия

Формула изобретения

1. Способ извлечения ионов церия и иттрия из раствора, включающий ионную флотацию с использованием в качестве собирателя поверхностно-активного вещества, отличающийся тем, что в качестве собирателя используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической реакции: Me⁺³+3DS^-=Me[DS^-] ₃, где Me⁺³ - катион церия или иттрия, DS ^- - додецилсульфат-ион.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для селективного извлечения иттрия и разделения ионов иттрия и церия ионную флотацию осуществляют при рН 5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации.

Известен способ извлечения катионов церия и иттрия, такой как ионная флотация: Впервые процесс флотации ионов иттрия с использованием в качестве собирателя 2 - сульфогексадекановой кислоты исследовали в 1969 г. Флотационное извлечение в данном случае составляло 98%. Ионы церия с содержанием в стоках от 100 до 200 мг/л извлекали с помощью натриевой соли - додецилбензилдиэтилентриамина тетрауксусной кислоты. Извлечение составляло 99% (Adsorptive Bubble Separation techniques / Ed. by R. Lemlich, Academic Press, N.-Y., London, 1972, 344 p.).

В современном способе производства концентратов, содержащих РЗМ в виде оксидов, добываемая руда перерабатывается с использованием флотационной технологии с применением коммерческих поверхностно-активных веществ (ПАВ) (Наумов А.В. Редкие металлы. Цветная металлургия, № 2, 2008, с.8-18).

Техническим результатом изобретения является повышение извлечения и разделения ионов церия и иттрия.

Технический результат достигается тем, что способ извлечения и разделения ионов церия и иттрия ионной флотацией в зависимости от рН среды, включающий флотацию и ПАВ, отличается тем, что в качестве собирателя используется додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической схеме: Me⁺³+3DS^-=Ме[DS]₃, где Me⁺³ - катион церия или иттрия, DS^- додецилсульфат-ион.

Особенностью предлагаемого метода флотации является применение додецилсульфата натрия как флотореагента. В литературе имеется ряд работ, касающихся процессов флотации ионов церия и иттрия, но ни в одной из них не использовали додецилсульфат натрия в качестве собирателя. В основном, это коммерческие ПАВ: катионные, анионные - в зависимости от рН растворов и алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфаты и алкилбензолсульфонаты и т.п. Кроме того, достаточно хорошо известно применение додецилсульфата натрия в процессе ионной флотации как собирателя для извлечения таких металлов, как медь, кобальт, никель (Скрылев Л.Д., Борисов А.В. Об эффективности флотационного выделения ионов меди и никеля из сточных вод Норильского горно-металлургического комбината. // ЖПХ. 1978, Т.51, № 2, с.434-436).

Выбор собирателя и его дозировка - один из центральных вопросов практики поверхностного разделения. Независимо от вида процесса поверхностного разделения собиратель должен обладать избирательностью и достаточно большой поверхностной активностью. К настоящему времени на основе большого экспериментального материала сформулированы только общие принципы выбора типа собирателя. Окончательно вопрос решается экспериментально.

Параметром извлечения РЗМ является коэффициент распределения К: величину К извлекаемого иона между водной и органической фазами рассчитывали по отношению концентрации [Me⁺³] (Се ⁺³ или Y⁺³) в пене к концентрации [Me⁺³ ] в камерном остатке соответственно формуле K=[Me³⁺ ]_org/[Me⁺³]_aq

Коэффициент распределения редкоземельных металлов (РЗМ) между водной и органической фазами зависит от рН раствора. Для наиболее полного выделения РЗМ и установления возможности разделения церия (III) и иттрия (III), в качестве модельных использовались водные растворы нитратов церия (III) и иттрия (III) с концентрацией 0,001 моль/л; в качестве ПАВ - додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствовала стехиометрии реакции

Me⁺³+3DS^-=Me[DS]₃

В растворе ионы РЗМ образуют с ПАВ прочные комплексы, которые вследствие гидрофобности алкильных радикалов переходят в пенную фазу.

Пример: Процесс ионной флотации осуществлялся в высокопроизводительном аппарате - лабораторной флотационной машине механического типа 137 В-ФЛ, с объемом камеры 1,0 дм ³, требующей небольшой объем производственных площадей. 200 мл раствора, содержащего РЗМ и стехиометрическое количество додецилсульфата натрия, флотировали. Полученный раствор (пенный продукт) и раствор, оставшийся в кювете после проведения флотации (камерный остаток), анализировали на содержание редкоземельного элемента.

На фиг.1 и 2 приведены зависимости коэффициентов распределения ионов церия и иттрия от рН растворов. Из графиков видно, что ионы церия и иттрия извлекаются при различных рН. Ионы иттрия извлекаются при рН=5, ионы церия - при рН=6, поэтому, варьируя рН, можно добиться разделения указанных РЗМ. Извлечение РЗМ достигает 99,9%.

В Таблице представлены экспериментальные данные по флотации ионов церия и иттрия из растворов их солей с применением додецилсульфата натрия.

На фиг.3 представлена зависимость коэффициента разделения катионов церия и иттрия, который вычисляется по формуле

K _p=[K_Y+3]_org/[K_Ce+3] _aq

Отчетливо видно, что при рН=5 возможно селективное разделение исследуемых РЗМ и достигается максимальное извлечение катионов иттрия при данном рН.

Таблица
Коэффициент распределения РЗМ (К) при различных значениях рН
рН	[Y+3] в пене, моль/л	[Y+3] в камерном остатке, моль/л	K	[Се+3 ] в пене, моль/л	[Се+3] в камерном остатке, моль/л	к
1	0,00012	0,00088	0,136	0,00039	0,00061	0,639
1,5	0,00012	0,00088	0,136	0,00039	0,00061	0,639
2	0,00012	0,00088	0,136	0,00045	0,00055	0,818
2,5	0,00013	0,00087	0,154	0,00036	0,00064	0,562
3	0,00016	0,00084	0,190	0,0004	0,0006	0,666
3,5	0,00018	0,00082	0,219	0,0004	0,0006	0,666
4	0,0003	0,0007	0,428	0,00035	0,00065	0,538
4,5	0,0008	0,0002	4	0,00035	0,00065	0,538
5	0,001	0,00001	100	0,0007	0,0003	2,333
5,5	0,001	0,00001	100	0,00075	0,00025	3
6	0,001	0,00001	100	0,001	0,00001	100
6,5	0,001	0,00001	100	0,001	0,00001	100
7	0,001	0,00001	100	0,001	0,00001	100
7,5	0,001	0,00001	100	0,001	0,00001	100
8	0,001	0,00001	100	0,001	0,00001	100