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Verfahren zum Trennen von Metallen durch eine Lösungsmittelextraktion.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine selektive Lösungsmittelextraktion,
die Trennung und Gewinnung von Metallen aus einer wässrigen Lösung, bei welchem
abwechselnd eine wässrige Lösung mit zwei verschiedenen Lösungsmitteln in Beruhrung
gebracht wird, wovon jedes Lösungsmittel selektiv verschiedene Metalle in der wässrigen
Speiselösung extrahiert.
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Vorliegende Erfindung betrifft ein Doppel-Lösungsmittelextraktionsverfahren,
das zur Behandlung einer wässrigen Lösung geeignet ist, die verschiedene schwer
zu trennende Metalle enthält. Das Verfahren vorliegender Erfindung ist insbesondere
zur Trennung und Gewinnung der Seltenen Erdmetalle aus einer wässrigen Lösung geignet.
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Viel Mühe hat man auf die Lösungsmittelextraktion zur Trennung und
Gewinnung von Metallen aus wässrigen Lösungen aufgewendet.
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Die Anstrengungen gingen insbesondere dahin, die selektive Lösungsmittelextraktion
zu verbessern>und infolgedessen ist das Wissen über viele Lösungsmittel, die
für diesen Zweck vorgeschlagen worden sind, sehr groß. Es sind die unter verschiedenen
Bedingungen herrschenden Verteilungskoeffizienten für viele mehrere Metalle enthaltenden
wässrigen Lösungen mit zahlreichen Lösungsmitteln bekannt.
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Die Trennfaktoren für verschiedene Metalle weichen in verschiedenen
Lösungen beachtlich voneinander ab. Der Trennfaktor kann als das Verh<nis
der Verteilungskogff izishten K zwischen den Metallen
in der wässrigen
Lösung definiert werden. So hat man, bezüglich der Trennung Seltener Erden gefunden
(Peppard et al, J. Inorg.
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Nuel. Chem. 4,334,1957), daß Di-2-äthylhexylphosphorsäure (HDEHP)
aus der Reihe der Seltenen Erden vorzugsweise die Elemente mit der höheren Atomnummer,
d.h. die schwereren Elemente, extrahiert.
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Uber die gesamte Gruppe der Lanthanide ist der Trennfaktor (r) gleich
annähernd 2,5, was durch folgende Formel ausgedrUckt werden kann:
in der r gleich dem Trennfaktor ist; K ist gleich dem Verteilungskoeffizienten (Konzentration
eines gegebenen Eleme'nt'es- in:"'drz'or ganischen Phase dividiert durch seine Konzentrat'ion
in der wässrigen Phase); z ist gleich der Atomzahl eines--Metalles und'z+'1: it
gleich der Atomzahl des anderen Metalles.
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Es wurde berichtet, daß Lösungen primärer Amine die Verbindungen der
leichten Seltenen Erden, d.h. die mit der niedrigeren Atomzahl wesentlich stärker
als die schweren Erden extrahieren mit einem durchschnittlichen Trennfaktor für
die Lanthanidgruppe von 1,5,
Jede der Formeln 1)und 2) kann angewendet werden, um einen Wert für den Verteilungskoeffizienten
K für irgendein Element Kz+1 zu berechnen, wenn ein Wert für das erste Element Kz
bestimmt ist.
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Wenn z*BO gemäß vorliegender Erfindung eine wässrige Lösung einer
Mischung aus Seltenen Erden abwechselnd einer-Extrak,tion mit einem organischen
Alkylphosphat als Lösungsmittel und mit einem primären aliphatischen Amin als Lösungsmittel
unterworfen wird, besteht das Gesamtergebnis darin, daß das Phespat-Lösungsmittel
vorzugsweise die schweren Elemente und das Amin-Lösunsmittel vorzugsweise die ieflg
leichten Elemente extrahiert, während die Elemente mit dem mittleren Gewicht in
dem wässrigen Raffinat zurückbleiben.
