способ извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, твердый экстрагент (твэкс) для его извлечения и способ получения твэкса

Формула изобретения

1. Способ извлечения скандия из скандийсодержащего раствора, включающий экстракцию скандия из скандийсодержащего раствора на твердом экстрагенте (ТВЭКСе), реэкстракцию скандия, промывку твердого экстрагента, отличающийся тем, что в качестве скандийсодержащего раствора используют продуктивный сернокислый раствор, перед экстракцией скандия в продуктивный сернокислый раствор добавляют щелочной агент и доводят его кислотность до рН 2,5-3,0, экстракцию проводят на твердом экстрагенте (ТВЭКС) с повышенной селективной избирательностью по скандию, реэкстракцию скандия из твердого экстрагента проводят после полной экстракции путем его обработки раствором фтористоводородной кислоты при соотношении 1:3 водной и органической фаз с последующим осаждением фторида скандия, а перед реэкстракцией твердый экстрагент донасыщают частью концентрированного раствора скандия, полученного от предыдущей реэкстракции, экстракцию и реэкстракцию проводят в одном и том же сорбционном аппарате, а отработанный сернокислый раствор и промытый водой твердый экстрагент возвращают на извлечение скандия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют аммиачную воду или каустическую соду.

3. Твердый экстрагент (ТВЭКС) для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, включающий стиролдивинилбензольную матрицу с фосфорорганическим соединением и инициатором суспензионной сополимеризации, отличающийся тем, что в качестве фосфорорганического соединения он содержит ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты, в качестве инициатора суспензионной сополимеризации - динитрил азодиизомасляной кислоты и дополнительно амминометилфосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты	40-60
динитрил азодиизомасляная кислота	3-5
амминометилфосфоновая кислота	3-5
стиролдивинилбензол	остальное

4. Способ получения твердого экстрагента (ТВЭКСа) для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, включающий синтез стиролдивинилбензола с реагентом в присутствии инициатора сополимеризации и образование гранул твердого экстрагента, отличающийся тем, что синтез стиролдивинилбензола осуществляют реагентом ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты с инициатором сополимеризации в виде динитрил азодиизомасляной кислоты с добавлением амминометилфосфоновой кислоты для увеличения прочностных свойств гранул экстрагента при следующем соотношении компонентов мас.%:

ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты	40-60
динитрил азодиизомасляная кислота	3-5
амминометилфосфоновая кислота	3-5
стиролдивинилбензол	остальное

полученную смесь заливают дистиллированной водой и нагревают при равном соотношении водной и органической фаз, переливают через сито и резко охлаждают при постоянном перемешивании с образованием пористых гранул твердого экстрагента, которые разделяют по фракциям и сушат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии и металлургии, конкретно к технологии извлечения скандия из техногенных и продуктивных сернокислых скандийсодержащих растворов, образующихся после извлечения урана, никеля, меди или других металлов при их добыче методом подземного выщелачивания, а также получения твердого экстрагента - ТВЭКСа - для его извлечения из указанных растворов.

В процессах переработки урановых руд известны несколько технологий попутного выделения скандия, из которых достаточно близкими предлагаемому способу являются следующие (см. сб. Технология редкоземельных и рассеянных элементов под ред. К.А.Большакова, 1976 г. т.II, М., Высшая школа, с.267-268):

- в США при экстракции урана раствором ДДФК (додециловый эфир фосфорной кислоты) в керосине в органическую фазу вместе с ураном из продуктивных растворов переводят скандий, торий, титан, которые после реэкстракции урана соляной кислотой остаются в органической фазе. Двухступенчатой обработкой растворами плавиковой, затем серной кислоты скандий и торий выделяются в виде фторидов, после чего радиационно-опасный концентрат подвергают длительным и трудоемким операциям разделения и очистки;

- в Австралии после извлечения урана сернокислые растворы подвергают 3-х кратной экстракции 1М раствором Д2ЭГФК (ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты) в керосине с добавлением 4% нонилового спирта и восстановлением Fe⁺³ до Fe⁺² железной стружкой. После этого экстракт промывают 4,5 мол/дм³ H₂SO₄. Реэкстракцию проводят раствором NaOH (0,25 мол/дм³). Затем гидроксид скандия переводят в оксид.

