RU2563015C2 - Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements - Google Patents

Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements Download PDF

Info

Publication number
RU2563015C2
RU2563015C2 RU2014102907/05A RU2014102907A RU2563015C2 RU 2563015 C2 RU2563015 C2 RU 2563015C2 RU 2014102907/05 A RU2014102907/05 A RU 2014102907/05A RU 2014102907 A RU2014102907 A RU 2014102907A RU 2563015 C2 RU2563015 C2 RU 2563015C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cerium
pulp
solution
rare
extraction
Prior art date
Application number
RU2014102907/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014102907A (en
Inventor
Юрий Григорьевич Глущенко
Сергей Владимирович Шестаков
Андрей Валерьевич Нечаев
Александр Борисович Козырев
Александр Сергеевич Сибилев
Дмитрий Игоревич Белов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Русредмет"(ООО НПК"Русредмет")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Русредмет"(ООО НПК"Русредмет") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная компания "Русредмет"(ООО НПК"Русредмет")
Priority to RU2014102907/05A priority Critical patent/RU2563015C2/en
Publication of RU2014102907A publication Critical patent/RU2014102907A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2563015C2 publication Critical patent/RU2563015C2/en

Links

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention can be used for processing of concentrates of rare-earth metals. For extraction of cerium from the nitrate solution containing the sum of rare-earth elements, cerium is oxidised to tetravalent state by hydrogen peroxide and is settled by ammonia by simultaneous their adding in separate portions at continuous stirring of pulp. The completeness of behaviour of reactions is monitored. The pulp is heated and filtered, deposit is washed out and the obtained cerium hydroxide is dried. Oxidation and sedimentation operations are conducted at the temperature of solution 40-50°C at pH 5.8-6.0. The pulp is heated up to the temperature 75-85°C and maintained at pH 5.8 within 30-60 minutes with the subsequent adding to the pulp of nitric acid up to pH value 4.5. Before filtration the pulp is conditioned for pH stabilisation. The obtained deposit of cerium hydroxide is washed out by distilled water using repulping-filtration method.
EFFECT: invention allows to the degree of extraction of cerium from solution and purity of cerium hydroxide at smaller number of operations.
4 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии переработки концентратов редкоземельных металлов, выделяемых из любых видов природного и техногенного сырья и содержащих церий в значительных количествах, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to a technology for the processing of concentrates of rare earth metals isolated from any type of natural and man-made raw materials and containing cerium in significant quantities, and can be used in various industries.

В современном мире в соответствии с требованиями научно-технического прогресса сохраняется устойчивый рост потребления и производства редкоземельных металлов (РЗМ). Уровни производства и потребления РЗМ в промышленно развитых странах мира уже на протяжении нескольких десятков лет служат четкими индикаторами экономического развития и национальной безопасности.In the modern world, in accordance with the requirements of scientific and technological progress, a steady increase in the consumption and production of rare earth metals (REM) is maintained. The levels of REM production and consumption in industrialized countries for several decades have been clear indicators of economic development and national security.

По меткому выражению академика А.Е. Ферсмана, РЗМ являются «витаминами промышленности» и ее важным стратегическим потенциалом.According to apt expression of academician A.E. Fersman, REMs are “industry vitamins” and its important strategic potential.

По оценкам Industrial Mineral Company of Australia, спрос на редкоземельные оксиды (РЗО) в 2014 г. должен достигнуть 200 тыс. тонн в год, существенно превысив показатели предыдущих лет.According to estimates by the Industrial Mineral Company of Australia, the demand for rare earth oxides (REO) in 2014 should reach 200 thousand tons per year, significantly exceeding the previous years.

Переходные металлы группы лантана, а также скандий и иттрий используют в самых разных областях современной техники: в радиоэлектронике, приборостроении, атомной технике, машиностроении, химической промышленности, в металлургии и т.д.Transition metals of the lanthanum group, as well as scandium and yttrium, are used in various fields of modern technology: in electronics, instrumentation, nuclear engineering, mechanical engineering, chemical industry, metallurgy, etc.