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Der Trennfaktor r1 des Lösungsmittels, das als selektiv für ein bestimmtes
Metall in Bezug auf wenigstens ein anderes Metall in der Lösung ausgewählt ist,
muß mindestens größer als 1 sein.
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Der Trennfaktor r2 des Lösungsmittels, das als selektiv für ein zweites
Metall in Bezug auf das erste Metall in der Lösung gewählt ist, muß mindestens 1
und vorzugsweise größer als 1 sein.
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Die Trennung von wenigstens zwei, schwierig zu trennenden Metallen
kann gemäß vorliegender Erfindung in einem wässrigen System-mittels zwei Lösungsmitteln
durchgeführt werden, wobei der Trennfaktor eines der Lösungsmittel für das ausgewählte
Metall größer als 1 ist und der Trennfaktor des zweiten Lösungsmittels für das andere
Metall gleich 1 oder mehr als 1 ist. Je höher die Trennfaktoren für die Jeweiligen
Lösungsmittel und die jeweilig selektiv zu extrahierenden Metalle sind, desto besser
ist die Trennung.
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Gemäß dem Verfahren vorliegender Erfindung kann eine wässrige, schwierig
zu trennende Metalle enthaltende Lösung zur Erzielung der gewünschten Trennung der
Metalle nach einem Verfahren behandelt werden, bei welchem die wässrige Lösung mit
einem ersten nicht mischbaren Lösungsmittel in Berührung und gemischt wird, das
für wenigstens eins der Metalle in der Speiselösung eine Selektivität besitzt, um
die Mischung in eine Lösungsmittelphase und eine wässrige Phase zu trennen, wobei
die wässrige Phase an dem ausgewählten Metall verarmt und d Lösungsmittel an dem
ausgewählten Metall angereichert ist, die wässrige Phase abzieht und diese mit einem
zweiten nicht mischbaren Lösungsmittel in Berührung bringt und mischt, das für wenigstens
eins der anderen Metalle in der wässrigen Beschickungslösung selektiv ist, die Mischung
sich in eine wässrige und eine Lösungsmittelphase absetzen läßt, sm wobei die wässrige
Phase an dem auserwählten Metall verarmt und die Lösungsmittelphase an dem ausgewählten
Metall angereichert ist und dann abwechselnd die wässrige Beschikungslösung mit
dem ersten und dem zweiten Lösungsmittel in BerUhrung bringt, bis der gewünschte
Grad der Trennung der Metalle in der wässrigen Beschickungslösung, erreicht ist.
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Jedes der an dem ausgewählten Metall angereicherten Lösungsmittel
wird die Extraktphase und die nach dem Erreichen des gewünschten Extraktionsgrades
verbleibende wässrige Lösung wird die Raffinatphase genannt. Jede Lösungsmittelphase
wird an dem Metall, für welches es selektiv ist, konzentriert und die wässrige Raffinatphase
ist in einem geeigneten Fall an den Metallen konzentriet, für welche keines der
Lösungsmittel eine hohe Selektivität besitzt.
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Aus den Lösungsmitteln können die extrahierten Metalle dadurch gewonnen
werden, daß man die Lösungsmittel von den Metallen mittels einer geeigneten wässrigen
Lösung befreit und die Lösungsmittel dann in das Verfahren zurückleitet. Die abgetrennten
Metalle können z.B. lediglich durch Verdampfen der wässrigen Lösung konzentriert
werden.
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Das Verfahren vorliegender Erfindung ermöglicht beachtlich verbesserte
Trennungen mit einer wesentlichen Verringerung der erforderlichen Extraktionsstufen
im Vergleich mit den Stufen, die bei Anwendung eines einzigen Lösungsmittels erforderlich
sind.