К недостаткам указанных способов извлечения скандия относится низкая селективная способность экстрагентов, необходимость применения многоступенчатой технологии разделения и очистки скандия от других элементов при наличии радиационной опасности процесса.

Известен способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья, включающий сорбцию скандия фосфоросодержащими сорбентами и десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление элюата, дополнительное концентрирование скандия в растворе путем контактирования подкисленного карбонатного элюата с полупроницаемой мембраной, в поры которой импрегнирован жидкий экстрагент 0,75-1,5 М раствора каприловой кислоты в Н-додекане, а по другую сторону которой одновременно циркулирует раствор 0,5-1,5 М соляной кислоты, дальнейшее осаждение малорастворимых соединений скандия, фильтрацию и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов (см. патент RU № 2176680, МПК 7 С22В 59/00, 3/24, 3/26 «Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья», опубл. 10.12.2001).

Однако недостаточная селективность извлечения скандия из конкретных сернокислых растворов переработки урана или меди, имеющих в составе ряд близких по кристаллохимическим константам элементов: иттрия, гафния, тория, титана, алюминия, которые экстрагируют вместе со скандием и требуют многоступенчатой и трудоемкой очистки, делает способ малоэффективным.

Известен способ переработки скандийсодержащего раствора титанового производства, включающий сорбционное извлечение скандия из исходного сернокислого раствора концентрацией 250-500 г/дм³ H₂SO₄ на предварительно обработанном серной кислотой для сохранения концентрации фосфоросодержащем анионите на основе полиэтиленполиаминов, 3-хлор-1,2 эпоксипропана и аммиака общей формулы

с последующей десорбцией оксида скандия из слабоосновного ионита раствором соляной кислоты (см. патент RU № 2196184, МПК С22В 59/00 3/24. «Способ переработки скандийсодержащих растворов», опубл. 10.01.2003).

Но неудовлетворительная избирательность используемого амфолита при переработке скандийсодержащих растворов, в которых присутствует значительное количество титана и в связи с этим низкая степень очистки скандия от титана, делает процесс малорентабельным.

Из известных аналогов наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков и назначению является разработанный на Усть-Каменогорском титано-магниевом комбинате способ селективного извлечения скандия из осветленных солянокислых пульп, образуемых в результате растворения отходов шахтных и солевых хлораторов титанового производства - «ТВЭКС - Sc - процесс» (см. Коровин В.Ю. и др. Переработка отходов титано-магниевых производств с извлечением скандия твердым экстрагентом // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1994, № 3, с.25-31), принят за прототип.

Способ по прототипу заключается в экстракции скандия из указанных растворов твердыми экстрагентами, полученными синтезом трибутилфосфата в стиролдивинилбензольную матрицу (ТВЭКС - ТБФ) с последующей промывкой его крепкой соляной кислотой для предварительной очистки от мешающих примесей. Реэкстракцию проводят водой и осаждением оксалата скандия щавелевой кислотой. После фильтрации и прокалки оксалатов получают концентрат, содержащий до 70% Sc₂ O₃.

Однако способ малорентабелен из-за низкой степени первичного извлечения скандия и высокой технологической сложности доочистки, заключающийся в повторном растворении концентрата скандия в соляной кислоте, жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующей реэкстракцией и осаждением скандия в виде оксалатов, затем дополнительной иодатной очистке от тория, циркония, титана.

