Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфорсодержащего минерального сырья

 

Использование: извлечение РЗЭ при переработке апатитов с использованием микроорганизмов. Сущность изобретения: апатит обрабатывают культуральной жидкостью Aspergillus Niger. Соотношение Т:Ж=1:(5-10), pH 2,0-3,5. Извлечение скандия в раствор 100%. Выщелачивание других РЗЭ - 0,5-14%. Время процесса 10 ч. 1 табл.

Изобретение относится к биотехнологии и цветной металлургии, а именно к получению редкоземельных элементов (РЗЭ) при переработке минерального сырья, например апатита с применением микроорганизмов.

Для извлечения скандия из минерального сырья белитового шлама известен способ, предлагающий использование минеральных кислот. Для этого белитовый шлам обрабатывают сульфатизированной серной кислотой и выщелачивают водой при соотношении Т:Ж 1:2. Извлечение скандия составляет 90% [1] Недостатком этого способа является необходимость использования концентрированных минеральных кислот, что требует дорогостоящего антикоррозионного оборудования, возникает опасность загрязнения окружающей среды кислыми стоками, содержащими токсичные тяжелые металлы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ извлечения РЗЭ из циркона под действием культуры Acinetobacter methanolica, образующей глюконовую кислоту из глюкозы [2] Сущность способа заключается в том, что наращивают биомассу Acinetobacter methanolica с использованием метанола в качестве источника углерода и энергии. Навеску биомассы (около 0,8 г в пересчете на сухую биомассу) вносят в колбу на 500 мл, содержащую 3 г измельченного минерального сырья и 100 мл 15%-ного раствора глюкозы. Продолжительность обработки при 32^оС составляет 10 сут. Эффективность выщелачивания РЗЭ под действием глюконовой кислоты составляет 58,6-89,4% для элементов обеих подгрупп. Скандий при этом не извлекается вообще.

Недостатком данного способа является невозможность извлечения скандия, большая длительность процесса, использование пищевого сырья глюкозы и высокотоксичного метанола. Кроме того, биомасса частично сорбирует перемещенные в раствор элементы, что приводит к их потерям или требует введения дополнительной стадии десорбции.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение селективного извлечения скандия и сокращение длительности процесса.

Цель достигается тем, что содержащее РЗЭ минеральное сырье обрабатывают культуральной жидкостью Aspergillus niger при соотношении Т:Ж 1:5 1:10 и значениях рН 2,0-3,5. В результате обработки культуральная жидкость Aspergillus niger взаимодействует с минеральным сырьем, селективно переводя в раствор скандий. Выщелачивание других РЗЭ не превышает при этом 0,5-14% Особенности процесса таковы, что, если соотношение Т:Ж больше 1:5, то не обеспечивается нужная степень извлечения скандия из-за низкой концентрации суммы выщелачивающих соединений. Проведение процесса при Т:Ж меньше 1:10 нецелесообразно, так как извлечение скандия при этом не возрастает, а экономичность процесса снижается.

Использование культуральной жидкости Aspergillus niger с рН в пределах 2,0-3,5 обусловлено тем, что при рН ниже 2,0 снижается селективность извлечения скандия за счет вымывания остальных РЗЭ, а при рН выше 3,5 начинается осаждение малорастворимого гидроксида скандия и исключается возможность переведения этого элемента в раствор.

Опыты проводили с образцами Кольского апатита с содержанием скандия 1% Культивирование Aspergillus niger с целью получения культуральной жидкости осуществляют при 30^оС на среде следующего состава, г/л: сахароза 30; (NН₄)₂SO₄ 1; MgSO₄ 0,2; K₂HPO₄ 1. В качестве посевного материала использовали суспензию спор Aspergillus niger в стерильной водопроводной воде. Продолжительность культивирования 72 ч. Полученную культуральную жидкость отделяют от биомассы грибов декантацией или фильтрованием через бумажный фильтр.

Значения степени извлечения редкоземельных элементов из сырья в зависимости от параметров процесса представлены в таблице. Способ извлечения иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. В колбу Эрленмейера емкостью 250 мл внесли 10 г апатита и 100 мл культуральной жидкости Aspergillus niger с рН 2,5. В контрольные колбы вместо культуральной жидкости внесли 100 мл дистиллированной воды, подкисленной фосфорной кислотой до рН 2,5. Колбы поместили на качалку (250 об/мин) при 20^оС на 10 ч. Затем раствор отделили от твердой фазы декантированием и провели анализ на содержание РЗЭ. В контрольном варианте РЗЭ в растворе не обнаружены, в варианте с культуральной жидкостью выход скандия в раствор составил 100% а извлечение лантана, церия, неодима, иттербия и иттрия не превысило 0,5; 0,7; 0,01 и 14,8 и 1,3% соответственно.

П р и м е р 2. Процесс проводили как указано в примере 1, за исключением того, что Т: Ж составляло 1:5. Продолжительность процесса 5 ч. В раствор перешло 100% скандия, выщелачивание остальных элементов не превышало 7,4% (0,4-7,4%).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет селективно извлечь скандий из минерального сырья и значительно сократить продолжительность проведения процесса, с 10 сут до 10 ч. Кроме того, это позволяет снизить температуру проведения процесса до комнатной, что обеспечивает уменьшение энергетических затрат.

П р и м е р 3. В колбу Эрленмейера емкостью 250 мл внесли 10 г апатита и 100 мл культуральной жидкости Aspergillus niger ВКМF-33, с рН 2,5. В контрольные колбы вместо культуральной жидкости внесли 100 мл дистиллированной воды, подкисленной фосфорной кислотой до рН 2,5. Колбы поместили на качалку (250 об/мин) при 20^оС на 10 ч. Затем раствор отделили от твердой фазы декантированием и провели анализ на содержание РЗЭ. В контрольном варианте РЗЭ в растворе не обнаружены, в варианте с культуральной жидкостью выход скандия в раствор составил 100% а извлечение лантана, церия, неодима, иттербия и иттрия не превысило 0,5; 0,7; 0,01; 14,8 и 1,3% соответственно.

П р и м е р 4. Процесс проводили как в примере 1, за исключением того, что была использована культуральная жидкость штамма Aspergillus niger ВКМF-412, а соотношение Т:Ж составляло 1:5. В раствор перешло 100% скандия, выщелачивание остальных элементов не превышает 7,7% (0,6-7,7%).

П р и м е р 5. Процесс проводили как в примере 1, за исключением того, что была использована культуральная жидкость штамма Aspergillus niger ВКМF-1119, а соотношение Т:Ж составляло 1:6,7. В раствор перешло 100% скандия, выщелачивание остальных элементов не превышает 8,1% (0,5-8,1%).

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ФОСФОРСОДЕРЖАЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ, включающий обработку исходного материала культуральной жидкостью микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения селективного извлечения скандия и сокращения длительности процесса, в качестве микроорганизмов используют грибы вида Aspergillus Niger и обработку ведут при соотношении Т Ж 1 (5 10) и значениях рН 2,0 3,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1