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Das wichtige Merkmal vorliegender Erfindung ist der hohe Trenngra,
der mit verhältnismäßig wenig Extraktionsstufen erzielt wird; die Gesamtausbeute
eines bestimmten Metalles in einer wässrigen Speiselösung ist von untergeordneter
Bedeutung; die Ausbeute kann gegebenenfalls auf einfache Weise dadurch erhöht werden,
daß man die wässrige Raffinatlösung zur Beschickungslösung zurückführt. Bei einer
geeigneten Durchführung des Verfahresns der Erfindung können drei Produkte gewonnen
werden: ein Produkt, das in dem ersten Lösungsmittel konzentriert ist, das zweite
Produkt, das in dem zweiten Lösungsmittel konzentriert ist und das dritte Produkt
ist in dem wässrigen Raffinat konzentriert.
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Viele moderne Abbauverfahren und metallurgische Prozesse können so
ausgeführt werden, daß geeignete wässrige1 Metall enthaltende Beschickungslösungen
anfallen, die nach dem Verfahren vorliegender Erfindung aufgearbeitet werden können.
Vorliegende Erfindung findet, wie ausgeführt, Anwendung für die Trennung von schwierig
zu trennenden Metallen. Das Verfahren vorliegender Erfindung läßt sich besonders
für die Trennung Seltener Erden aus einer wässrigen Lösung Seltener Erden anwenden.
Dies Verfahren kann so ausgeführt
werden, daß man folgende Lösungsfraktionen
enthält: eine erste, die an leichten Seltenen Erden konzentriert ist, eine zweite,
die an schweren Seltenen Erden konzentriert ist und ein wässriges Raffinat, das
an den mittelschweren Seltenen Erden konzentriert ist. In einer entsprechenden Weise
können durch geeignete Einstellung der Extraktionsbedingungen Trennungen von verhältnismäßig
reinen einzelnen Erdmetallen erhalten werden.
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Das Verfahren der Erfindung läßt sich auch mit Vorteil für die Trennung
anderer schwieriger zu trennender,in wässrigen Lösungen des Metalls vorliegender
Metalle anwenden. So fallen z.B. Mischungen schwierig zu trennender Metalle bei
bekannten Abbauverfahren und metallurgischen Prozessen an. Wässrige Lösungen von
Metallen, die beachtliche Mengenton Mischungen-der Slgenden Paare von Metallen enthalten,
sind als Beschickungslösungen zur Aufarbeitung gemäß dem Verfahren vorliegender
Anmeldung, um die Metalle voneinander zu trennen, geeignet: Vttni Vanadin und Uran;
Hafnium und Zirkonium; Molybdän und Wolfram; Zink und Kupfer; Kobalt und Nickel
und Niob und Tantal.
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Die zu verwendenden Lösungsmittel müssen nicht mischbar bzw. im wesentlichen
nicht mischbar mit der zu behandelnden wässrigen metallenthaltenden Lösung sein.
Auf diese Weise wird vermieden, daß das Lösungsmittel an das Raffinat verlorengeht
und eine Verunreinigung des der Lösungsmittel-Absbreiflösung durch die wässrige
ge Beschickungslösung . Die Lösungsmittl müssen einen hohen Grad der Selektivität
für das Metall aufweisen, das selektiv von den anderen Metallen in der wässrigen
Speiselösung getrennt wurden soll. + eintritt Es gibt zwei große Gruppen von Lösungsmitbeln,
die bei den beschriebenen Bedingungen den gewünschten Grad von Selektivität auSweisen,
der zur Trennung bestimmter Metalle von anderen Metallen in der wässrigen, die Metalle
enthaltenden Beschickungslösungen erforderlich ist.
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Die erste Gruppe von Lösungsmitteln weist primäre, sekundäre, tertiäre
und quaternäre Amine auf, die für bestimmte Metalle eine
Selektivität
besitzen. Bestimmte für die Zwecke vorliegender Erfindungen brauchbare Amine sind
Trioctylamin, Dodecylamin, und die im Handel unter der Bezeichnung Primene IM-T
(Rohm & Haas) bekannte Mischung tertlärer Alkyl (prim.) -aminisomere mit 18
- 21 Kohlenstoffatomen'und dergleichen.