По мере развития и расширения областей применения редкоземельных металлов, церий, в том числе в виде соединений достаточно высокой степени чистоты, приобретает растущее самостоятельное значение. Кроме того, значительное содержание этого элемента в большинстве перерабатываемых концентратов определяет преимущества его выделения из группы остальных РЗЭ на ранних стадиях технологического процесса. Такой подход существенно уменьшает объемы перерабатываемого вещества, что влечет за собой уменьшение потоков, объемов применяемой технологической аппаратуры и повышает экономическую эффективность производства.With the development and expansion of the applications of rare-earth metals, cerium, including in the form of compounds of a sufficiently high degree of purity, acquires a growing independent significance. In addition, the significant content of this element in the majority of concentrates processed determines the advantages of its separation from the group of other REEs at the early stages of the technological process. This approach significantly reduces the volume of the processed substance, which entails a decrease in flows, volumes of technological equipment used and increases the economic efficiency of production.

Обычно для выделения церия используют отличия в свойствах его трех- и четырехвалентных соединений. Для этого церий окисляют химическими или электрохимическими методами, а затем отделяют от трехвалентных РЗЭ, используя низкую растворимость гидроксида Ce(IV) в минеральных кислотах (C.K. Gupta, N. Krishnamurthy Extractive Metallurgy of Rare Earths. L, NY, W.: CRC Press, 2005, 522 p.).Usually, differences in the properties of its tri- and tetravalent compounds are used to isolate cerium. For this, cerium is oxidized by chemical or electrochemical methods, and then separated from the trivalent REE using the low solubility of Ce (IV) hydroxide in mineral acids (CK Gupta, N. Krishnamurthy Extractive Metallurgy of Rare Earths. L, NY, W .: CRC Press, 2005, 522 p.).

Большинство методов получения чистого церия основаны на предварительном переводе его в четырехвалентное состояние с последующим отделением от остальных редкоземельных элементов осадительным, ионнообменным или экстракционным способами. Однако известные способы выделения церия не позволяют удовлетворительно решить поставленную задачу, поскольку либо не позволяют достаточно полно извлекать церий, либо не обеспечивают его достаточную чистоту, либо требуют организации многостадийных, сложных в аппаратурном отношении и энергозатратных процессов.Most methods for producing pure cerium are based on its preliminary conversion to the tetravalent state, followed by separation from the remaining rare earth elements by precipitation, ion exchange, or extraction methods. However, the known methods for the separation of cerium do not allow satisfactorily solving the problem, because either they do not allow sufficiently to extract cerium, or do not provide its sufficient purity, or they require the organization of multi-stage, apparatusally complex and energy-consuming processes.

Известен способ выделения церия (патент РФ №2085493, опубл. 27.07.1997 г.), сущность которого заключается в том, что в раствор хлоридов редкоземельных элементов добавляют порциями либо непрерывно раствор гипохлорита натрия, калия или кальция (20-115 г/л) и 40-115 г/л гидроксида натрия, калия или кальция, интенсивно перемешивая реакционную массу, процесс ведут при 20-100°С и рН 1,7-5,5. Затем фильтрацией отделяют осадок гидроксида церия.A known method for the separation of cerium (RF patent No. 2085493, publ. 07/27/1997), the essence of which is that in a solution of rare earth chlorides is added in portions or continuously a solution of sodium, potassium or calcium hypochlorite (20-115 g / l) and 40-115 g / l of sodium, potassium or calcium hydroxide, intensively mixing the reaction mass, the process is carried out at 20-100 ° C and a pH of 1.7-5.5. Then, cerium hydroxide precipitate is separated by filtration.