Заявляемое техническое решение направлено на создание высокорентабельного технологического процесса извлечения скандия из техногенных сернокислых растворов, образующихся при добыче ценных металлов (урана, меди, никеля и др.) методом подземного выщелачивания.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного изобретения, заключается в создании эффективного и рентабельного технологического процесса по извлечению скандия из техногенных сернокислых растворов, увеличении скорости извлечения, а также применении нового ТВЭКСа - твердого экстрагента, обладающего более высокими свойствами: избирательной способностью, сорбционной емкостью, за счет монодисперсности и больших прочностных свойств гранул ТВЭКСа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения скандия из скандийсодержащего раствора, включающем экстракцию скандия из скандийсодержащего раствора на твердом экстрагенте (ТВЭКСе), реэкстракцию скандия, промывку твердого экстрагента, в качестве скандийсодержащего раствора используют продуктивный сернокислый раствор, перед экстракцией скандия в продуктивный сернокислый раствор добавляют щелочной агент и доводят его кислотность до рН, равного 2,5-3,0, экстракцию проводят на твердом экстрагенте (ТВЭКС) с повышенной селективной избирательностью по скандию, реэкстракцию скандия из твердого экстрагента проводят после полной экстракции путем его обработки раствором фтористоводородной кислоты при соотношении 1:3 водной и органической фаз с последующим осаждением фторида скандия. Перед реэкстракцией твердый экстрагент донасыщают частью концентрированного раствора скандия, полученного от предыдущей реэкстракции, экстракцию и реэкстракцию проводят в одном и том же сорбционном аппарате, а отработанный сернокислый раствор и промытый водой твердый экстрагент возвращают на извлечение скандия.

В качестве щелочного агента используют аммиачную воду или каустическую соду.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что в качестве скандийсодержащего раствора используют продуктивный сернокислый раствор переработки техногенного сырья, при этом добавляют щелочной дешевый агент, доводя рН раствора до 2,5-3,0. Экстракцию скандия проводят на твердом экстрагенте с повышенной селективной избирательностью по скандию.

Реэкстракцию скандия из твердого экстрагента проводят фтористоводородной кислотой с получением конечного продукта - фторида скандия, что значительно улучшает и удешевляет последующий технологический процесс производства алюминиево-скандиевой лигатуры.

Кроме того, в отличие от известного в предлагаемом способе дополнительное донасыщение твердого экстрагента концентрированным раствором скандия, полученным от предыдущей реэкстракции, проводится для того, чтобы вытеснить примеси с твердого экстрагента и увеличить концентрацию скандия на сорбенте.

Особенностью процесса является проведение основных технологических операций: экстракции, реэкстракции, а также получение фтористого скандия последовательно в одном и том же сорбционном аппарате, что значительно упрощает и удешевляет технологический процесс (по сравнению с прототипом), при этом возвращение раствора в технологический процесс исключает экологические проблемы по утилизации отходов.

Кроме того, соотношение водной и органической фаз 1:3 позволяет получить оптимальное соотношение между извлечением скандия из твердого экстрагента и концентрацией скандия в получаемом растворе. При таком соотношении из твердого экстрагента извлекают более 96-98% исходного скандия.

При определенных равных условиях с прототипом предлагаемый способ в полном объеме обеспечивает достижение указанного выше технического результата при его осуществлении.

Для достижения вышеназванного технического результата предлагается твердый экстрагент (ТВЭКС), обладающий более высокими свойствами: избирательной способностью, экстракционной емкостью, увеличенными прочностными свойствами гранул и способ его получения.

Способ извлечения скандия, твердый экстраген и способ его получения объединены общим изобретательским замыслом, создают условия высокой экономической эффективности технологического процесса.

Известен ТВЭКС для аналитического определения содержания скандия (Sc) в сложных по химическому составу технологических солянокислых растворах, синтезированного на основе высших карбоновых кислот (ВКК) фракции С17-С20 и реагентов - ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) или триалкиламина (ТАА) в соотношении, мас.%: Д2ЭГФК или ТАА 15-25 ; ВКК 65-55; парафин остальное. ТВЭКС получали в виде шаровидных гранул путем нагревания смеси в реакторе до температуры 70°С, ее эмульгирования дистиллированной водой такой же температуры в равном количестве по массе и последующего быстрого охлаждения в холодной воде при активном перемешивании (см. ж. «Неорганическая химия», 1999, том 44 № 8, с.1393-1396).

Но недостаточная селективность экстрагента, выражающаяся в попутной экстракции Ti, Zr, Th, Fe ⁺³, требует дополнительных операций по очистке продукта, а также выражена невысокая сорбционная емкость (80 г Sc на 1 кг ТВЭКСа) и существенное снижение прочностных свойств гранул при увеличении содержания реагента.