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Die zweite Gruppe von Lösungsmitteln weist Alkylphosphate auf, d.h.
organische Ester von Phosphorsäuren, die für gewisse in einer wässrigen Mischung
von Metallen enthaltenen Metallen eine Selektivität aufweisen. Bestimmte Alkylphosphate,
die für die Zwecke der Erfindung verwendet werden können, sind z.B. Tributylphosphat,
Dodecylphosphorsäure, Tri-n-butylorthophosphat und di-2-Athylhexyl-orthophosphorsäure
(HDEHP).
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Die Lösungsmittel können allein oder in Mischung mit geeigneten inderten
Verdünnungsmitteln verwendet werden die ebenfalls mit der wässrigen zu behandelnden
Beschickungslösung unmischbar sein müssen. Die Lösungsmittel werden im allgemeinen
mLt Kohlenwasserstoffen, wie Xylol, Toluol und Kerosin als VerdUnnungsmittel verwendet.
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eine So kann z.B. ein geeignetes Aikylphosphatlösungsmittel/1O volumenprozentige
Lösung des ailsgewählten Alkylphosphates in Xylol sein.
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Wenn nach dem Verfahren der Erfindung eine bestimmte Trennung ausgeführt
wird, ist es nicht erforderlich) ein Alkylphosphat-Lösungsmittel und ein Amin-Lösungsmittel
zu verwenden, da ja zwei Amin-Lösungsmittel oder zwei Alkylphosphat-Lösungsmittel
verwendet werden können, vorausgesetzt, daß die ausgewählten Lösungsmittel einen
relativen Selektivitätsgrad für wenigstens eins der Metalle in der Lösung in Bezug
auf wenigstens ein anderes Metall in der Lösung aufweisen.
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Die Zahl der Extraktionsstufen kann z.B. )-12 sein; im Wechsel zuerst
mit einem Lösungsmittel und dann mit dem anderen Lösungsmittel. Je nach der besonderen
zu behandelnden wässrigen Beschickungslösung und dem gewunsohten Trenngrad können
4^-lO Trennen stufen angewendet werden. Es sei indes darauf hingewiesen, daß
z.B.
auch mehr als 12 Extraktionsstufen angewendet werden können, wenn es erwünscht ist,
ein verhältnismäßig reines einzelnes Seltenerdelement in einem der beiden oder beiden
Lösungsmittel+6der in dem wässrigen Raffinat zu erhalten. + und Nach einer Ausführung
der Erfindung werden zwei Lösungs-Extraktionskreisläufe parallel angewendet, mit
einem Lösungsmittel in einem Kreislauf und einem zweiten Lösungsmittel in einem
anderen Kreislauf. Frisches Lösungsmittel kann für Jede Extraktionsstufe in jedem
Kreislauf angewendet werden oder auch die gleiche Menge Lösungsmittelknnn in jedem
Kreislauf angewendet werden und im Gegenstrom mit der Beschickung in jedem Kreislauf
in Berührung gebracht werden. Die wässrige, die Metalle enthaltende Lösung wird
sozusagen kreuzweise zwischen zwei Lösungsmitteln geführt, wobei sie wechselweise
einer Extratkion durch die Lösungsmittel unterworfen wird. Eine bevorzugte Ausführung
der Erfindung zur Trennung von Seltenen Erden unter Anwendung von Aminlösungsmitteln
und Alkylphosphatlösungsmitteln ergibt eirean den leichten SeltenenErdelementen
reiche Alninlösung und eine Phosphatlösung, die reich an den schwereren Seltenerdelementen
ist und häufig ein wässriges Raffinat, das ein einziges mittelschweres Seltenerdelement
enthalten kann.