Недостатками способа являются загрязнение конечного продукта сопутствующими редкоземельными элементами (от двух до нескольких процентов) и невысокое извлечение церия (95%) в тех случаях, когда содержание примесей находится у нижнего из приведенных диапазонов значений. При этом до 5% церия остается в фильтрате и либо бесцельно теряется с отделяемым впоследствии лантаном, либо требует дополнительной стадии экстракционного отделения от последнего.The disadvantages of the method are the contamination of the final product by concomitant rare earth elements (from two to several percent) and the low extraction of cerium (95%) in those cases when the content of impurities is in the lower of the given ranges of values. In this case, up to 5% of cerium remains in the filtrate and is either lost aimlessly with subsequently separated lanthanum, or requires an additional stage of extraction separation from the latter.

Известен способ выделения церия (+4) из азотнокислого раствора редкоземельных элементов, включающий разбавление редкоземельного раствора водой, гидролитическое осаждение церийсодержащего осадка при 70-100°С, отделение и промывку осадка от маточного раствора, причем воду для разбавления РЗЭ берут в количестве, отвечающем соотношению: [Н]исх+3[Се(+4)]исх<(Vдоб+Vисх)/Vисх<10[Се(+4)]исх, где [Н]исх, [Се(+4)]исх - численные значения концентраций свободной кислоты и церия (+4) в исходном растворе, выраженных в моль/л; Vисх, Vдоб - численные значения объемов исходного раствора и введенной воды, выраженных в л, причем осаждение проводят из полученного раствора в течение не менее 30 мин (патент РФ №2162821 опубл. 10.02.2001 г.).A known method for the separation of cerium (+4) from a nitric acid solution of rare-earth elements, including dilution of a rare-earth solution with water, hydrolytic precipitation of cerium-containing sediment at 70-100 ° C, separation and washing of the precipitate from the mother liquor, and water for dilution of REE is taken in an amount corresponding to the ratio : [H] ref +3 [Ce (+4)] ref <(V add + V ref ) / V ref <10 [Ce (+4)] ref where [H] ref , [Ce (+4)] Ref - numerical values of the concentrations of free acid and cerium (+4) in the initial solution, expressed in mol / l; V ref , V add - numerical values of the volumes of the initial solution and the introduced water, expressed in l, and the deposition is carried out from the resulting solution for at least 30 minutes (RF patent No. 2162821 publ. 02/10/2001).

По окончании процесса образовавшийся осадок основной соли церия (+4) отделяют от раствора трехвалентных РЗЭ фильтрованием. Осадок промывают 0,3 М раствором нитрата аммония. Промытый осадок сушат и прокаливают при температуре 900°С.At the end of the process, the precipitate of the basic cerium salt (+4) formed is separated from the solution of trivalent REE by filtration. The precipitate is washed with a 0.3 M solution of ammonium nitrate. The washed precipitate is dried and calcined at a temperature of 900 ° C.

Предложенный способ позволяет получить высокочистый (>99,9%) цериевый продукт путем гидролитического осаждения церия (+4) из раствора суммы РЗЭ в течение 30 минут, в то время как при использовании известного способа для завершения процесса требуется 3 часа.The proposed method allows to obtain a high-purity (> 99.9%) cerium product by hydrolytic precipitation of cerium (+4) from a solution of the amount of REE within 30 minutes, while when using the known method, it takes 3 hours to complete the process.

Недостатком процесса является то, что извлечение церия из раствора достаточно невелико (94,5%).The disadvantage of this process is that the extraction of cerium from the solution is quite small (94.5%).