Известен твердый экстрагент, полученный методом синтеза в стиролдивинилбензольную матрицу экстрагента-дибензо-18-краун-6 (ДБ18К6) и использованный для лабораторных исследований механизма и степени извлечения скандия из различных кислотных растворов (см. ж. «Аналитика и контроль», 2001. Т.5, № 4. с.379-382).

Но неудовлетворительная способность экстрагента к образованию прочных мелкодисперсных гранул и вследствие этого низкая степень извлечения скандия делает известный экстрагент неэффективным.

Из вышеприведенного источника-прототипа (Коровин В.Ю. и др. Переработка отходов титаномагниевых производств с извлечением скандия твердым экстрагентом // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1994, № 3, с.25-31) известен твердый экстрагент (ТВЭКС) для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, включающий стиролдивинилбензольную матрицу с фосфорорганическим соединением и инициатором суспензионной сополимеризации.

Синтез осуществляли в реакторе, снабженном мешалкой и гидрозатвором при t=55-60°С, в который предварительно загружали 0,7% раствор крахмала, при соотношении органической и водной фаз 1:(2-2,5). После окончания реакции получали сферические гранулы матового цвета, которые промывали водой и высушивали на воздухе. ТВЭКС использовался на Усть-Каменогорском титаномагниевом комбинате для селективного извлечения скандия из осветленных солянокислых пульп, образуемых в результате растворения отходов шахтных и солевых хлоратов титанового производства.

При использовании данного ТВЭКСа наблюдалась неудовлетворительная избирательная способность экстрагента, выражающаяся в низкой степени первичного извлечения скандия, что приводит к необходимости повторного растворения концентрата скандия в соляной кислоте, жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующей реэкстракцией и осаждением скандия в виде оксалатов, затем дополнительной иодатной очистке от тория, циркония, титана.

Заявляемое техническое решение направлено на реализацию задачи по созданию эффективного твердого экстрагента, способного обеспечить высокую рентабельность технологическому процессу по извлечению скандия из скандийсодержащих растворов.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышении селективной избирательности, экстракционной емкости, скорости и степени извлечения скандия из продуктивных растворов, а также увеличении прочностных свойств гранул ТВЭКСа.

Указанный технический результат достигается тем, что твердый экстрагент для извлечения скандия из скандийсодержащих растворов, включающий стиролдивинилбензольную матрицу с фосфорорганическим соединением и инициатором суспензионной сополимеризации, в качестве фосфорорганического соединения содержит ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты (ДИ2ЭГФК), в качестве инициатора суспензионной сополимеризации - динитрил азодиизомасляной кислоты и дополнительно амминометилфосфоновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты	40-60
динитрил азодиизомасляной кислоты	3-5
амминометилфосфоновая кислота	3-5
стиролдивинилбензол	остальное

Особенностью получения твердого экстрагента является то, что в качестве инициатора реакции используют динитрил азодиизомасляной кислоты, который обеспечивает более высокую скорость диффузии ионов металла вглубь зерен ТВЭКСа, улучшая его селективные способности, сорбционную емкость и способствуя скорости и степени извлечения скандия.

Кроме того, использование амминометилфосфоновой кислоты и сочетание участников реакции по сравнению с прототипом увеличивает прочностные свойства гранул до 98-99% без изменения способности к повторным операциям и обеспечивает их монодисперсность. Так, за один цикл приготовления экстрагента гранулы размером более 0,6 мм составили 85%. Их монодисперсность снижает технологические и эксплуатационные затраты.

Из того же прототипа известен способ получения твердого экстрагента, включающий синтез стиролдивинилбензола с реагентом в присутствии инициатора сополимеризации и образование гранул твердого экстрагента. Но синтез стиролдивинилбензола предлагается осуществлять реагентом ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты с инициатором сополимеризации в виде динитрил азодиизомасляной кислоты с добавлением амминометилфосфоновой кислоты для увеличения прочностных свойств гранул экстрагента при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты	40-60
динитрил азодиизомасляной кислоты	3-5
амминометилфосфоновая кислота	3-5
стиролдивинилбензол	остальное

полученную смесь заливают дистиллированной водой и нагревают при равном соотношении водной и органической фазы, переливают через сито и резко охлаждают при постоянном перемешивании. Образующиеся пористые гранулы ТВЭКСа разделяют по фракциям и сушат.