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Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die zwei Lösungs-Extraktionskreisläufe
parallel mit einem Amin enthaltenden Lösungsmittel durchgeführt, das im Gegenstrom
zu der wässrigen Beschickung in den einen Kreislauf geführt wird und das Alkylphosphatlösungsmittel
strömt im Gegenstrom mit der wässrigen Beschickung in dem anderen Kreislauf nach
vorne. Die wässrige Lösung, welche die Seltener oder andere Metallverbindungen enthält,
strömt in einem Gegenstromschema vorwärts und rückwärts zwischen den beiden Kreisläufen,
die abwechselnd einer Extraktion durch das Aminlösungsmittel und Phosphatlösungsmittel
unterworfen werden, und so schließlich eine Aminlösung, die reich an den leichten
Seltenerden, und einer Phosphatlösung, die an reich an den schweren Seltenerden
ist, anfällt. Durch eine ggeeignete Abstimmung der Arbeitsbedingungen ist es möglich,
in dem wässrigen Raffinat eine konzentrierte Lösung eines besonderen Seltenerdelementes
zu erhalten.
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Zur weiteren Erläuterung wird die Erfindung nachstehend an Hand der
Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Fließbild, das eine Grundform einer Doppel-Extraktion
zeigt, für welche zwei Lösungsmittel und zwei Extraktionsstufen für jedes Lösungsmittel
angewendet werden, die durch die Jeweiligen Lösungsmittel erhaltenen Extrakte vereinigt
und dann die vereinigten Extrakte von den extrahierten Metallen befreit werden.
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Fig. 2 zeigt gr Vergleichszwecke ein Fließbild einer üblichen mit
einem einzigen Lösungsmittel betriebene Mehrfahcextraktion, für welche für Jede
Stufe ein frisches Lösungsmittel verwendet und das extrahierte Metall aus dem Extrakt
gewonnen wird.
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Fig. 5 ist ein Fließbild, das eine bevorzugte Doppel-Extraktion zeigt,
für welche zwei Lösungsmittel verwendet und die Lösungsmittel und die wässrige Beschickung
im Gegenstrom unter Rückfluß des Alkylphosphat-Lösungsmittel-Extraktes geführt wird.
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Fig. 4 ist ein Fließbild einer zweiten bevorzugten Doppel-Extraktionsvorrichtung,
für welche zwei Lösungsmittel verwendet und die wässrige Beschickung in zwei Teile
unterteilt und abwechselnd im Gegenstrom mit Jedem der Lösungsmittel in Berührung
gebracht werden.
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Aus Fig. 1 der Zeichnung ist ersichtlich, daß das Prinzip der doppelten
Extraktionstrennung von in einer wässrigen Lösung vorliegenden Metallen darin besteht,
daß die wässrige Lösung nacheinander abwechselnd in Berührung mit einem ersten,
dann mit einem zweiten und dann wieder mit dem ersten Lösungsmittel gebracht wird.
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Im allgemeinen wird die Berührung mit dem zweiten Lösungsmittel wiederholt
ausgeführt. Die gesamte Folge kann gegebenenfalls wiederholt werden. Gemäß Fig.
1 kann für Jede Extraktionsstufe frisches Lösungsmittel verwendet werden, während
gemäß den Figuren 3 und 4 dasselbe Lösungsmittel in Jeder Extraktinnsstufe in Jedem
Kreislauf verwendet wird.
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Vorzugsweise wird nach einem Gegenstromprinzip forgegangen, wobei
die wässrige Lösung, z.B. gemäß den Figuren 5 und 4 im Gegenstrom nacheinander wechselnd
mit einem ersten Lösungsmittel und dann mit einem zweiten Lösungsmittel strömt,
so daß das frische erste Lösungsmittel nacheinander von einem Teil des Metalle in
dem Maße angereichert wird, wie es durch das System geht und das zweite Lösungsmittle
nacheinander an den anderen Metallen in dem Maße, wie es durch das System fließt,
angereichert wird. Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die Figuren 3 erwähnt,
kann ein wässriger Rückfluß für einen oder beide Lösungsmittelströme angewendet
werden, um den Grad der Selektivität zu verbessern.