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является промышленный способ окисления - осаждения церия с помощью пероксида водорода (А.И. Михайличенко, Е.Б. Михлин, Ю.Б. Патрикеев. Редкоземельные металлы. М.: Металлургия, 1987, с.120-121). Процесс осуществляют следующим образом: в слабокислый раствор нитратов РЗМ при комнатной температуре прибавляют 30%-ный раствор пероксида водорода и 25%-ный раствор аммиака. Окисление церия происходит по следующим реакциям:The closest technical solution, selected as a prototype, is an industrial method of oxidation - deposition of cerium using hydrogen peroxide (A.I. Mikhaylichenko, E. B. Mikhlin, Yu. B. Patrikeev. Rare-earth metals. M: Metallurgy, 1987, p. 120-121). The process is carried out as follows: a 30% hydrogen peroxide solution and a 25% ammonia solution are added to a weakly acid solution of REM nitrates at room temperature. The oxidation of cerium occurs according to the following reactions:

2Се(NO3)3+H2O2+6NH4OH=2Се(ОН)4+6NH4NO3 2Се (NO 3 ) 3 + H 2 O 2 + 6NH 4 OH = 2Се (OH) 4 + 6NH 4 NO 3

2Се(NO3)3+7H2O2+6NH4OH=2CeO2(ОН)4+6NH4NO3+8H2O2Ce (NO 3 ) 3 + 7H 2 O 2 + 6NH 4 OH = 2CeO 2 (OH) 4 + 6NH 4 NO 3 + 8H 2 O

Пероксид водорода берут в 50%-ном избытке, процесс ведут с постоянным перемешиванием при рН 5-6. Затем пульпу нагревают до 90°С (до полного перехода красно-бурого осадка пероксида церия в бледно-желтый гидроксид четырехвалентного церия) и фильтруют. Дальнейшее выделение церия осуществляют экстракцией трибутилфосфатом. Для этого осадок гидроксида Се (IV) обрабатывают трибутилфосфатом (ТБФ), равновесным с 12М HNO3. При этом происходит экстракция четырехвалентного церия, а трехвалентные РЗМ переходят в рафинат. Органическую фазу четырежды промывают 2-4 М HNO3 для отмывки от трехвалентных РЗМ и реэкстрагируют из нее церий раствором кислоты с добавлением пероксида водорода. Таким образом получают достаточно чистый гидроксид церия.Hydrogen peroxide is taken in a 50% excess, the process is carried out with constant stirring at pH 5-6. Then the pulp is heated to 90 ° C (until the complete transition of the red-brown precipitate of cerium peroxide into pale yellow tetravalent cerium hydroxide) and filtered. Further isolation of cerium is carried out by extraction with tributyl phosphate. For this, the precipitate of Ce (IV) hydroxide is treated with tributyl phosphate (TBP), in equilibrium with 12M HNO 3 . In this case, tetravalent cerium is extracted, and trivalent rare-earth metals transfer to raffinate. The organic phase is washed four times with 2-4 M HNO 3 to wash off trivalent rare-earth metals and re-extracted from it cerium with an acid solution with the addition of hydrogen peroxide. In this way, sufficiently pure cerium hydroxide is obtained.

Процессу также свойственны недостатки: периодичность и длительность процесса, большой расход реагентов, трудоемкость, низкое извлечение церия в готовую продукцию, образование пероксидных соединений церия, затрудняющее дальнейшее растворение гидроксида церия. Добавим, что достижение приемлемой чистоты не достигается на стадии окисления - осаждения церия и требует последующей экстракционной очистки.The process also has disadvantages: the frequency and duration of the process, the high consumption of reagents, the complexity, low extraction of cerium in the finished product, the formation of cerium peroxide compounds, which complicates the further dissolution of cerium hydroxide. We add that the achievement of acceptable purity is not achieved at the stage of oxidation - deposition of cerium and requires subsequent extraction purification.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в получении гидроксида церия с относительным содержанием в сумме РЗЭ не менее 96% и извлечением не менее 99,9% (остаточным содержанием церия в фильтрате, где сосредоточены остальные редкоземельные элементы не более 0,05 г/л). При этом результат должен достигаться уже на стадии окисления - осаждения и отделения осадка и не требовать дополнительных операций по очистке фильтрата от остаточного церия.The technical problem to which the present invention is directed is to obtain cerium hydroxide with a relative REE content of at least 96% and recovery of at least 99.9% (residual cerium content in the filtrate, where the remaining rare earth elements are concentrated no more than 0.05 g / l). Moreover, the result should be achieved already at the stage of oxidation - deposition and separation of the precipitate and not require additional operations to clean the filtrate from residual cerium.