Особенностью способа является простота синтеза, малооперационность, низкая стоимость вводимых компонентов.

Кроме того, сочетание последних повышает селективную способность ТВЭКСа по скандию и увеличивает прочностные свойства гранул ТВЭКСа.

Высокую емкость ТВЭКСа - ДИ2ЭГФК обеспечивает оптимальное содержание компонентов:

менее 40% - нецелесообразно, так как замедляется реакция и уменьшаются прочностные и емкостные свойства гранул;

более 60% - связано с дополнительными экономическими затратами, что также нецелесообразно.

Кроме того, наличие реагента ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты значительно влияет на скорость миграции скандия в ТВЭКС.

При равном соотношении водной и органической фаз процесс синтеза идет более равномерно, обеспечивая эксплуатационное качество, выраженное в том, что гранулы не разбухают и могут быть использованы на производстве в режиме противотока.

Предлагаемые изобретения осуществляли следующим образом.

Для получения ТВЭКСа был осуществлен его синтез. Синтезированные материалы представляют собой стиролдивинилбензольную матрицу, заполненную ди-2-этилгексиловым эфиром фосфорной кислотой.

Метод полимеризации - суспензионный, инициатор реакции - динитрил азодиизомасляной кислоты, а также амминометилфосфоновая кислота в следующем количестве, мас.%:

стиролдивинилбензол	50
ди-2-этилгексиловый эфир фосфорной кислоты	40
динитрил азодиизомасляной кислоты	5
амминометилфосфоновая кислота	5

После перемешивания выстаивали в течение 3 часов и затем смесь заливали дистиллированной водой, нагревали на магнитной мешалке до температуры 90°С при равном соотношении водной и органической фаз и под небольшим давлением пропускали через сито с ячейкой 0,8 мм в емкость с холодной водой. После охлаждения гранулы просушивали и сортировали. Гранулы размером более 0,8 мм составляли 85%, механическая прочность составила 98-99%, что превосходит прототип, и наблюдалась монодисперсность, что повышает их эксплуатационные качества, необходимые на производстве в режиме противотока.

Опытным путем установлено, что сорбционная характеристика ТВЭКСа и прочностные свойства гранул зависят от условий синтеза, особенно от количества введенного экстрагента и стиролдивинилбензола в реакционную смесь. Высокую емкость ТВЭКСа обеспечивает оптимальное содержание 40-60% экстрагента и 40-60% стиролдивинилбензола, а присутствие инициатора реакции и амминометилфосфоновой кислоты в небольших количествах 3-5% увеличивает прочностные свойства и монодисперсность гранул.

Также установлено, что содержание реагента ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты в ТВЭКСе значительно влияет на скорость миграции скандия в ТВЭКС. Так, полный переход скандия при содержании реагента 20 мас. % составило 60 минут, при его содержании 50 мас.% это составило 5 минут.

Экстракцию скандия осуществляли в процессе прохождения техногенных и продуктивных сернокислых растворов через новый твердый экстрагент в серийном колонном сорбционном аппарате в режиме противотока при полном заполнении его гранулами 0,6-0,8 мм скорости экстракции 4-6 мин. и сорбционной емкости 120,0-130,0 г на 1,0 кг ТВЭКСа, которые определяют расчетную скорость потока раствора в аппарате.

В сернокислый раствор подавалась каустическая сода для снижения кислотности, доводя ее до рН 2,5-3.

Была установлена зависимость: 1 г кислоты снижает емкость ТВЭКСа на 10%. Соответственно, при высокой концентрации кислоты в продуктивном растворе уменьшается извлечение скандия. Оптимальная концентрация H₂SO₄ в экстрагируемом растворе при рН 2,5-3.