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Fig. 4 veranschaulicht ein System, das man als ein "Schnürriemen"-System
bezeichnen kann, bei welchem die wässrige Beschickung unterteilt und dann kreuzweise
im wechselweisen Strom von dem ersten Lösungsmittel zu dem zweiten Lösungsmittel
geführt wird.
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Um die Erfindung weiter zu erläutern, und zwar hinsichtlich der Trennung
Seltener Erden aus einer wässrigen Lösung dieser, dienen die folgenden Beispiele.
Ein primäres aliphatisches Amin wird als Lösungsmittel verwendet, welches vorzugsweise
die leichten Seltenerden extrahiert, ist als eins der Lösungsmittel benutzt und
ein Alkylphosphat, welches vorzugsweise die schweren Seltenerden extrahiert, wird
als das andere Lösungsmittel verwendet.
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Es ist schwierig, einen Vergleich mit den bekannten Lösungsmittelextraktionssystemen,
welche nur ein einziges Lösungsmittel verwenden, mit dem Verfahren vorliegender
Erfindung zu machen, bei diesen bekannten Verfahren wird nur ein organisches Lösungsmittel
und eine wässrige Lösung angewendet und nur zwei Produkte erhalten: ein organischer
Extrakt und das wässrige Raffinat. in dem Verfahren vorliegender Erfindung führt
die Anwendung von zwei M-sungsmitteln zu drei Produkten, d.h. zwei Lösungsmittelextrakten
und einem wässrigen Raffinat iniel 1 FUr diese Versuche wurde eine w&ssrige
Lösung von Seltxnerd- und Yttriumsulfat verwendet. Die Zusammensetzung in Milligram
je Liter der Hauptbestandteile war wie folgt:
Element mg/l Pr 390
Nd 2620 Sm 7490 Gd 2430 Dy 370 Y 340 13,640 Diese wässrige Beschickungslösung wurde
auf ein pH von,1,5 mit Schwefelsäure eingestellt.
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Das Aminlösungsmittel bestand aus einer Mischung von Isomeren tertiärer
Alkyl-primärer Amine mit 18 - 21 Kohlenstoffatomen (Primene IM-T Rohm ß Haas Co.).
Eine Lösung von 1Q Volumenprozent dieses Amins wurde unter Anwendung von Kerosin
als Verdünnungsmittel hergestellt. Diese Lösung wurde auf pH von 1,5 mittels wässriger
Schwefelsäure eingestellt und dadurch das freie Amin in das Sulfatsalz übergeführt.
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Das Alkylphosphat-Lösungsmittel war eine 10 Volumenprozentige Lösung
von di-2-Äthylhexyl-orthophosphorsäure (HDEHP) in Xylo] Um die Wirksamkeit dieser
beiden Lösungsmittel in einem Gegenstrom system gemäß dem Verfahren vorliegender
Erfindung im Vergleich zur Anwendung lediglich eines Lösungsmittels festzustellen,
wurden drei Versuche'unter Anwendung eines Standard-Trenntunnels durchgeführt. Die
Mischdauer der wässrigen Beschickung und des Lösungsmittels betrug etwa 1,5 Minuten
und das Phasenverhäitnis wurde bei diesen Versuchen auf 1,0 eingestellt, d.h. es
wurden gleiche Volumina wässriger Beschickung und Lösungsmittel ftlr Jede Extrakt
tionsstufe verwendet.
