NO131338B

NO131338B -

Info

Publication number: NO131338B
Application number: NO2492/73A
Authority: NO
Inventors: J Alstad; L Farbu
Original assignee: Sjeldne Jordarter Forskning
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1975-02-03
Also published as: FR2233284B1; DE2428952B2; DE2428952A1; DE2428952C3; NO131338C; JPS5036310A; JPS5638662B2; NO249273L; FR2233284A1

Description

Fremgangsmåte for separasjon av sjeldne jordarts-metaller fra

en blanding ved hjelp av væske-væske ekstraksjon.

Oppfinnelsen angår en prosess for separasjon og rensing av sjeldne jordartsmetaller fra en blanding av deres salter og de vanlige forurensninger som følger med når saltene er løst i vann. Begrepet sjeldne jordarter som brukt i denne beskrivelse, omfatter gruppen av elementer med atomnr. fra og med 57 til og med 71, og dessuten yttrium.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir en vandig oppløsning av yttrium og andre sjeldne jordarter brakt i kontakt med en organisk vann-uoppløselig vasskefase som hovedsakelig består av di (2-etylhexyl) fosforsyre i et organisk oppløsningsmiddel (fortynner). De to væskefaser blandes omhyggelig ved hjelp av omrøring inntil ekstraksjons-likevekt er oppnådd. Herved fåes på vanlig måte en partiell separasjon, idet de lette sjeldne jordarter fortrinnsvis vil holde seg i vannfasen, mens de tunge sjeldne jordarter og yttrium vil overføres til den organiske fase i langt større, grad enn de lette sjeldne jordarter. Hensikten med oppfinnelsen er å fremskaffe en metode til videreseparering av de metalljonene som kan ekstraheres inn i organisk fase. Ved å bruke spesifiserte konsentrasjoner av svovelsyre-løsninger til å tilbakeekstrahere metalljonene fra organisk fase, har en funnet at lengden av fasenes kontakttid har en betydelig virkning på separasjonsfaktorene. Dette medfører at rensingen av yttrium kan utføres effektivt, og den partielle separasjon mellom nabo-lanthanider kan optimaliseres m.h.p. kontakttiden. Separasjonsfaktoren for to stoffer A og B, \ X —, er som kjent forholdet mellom

A Da

A's og B's fordelingsforhold, dvs. (X -5- = tt<6-> , idet fordelingsfor-B DB

holdet for et stoff er lik forholdet mellom stoffets konsentrasjon i organisk fase og samme stoffs konsentrasjon i vannfasen.

Det er tidligere blitt foreslått å separere sjeldne jordarter i blanding ved hjelp av væske-væske ekstraksjonsprosesser hvor di(2-ethylhexyl) fosforsyre blir brukt som ekstraktant. Effektiviteten ved separasjonen av naboelementer er relativt høy ved denne ekstråksjonsprosess, men det må likevel benyttes mange trinn for å oppnå en renhetsgrad på produktene som tilfredsstiller de kvaliteter som er etterspurt på markedet.

Oppfinnerne har nu funnet at når en løsning av sjeldne jordarts-sulfater i vann ekstraheres med di(2-etylhexyl)fosforsyre fortynnet med et organisk oppløsningsmiddel som er ublandbart med vann, vil ekstråksjonshastigheten for en.stor del av metalljonene være for-, skjellig, og at dette kan utnyttes til oppnåelse av en forhøyet separasjonsfaktor i en væske-væske ekstraksjonsprosess. Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir en svovelsur oppløsning av en blanding av sjeldne jordartsmetaller, eller en blanding som i tillegg inneholder vanlige forurensninger, brakt i kontakt med en vannuopp-løslig ekstraksjonsvæske bestående av di(2-etylhexyl)fosforsyre (HDEHP) i en fortynner på parafin-basis, hvor kontakttiden på forhånd er valgt slik at en oppnår et høyt fordelingsforhold for de stoffer som ekstraheres raskt, og et lavt fordelingsforhold for de stoffer

som ekstraheres langsomt, hvorpå de to væskefaser med sine innhold av metalljoner skilles fra hverandre. Derpå foretas en partiell tilbakeekstraksjon med fortynnet svovelsyre av metaller i den

organiske fasen ved å kontakte de to oppløsninger en fastsatt tid, slik at optimal separasjon oppnås mellom de metaller som tilbakeekstraheres hurtig og de som tilbakeekstraheres langsomt.