ТВЭКС предварительно был донасыщен частью концентрированного раствора скандия, полученного от предыдущей реэкстракции.

После полной экстракции раствор возвращали в технологический процесс и в том же сорбционном аппарате проводили реэкстракцию скандия, обрабатывая ТВЭКС 2-4 моль/л фтористоводородной кислотой при соотношении водной и органической фаз 1:3 с последующим осаждением фторида скандия, и прокалки.

После чего ТВЭКС промывали и возвращали без каких-либо изменений его способности к повторным операциям по извлечению скандия.

При определенных равных условиях с прототипом предлагаемый способ извлечения скандия, твердый экстрагент (ТВЭКС) для его извлечения и способ получения ТВЭКСа в полном объеме обеспечивают достижение вышеуказанного технического результата при их осуществлении.

Проверка патентоспособности заявляемых изобретений показывает, что они соответствуют изобретательскому уровню, так как не следуют для специалистов явным образом.

Анализ научно-технической и патентной литературы свидетельствует о том, что в настоящее время в ней не содержатся вышеприведенные сведения. Следовательно, каждое из заявленных изобретений соответствует условию «новизна».

Сведения, подтверждающие осуществление предлагаемых изобретений с получением вышеуказанного технического результата, а также сопоставление эффективности известного (по прототипу) и предлагаемых технических решений приведены в примерах.

Пример 1

Синтез предложенного твердого экстрагента ТВЭКС - ДИ2ЭГФК.

В стеклянный стакан засыпали по 100 г стиролдивинилбензола и ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты, по 5 г динитрила азодиизомасляной кислоты и амминометилфосфоновой кислоты. Хорошо перемешивали, выстаивали в течение нескольких часов. Полученную смесь заливали 300 г дистиллированной воды, нагревали на магнитной мешалке до температуры 90°С при равном соотношении водной и органической фаз, затем сливали через двойную сетку с ячейкой 0,8 мм под небольшим давлением в 10-литровую емкость с 10 л холодной воды при непрерывном перемешивании.

После охлаждения гранулы просушили и отсортировали, при этом гранулы размером 0,6 мм возвращали на процесс гранулирования. За один цикл приготовления экстрагента гранулы размером более 0,6 мм составляли 85%. Механическая прочность гранул составила 98-99%. При увеличении температуры свыше 90°С прочностные свойства гранул уменьшались.

Пример 2

Определение показателей экстракции предложенного твердого экстрагента проводили следующим способом:

- предварительно готовили рабочие растворы растворением в химически чистой серной кислоте оксида скандия Sc₂O₃ с последующим разбавлением его до состава: H₂SO₄ 20% и содержанием Sc 0,5 г/л;

- далее в стеклянный стакан засыпали 50 г гранул экстрагента, полученных при выполнении опыта по примеру 1 и содержащих стиролдивинилбензола 50% и ди-2-этилгексилового эфира фосфорной кислоты 50%, затем заливали 500 мл раствора (то есть 2,5 г Sc по расчету) и перемешивали на магнитной мешалке при t=20°C, при этом периодически отбирали и исследовали пробы на содержание скандия. После полного извлечения скандия отработанный раствор из стакана аккуратно сливали с сохранением экстрагента, заливали новой порцией раствора и процесс повторяли неоднократно до полного насыщения ТВЭКСа скандием. В результате установлено:

- практически полная экстракция скандия в ТВЭКС из залитой порции раствора (особенно для первых порций) происходила в течение первых 5-6 мин;

- сорбционная емкость навески экстрагента составляла 6,3-6,5 г Sc, что в пересчете соответствует 120-130 г Sc на 1 кг ТВЭКСа;

- в отработанных растворах первых двух порций не отмечено содержание скандия (только следы), то есть фактическое извлечение его составляет 98-100%;

- механические повреждения или изменения веса ТВЭКСов после реэкстракции раствором фтористой кислоты (HF) не выявлялись, и они направлялись на проведение следующих опытов.

Опытно установлено, что 20-40°С - наилучшая температура для эффективного процесса извлечения скандия.