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Versuch 1 Es wurden gemäß dem in Fig. 2 veranschaulichten Fließbild
vier (reuzatromstufen angewendet. Es wurde eine 50 ml wässrige Eeschickungslösung
nacheinander mit vier gleichen Volumina der Aminlösung in Berührung gebracht. Die
endwässrige Phase bildete das
Raffinat. Die vier Aminextrakte wurden
vereinigt und viermal mit 50 ml 6 N -Chlorwasserstoffsäure behandelt. Das Raffinat
und der wiedergewonnene Extrakt wurden aufgearbeitet und mittels der Röntgenstrahlen-Fluorenztechnik
analysiert.
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Versuch 2 Dieser Versuch entsprach dem ersten Versuch, aber an Stelle
des Amins wurde das Alkylphosphatlösungsrnittel verwendet.
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Versuch 3 Es wurde gemäß dem in Fig. 1 der Zeichnung veranschaulichten
Fließbild 50 ml wässriger Beschickungslösung mit zwei Aminstufen und zwei HDEHP-Extraktionsstufen
wahlweise und im Kreuzstrom in Berührung gebracht Die zwei Aminextrakte wurden wie
beimVersuch 1 vereinigt und von Metall befreit. Das gleiche geschah mit den beiden
EDEHP-Extrakten.
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Die bei diesen drei Versuchen erzielten Ergebnisse sind in den Abweichungen
der Gewichtsverhältnisse der Hauptelemente in Tabelle 1 wiedergegeben.
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Tabelle 1 Gewichtsverhältnis in den Extrakten Beschickungslösung
Sm/Gd Sm/Dy Gd/Dy 3, ob 20>2 6,57 Versuch 1 4 Stufen mit Amin allein 5,28 24,0
7,32 Versuch 2 4 Stufen mit HDEHP allein 1930 6,97 5,37 Versuch 5 wahlweise zwei
Aminstufen)Aminext. 5331 70,6 13,3 und zwei HDEHP-Stufen )HDEHPext. 0v 85 2,19 2,56
Aus der Tabelle ist der Vorteil einer unter Anwendung von zwei Lö-ä sungsmitteln
durchgeführten 4stufigen Querstromextraktion im Vergleich zur Anwendung eines einzigen
Lösungsmittels für die Trennung von Seltenerden ersichtlich. So ändert sich z.I3.
hinsichtlich des Paares Gd/Dy bei nur 4 Stufen mit der Extraktion mit dem einen
oder dem anderen Lösungsmittel praktisch wenig oder nichts. Mit zwei abwechselnd
eingesetzten Lösungsmitteln ist das Konzentrationsverhältnis in dem Aminextrakt
fast verdoppelt, während es weniger als
halb so groß in dem HDEHP-Extrakt
im Vergleich mit der wässrigen Beschickung ist, Beispiel 2 Dieses Beispiel veranschaulicht
die verbesserte Trennung, welche nach dem Verfahren vorliegender Erfindung im Vergleich
mit der Anwendung eines einzigen Lösungsmittels erzielt werden kann und wie besonders
Seltenerden in dem wässrigen Raffinat konzentriert werden können.
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4 Es wurden wie im Beispiel 50 ml derselben wässrigen Beschickung
und dieselben Lösungsmittel und ein gleiches Verfahren, wie im Beispiel 1 beschrtiben,
verwendet und zwei Versuche durchgeführte Bei einem Versuch wurde die Querstromextraktion
in 3 Stufen mit dem Aminlösungsmittel und der gleichen wässrigen Lösung durchgeführt.
Bei dem anderen Versuch wurde in 2 Stufen mit Amin mit einer dazwischenliegenden
Stufe mit Alkylphosphat extrahiert. Die Analysen der verschiedenen erhaltenen Extrakte
und Raffinate sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt.
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Tabelle 2 Dreistufige Querstrom-Lösungsmittelextraktion.
