Способ извлечения лютеция (iii) из растворов солей

Изобретение относится к обогащению, в частности к способам получения редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода флотоэкстракции.

Известен способ извлечения цинка и меди пенной флотоэкстракцией, где в качестве собирателя использовали нафтенат натрия (Демидов В.Д., Воронин Н.Н., Черкасов А.Е. Комбинированная флотационно-экстракционная технология переработки растворов. Цветные металлы, №10, 1995, С. 64-67.).

Недостатком способа является недостаточно полное извлечение катионов металлов из растворов в сложном процессе, включающем две стадии: флотацию и экстракцию.

Известен способ извлечения цинка и меди методом флотоэкстракции (Y.S. Kim, J.H. Shina, Y.S. Choia, W. Lee, Y.I. Lee Determination of Zinc and Lead in water samples by solvent sublation using ion pairing of metal-naphthoatecomplexesand tetra-n-butylammoniumion. Bull. Korean Chem. Soc. 2001. V. 22. P. 821-826) с применением в качестве собирателя нафтенатных комплексов и ионов тетрабутиламмония.

Недостатком способа является недостаточно полное извлечение ионов металлов из раствора.

Известен также способ сорбционного извлечения РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты (Э.П. Локшин, В.И. Иваненко, О.А. Тареева и др. Извлечение лантаноидов из фосфорнокислых растворов с использованием сорбционных методов. // ЖГГХ, 2009, т. 82, №4, с. 544-551), с использованием сорбентов на основе гидратированного фосфата титанила.

К недостаткам способа следует отнести невысокое извлечение РЗЭ (не более 55%) и необходимость проведения предварительной нейтрализации исходного раствора, что усложняет процесс переработки.

Известен способ сорбционного извлечения РЗЭ из растворов (патент RU №2484162, опубл. 10.06.2013), включающий сорбцию катионитом.

Недостатками способа являются недостаточная сорбционная емкость катионита, низкая его селективность, а значит и сложная последующая операция доведения чернового концентрата РЗЭ до товарной продукции, а также низкая степень извлечения РЗЭ (60%) и значительная продолжительность процесса.

Известен способ извлечения катионов металлов в виде комплексных хлор-ионов методом флотоэкстракции (Elhanan J., Karger В. Solvent sublation of iron (III) chloride. Anal. Chem. 1968. V. 41. №4. P. 671-674), принятый за прототип. Флотоэкстракционное извлечение проводили из водных растворов с применением в качестве органической фазы анизола. В качестве собирателя использовали три-октиламин-гидрохлорид.

Недостатками способа является низкое извлечение катионов металлов около 40%.

Техническим результатом является увеличение степени извлечения лютеция.

Технический результат достигается тем, что в качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, а в качестве собирателя используют ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции Lu+3+3DS^-=Lu[DS]3,

где Lu+3 - катион лютеция,

DS - додецилсульфат-ион,

при этом флотоэкстракцию осуществляют при рН не более 7,9 и соотношении органической и водной фаз 1:20.

Способ поясняется следующей фигурой:

фиг. 1 - график распределения коэффициента распределения Lu (III) в системе Lu(NO₃)₃-NaDS-H₂O.

Способ осуществляют следующим образом. К водному раствору соли лютеция (III) добавляют собиратель - поверхностно-активное вещество (ПАВ) анионного типа, перемешивают на магнитной мешалке в химическом стакане, доводят рН до значения не более 7,9. В качестве ПАВ анионного типа используют додецилсульфат натрия, концентрация которого соответствует стехиометрии указанной реакции:

Lu⁺³+3DS^-=Lu[DS]₃,

где Lu⁺³ - катион лютеция,

DS^- - додецилсульфат-ион,

К водной фазе сверху флотоэкстракционной колонки добавляют органическую фазу непосредственно перед проведением процесса флотоэкстракции. В качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, в соотношении органической и водной фазы 1:20. Флотоэкстракцию проводят в течение не более 15 мин. После флотоэкстракции раствор анализируют фотометрическим методом на приборе КФК - 3 КМ на содержание катионов лютеция (III).

Способ поясняется следующими примерами. Проводят флотоэкстракцию в колонке, выполненной в виде цилиндра, дном которого служил фильтр Шотта. К 200 мл раствора нитрата лютеция концентрацией 0,001 моль/л добавляли ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в количестве, соответствующем концентрации 0,003 моль/л. рН водного раствора доводили до значения не более 7,9. Раствор переливали в колонку, добавляли 10 мл органической фазы изооктилового спирта и проводили процесс флотоэкстракции в течение 15 мин.

Для того, чтобы установить оптимальное соотношение органической и водной фаз, проводились эксперименты при следующих их соотношениях: 1:5, 1:10, 1:15, 1:20, 1:30.

В частности, соотношение 1:5 - обозначает, что водной фазы было 200 мл, а органической - 40 мл. При этом, процесс флотоэкстракции при соответствующем анализе водной фазы оказался неэффективным, т.е. извлечение катионов лютеция было незначительным. Этот результат касается и других соотношений, что приведено в таблице. Как было нами доказано, что наиболее эффективным соотношением органической и водной фаз является соотношение 1:20.

После флотоэкстракции раствор, оставшийся в колонке, анализировали на содержание катионов лютеция (III). Эксперимент показал, что при значении рН не более 7,9 извлечение катионов лютеция (III) из раствора достигает не менее 99%.

На фиг. 1 представлена зависимость коэффициентов распределения ионов лютеция (III) от рН водных растворов солей.

Таким образом, способ позволяет достигнуть увеличения степени извлечения лютеция (III) из раствора его солей.

Способ извлечения лютеция (III) из растворов солей, включающий флотоэкстракцию с использованием органической фазы и собирателя, отличающийся тем, что в качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, а в качестве собирателя используют ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции Lu⁺³+3DS^-=Lu[DS]₃,

где Lu⁺³ - катион лютеция,

DS^- - додецилсульфат-ион,

при этом флотоэкстракцию осуществляют при рН не более 7,9 и соотношении органической и водной фаз 1:20.