По известному способу эти показатели значительно ниже и равны: скорость экстракции 60 мин, сорбционная емкость ~30 г Sc на 1,0 кг экстрагента, уровень извлечения из солянокислых растворов 90%.

Пример 3

Определение экстракционной способности ТВЭКСа к другим элементам.

Проверку проводили для экстракции иттрия, наиболее сопутствующего скандию в рудах и имеющего близкие кристаллохимические параметры. Рабочий раствор иттрия готовили аналогично скандиевому; в опытах использовали как индивидуальные растворы скандия и иттрия, так и смесь растворов: 50% раствора скандия +50% раствора иттрия.

Результаты приведены в таблице:

№	Экстрагент ТВЭКС	Степень извлечения из индивидуальных растворов	Степень извлечения из смеси растворов, %
Y	Sc	Y	Sc
1	ДИ2ЭГФК	9	100	6	100
2	ТБФ	2	82	6	34

Более высокая химическая активность скандия обеспечивает доочистку от иттрия при последующей их реэкстракции из ТВЭКСа.

Как видно из таблицы, наилучшими техническими параметрами и максимальной экстракционной способностью обладает ТВЭКС -ДИ2ЭГФК.

Пример 4

Способ извлечения скандия в промышленных условиях.

Способ проводился в действующем производстве урана в динамическом режиме по следующей схеме:

- В трубопровод монтировали специальный смеситель для снижения величины кислотности раствора до требуемой величины. В поток продуктивного раствора, полученного от подземного выщелачивания, устанавливали специально подготовленную цилиндрическую емкость диаметром 100 мм, объемом 3,0 литра, наполненную 2 кг ТВЭКС - ДИ2ЭГФК в виде гранул 0,6-0,8 мм (полученные в примере 1) и ограниченных с обоих концов жесткими сетками ячейкой 0,41 мм. Размеры входной и выходной трубок емкости обеспечивали сквозное прохождение 3,0 л объема продуктивного раствора в течение 6 мин (по расчету), полученного в примере 2. Периодически измерялась величина содержания скандия в растворе, которое было равно 0,75-0,85 мг/л. После 3 месяцев работы емкость вынималась и производилось донасыщение частью концентрированного раствора скандия, полученного от предыдущего процесса. При этом концентрация скандия на ТВЭКСе увеличилась на 15%, а количество примесей уменьшилось на 8%.

- Затем производилась реэкстракция скандия из ТВЭКСа раствором фтористоводородной кислоты с концентрацией 2-4 моль/л при соотношении водной и органической фаз 1:3 с последующим осаждением фторида скандия. Вес осадка после прокалки составил 115,53 г, что в пересчете соответствует 51,11 Sc, а вес YF₃ - 2,25.

- Учитывая возможность выделения из 3 л раствора за 6 мин ~1,8 мг Sc (при условии содержания скандия в растворе 0,75-0,85 мг/л), расчетный вес осадка должен был составить

1,8×(60:6)×120=51,84 г по скандию.

Таким образом, расчетный коэффициент извлечения скандия из раствора при данном опыте составил

51,11:51,84×100=98,6%,

что подтверждает эффективность извлечения скандия из растворов твердым экстрагентом ТВЭКС-ДИ2ЭГФК.

Предложенный твердый экстрагент ТВЭКС - ДИ2ЭГФК отличается простотой синтеза, малооперационностью, низкой стоимостью, определяемой в основном ценой вводимого экстрагента, морозостойкостью и отсутствием специальных мер при хранении и транспортировке и, что очень важно, повышенными прочностными свойствами гранул ТВЭКСа, максимальной экстракционной способностью и повышенной избирательностью по скандию.

Таким образом, предложенные решения повышают экономическую эффективность промышленной технологии производства ТВЭКСа и подтверждают высокую рентабельность и эффективность селективного извлечения скандия из продуктивных сернокислых скандийсодержащих растворов переработки техногенного сырья с одновременным существенным снижением трудоемкости процесса, а также значительным улучшением качества продукта за счет уменьшения сорных примесей.

Кроме этого, технологический процесс исключает экологические проблемы и вопросы утилизации отходов.