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Ein Lösungsmittel Zwei Lösungsmittel Wässrige Be- Aminextrakt Raffinat
Aminextrakt HDEHP-Extrakt Raffinat schickung mg %Reinheit mg %Reinheit mg %Reinheit
mg %Reiheit mg %Reinheit mg %Reinheit Pr 390 2,9 275 3,1 115 2,5 280 3,4 2 0,2 108
2,7 Nd2620 19,2 1600 17,7 1020 22,1 1930 23,4 36 2,6 654 16,3 Sm7490 54,9 5230 58,0
2260 48,8 5020 60,8 320 23,4 2150 53,4 Gd2430 17,8 1540 17,1 890 19,2 940 11,4 500
36,5 990 24,6 Dy 370 2,7 230 2,5 140 3,0 55 0,7 300 21,9 15 0,4 Y 340 2,5 140 1,6
200 4,3 25 0,3 210 15,4 105 2,6
Aus den Versuchsergebnissen in
der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß mit einer einzigen zwischen zw Aminstufen liegenden
HDEHP-Stufe durch das doppelte Lösungsmittelsystem die Reinheit der an den beiden
äußersten Enden der Seltenerdgruppe liegenden Elemente im Vergleich mit einer dreistufigen
Aminstufe verbessert worden ist: größere Reinheit von Pr, Nd und Sm in dem Aminextrakt
und größere Reinheit von Gd, Dy und Y in der HDEHP-Fraktion. Die entsprechenden
Mengen können aus den in der Tabelle 2 angegebenen Werten errechnet werden.Wie ersichtlich,
ist die Gewinnung an Fr, Nd und Sm in der Aminfraktion bei dem Einfach- und dem
Doppellösungssystem etwa gleicht während ein beachtlicher Abfall in der Gewinnung
an Gd, Dy und Y in den beiden Aminstufen bei dem Doppellosungssystem eintritt.
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Eine beachtenswert wichtige Tatsache ist, daß die in den drei Aminstufen
extrahierte Gesamtmenge an Gadolinium sich auf 63.4% beläuft, während nach dem doppelten
Lösungssystem insgesamt 59,3% Gadolinium extrahiert werden , nämlich 38,7 durch
die Obwohl zwei Aminfraktionen plus 20,6% durch die HDEHP-Fraktion. @@@ eine beachtliche
Steiegerung der Konzentration an Gadolinium in dem Raffinat, im Vergleich zu der
wässrigen Beschickungslösung, eintritt, ist offensichtlich, daß bei dem geeigneten
System und mit gentigend Stufen das Doppellösungssystem eine beachtlich größere
Konzentration an Gd in dem Raffinat zeigt, als sich aus dem Beispiel ergibt.
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Das Verfahren vorliegender Erfindung kann mit Vorteil zur selektiven
Trennung leichter und schwerer Seltenerden aus einer wässrigen Beschickungslösung
angewendet werden, um die gewUnachten mittel schweren Seltenerden, wie Gadolinium,
in dem wässrigen Raffinat zu erhalten.
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Das Verfahren der Erfindung hat eindeutige Vorteile,indem man einen
hohen Trennungsgrad schwierig zu trennender Metalle, in wässrigen Lösungen vorliegend,
erreicht. Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens vorliegender Erfindung ist die
Tatsache, daß man bei der Anwendung von zwei Lösungsmitteln, von welchen jedes mit
der Beschickungslösung nicht mischbar und jedes Lösungsmittel selektiv für einem
bestimmtes Metall ist, mit verhältnismäsig wenig Extraktionsstufen einen höheren
Trennungsgrad der Metalle erzielen kann£.
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als unter Anwendung Jeweils eines Lösungsmitteis und einer beachtlich
größeren Zahl von Extraktionsstufen möglich ist.
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Das Verfahren der Erfindung hat viele Anwendungsmöglichkeiten in der
Bergwerks- und metallur.gischen Industrie, um Metalle zu trennen, die in wässrigen
Lösungen übergeführt werden können und um aus diesen schwierig zu trennende Metalle
in wirtschaftlicher Weise und in brauchbaren Mengen zu gewinnen.
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P a t e n t a n s p r ü c h e