Etter ekstraksjonen av de sjeldne jordarter og den etterfølgende trinnvise tilbakeekstraksjon, kan det resterende innhold av ekstraherte stoffer fra første ekstraksjonstrinn i den organiske fase fjernes fra denne ved at man vasker den organiske fase med en sterk syre ( ^ 10 N ^SO^) og lut, hvoretter fasen regenereres og føres tilbake til 1. ekstråksjonstrinn.

For en gitt konsentrasjon av svovelsyre i vannfasen i første ekstraksjonstrinn vil hastigheten for overføring av metall fra en fase til en annen være avhengig av hvilket-metall det angår. Er konsentrasjonen av-metallet C som en betrakter, i en fase ved et tidspunkt = t og konsentrasjon av det samme metallet Coo i fasen ved likevekt, vil differansen C - Coo avta eksponensielt med tiden som fasene er i kontakt. Den kontakttid som medgår til at differansen har avtatt til det halve,, kalles halveringstiden t^ og er karakteris-tisk for det enkelte metall og en funksjon av svovelsyrekonsentrasjonen. Dette er illustrert på fig. 1 som viser hvorledes halveringstiden for tilbakeekstraksjon av terbium, erbium og yttrium varierer med konsentrasjonen av svovelsyre i vannfasen.

For en gitt' syrekonsentrasjon er fordelingsforhold, Dt, funnet å være bestemt av kontakttiden for fasene, t, hastighetskonstanten, k, og fordelingsforholdet ved likevekt, D. Som en følge av disse observa-sjoner kan separasjonsfaktoren for to elementer forandres ved å variere kontakttiden.

Fremgangsmåten er spesielt anvendelig for de innmatningsløsninger som fremkommer når råstoff for sjeldne jordarter løses i mineral-syre. Under ekstråksjonan blir metallkonsentrasjonen i hver fase registrert kontinuerlig som funksjon av tiden, ved hjelp av egnede, indikatorer, f.eks. radioaktive tracere.

Det kan gis følgende eksempel på separasjon av terbium og yttrium: Ekstraksjonen ble foretatt fra 1,5 N svovelsur vannfase. Under disse betingelser er separasjonen mellom tunge og lette lanthanider slik at separasjonspunktet, hvor fordelingsforholdet D = 1, ligger et sted i midten av lanthaniderekken, men noe avhengig av metallkonsentrasjonen. Ved denne svovelsyrekonsentrasjonen er reaksjons-hastigheten funnet å være forholdsvis hurtig for alle sjeldne jordarter.

Den organiske fase med metallene (ekstraktet) som initialt var 1 molar med hensyn til di(2-etylhexyl) fosforsyre, ble så bragt 1 kontakt med en vannfase som var innstilt til 2, 1 N i svovelsyre. Forskjellen i hastigheten for tilbakeekstraksjon av terbium og yttrium ble ut-nyttet ved å justere fasenes oppholdstid i blandekaret, slik at separasjonsfaktoren for de to metalljonene blir maksimal. Separasjonsfaktoren som er målt for yttrium/terbium, varierer med oppholds-tiden, kontakttiden, slik som vist i fig. II, som illustrerer hvor- i ledes separasjonsfaktoren for yttrium/terbium varierer med oppholds-tiden i blandekaret for de to væskefåsene. Svovelsyrekonsentrasjonen i vannfasen var 2,7 N. I vårt eksempel vil 6 min. kontakttid øke separasjonsfaktoren fra 11,7 (for likevekt) til 13,7, dvs. en økning på 17%. Under de betingelser som er angitt ovenfor vil terbium tilbakeekstraheres nesten til sin likevektsverdi, mens yttrium holdes igjen i den organiske fase i sammenligning med sin likevektsfordeling.

Claims

1. Fremgangsmåte til separasjon av de sjeldne jordartsmetaller fra en blanding, hvor en svovelsyreoppløsning av blandingen av sjeldne jordarter i vann bringes i kontakt med en vannuoppløselig ekstraksjonsvæske bestående av di(2-etylhexyl) fosforsyre i en fortynner, karakteiseres ved at kontakttiden på forhånd er valgt slik at en oppnår et høyt fordelingsforhold for de stoffer som ekstraheres raskt, og et lavt fordelingsforhold for de stoffer som ekstraheres langsomt, hvorpå de to væskefaser med sine innhold av metalljoner skilles fra hverandre.

2. Fremgangsmåte som i krav 1, karakterisert ved en partiell tilbakeekstraksjon med 'fortynnet svovelsyre av metaller i den organiske fase ved å kontakte de to oppløsninger en fastsatt tid,, slik at optimal separasjon oppnås mellom de metaller som tilbakeekstraheres hurtig og de som tilbakeekstraheres langsomt.