Технический результат достигается за счет того, что в известный процесс выделения церия из нитратного раствора, включающий окисление церия до четырехвалентного путем одновременного введения отдельных порций пероксида водорода и аммиака при постоянном перемешивании пульпы, контроль полноты протекания реакции, нагрев пульпы до заданной температуры, последующую фильтрацию, промывку осадка и сушку полученного гидроксида церия, внесены изменения, а именно:The technical result is achieved due to the fact that in the known process of separating cerium from a nitrate solution, including the oxidation of cerium to tetravalent by simultaneous introduction of separate portions of hydrogen peroxide and ammonia with constant stirring of the pulp, monitoring the completeness of the reaction, heating the pulp to a predetermined temperature, subsequent filtration, washing the precipitate and drying the obtained cerium hydroxide, changes were made, namely:

- операцию окисления проводят при температуре раствора 40-50°С;- the oxidation operation is carried out at a solution temperature of 40-50 ° C;

- окисление церия осуществляют введением стехиометрического количества пероксида водорода с одновременной нейтрализацией раствора газообразным аммиаком до значений рН 5,8-6,0, окончание процесса контролируют по изменению окраски осветленной части пульпы при добавлении к нему избытка перекиси водорода;- the oxidation of cerium is carried out by introducing a stoichiometric amount of hydrogen peroxide while neutralizing the solution with gaseous ammonia to pH 5.8-6.0, the end of the process is controlled by the color change of the clarified part of the pulp with the addition of excess hydrogen peroxide;

- после окончания окисления пульпу нагревают до 75-80°С, выдерживают в течение 30-60 минут при рН 5,8 при необходимости корректируя его азотной кислотой и газообразным аммиаком;- after the end of oxidation, the pulp is heated to 75-80 ° C, kept for 30-60 minutes at a pH of 5.8, if necessary, correcting it with nitric acid and gaseous ammonia;

- после окончания выдержки в пульпу вводят азотную кислоту до рН 4,5,- after the end of the exposure, nitric acid is introduced into the pulp to a pH of 4.5,

- перед фильтрацией пульпу выдерживают для стабилизации рН до заданного значения - 4,5;- before filtration, the pulp is maintained to stabilize the pH to a predetermined value of 4.5;

- полученный осадок гидроксида церия Се(ОН)4 промывают водой методом репульпации-фильтрации при соотношении Т:Ж=1:3 в две стадии- the obtained precipitate of cerium hydroxide Ce (OH) 4 is washed with water by the method of repulpation-filtration at a ratio of T: W = 1: 3 in two stages

Проведение процесса окисления при температуре 40-50°С оптимизирует процесс увеличивая скорость протекания реакции окисления, однако дальнейшее повышение температуры выше 50°С приводит к потерям окислителя - перекиси водорода, так как начинается ее разложение.Carrying out the oxidation process at a temperature of 40-50 ° C optimizes the process by increasing the rate of the oxidation reaction, however, a further increase in temperature above 50 ° C leads to the loss of an oxidizing agent - hydrogen peroxide, since its decomposition begins.

Окисление осуществляется в интервале рН 5,8-6,0, что препятствует соосаждению гидроксидов трехвалентных РЗЭ, рН осаждения которых изменяется от 6,3 (для Lu, Yb) до 8,35 (для La) с четырехвалентным гидроксидом церия, и заканчивается при рН 5,8, при этом рН начала осаждения Се(ОН)4 находится в интервале 0,8-1,0, что позволяет наиболее полно отделить церий от других РЗЭ.Oxidation is carried out in the pH range 5.8–6.0, which prevents the coprecipitation of trivalent REE hydroxides, the deposition pH of which varies from 6.3 (for Lu, Yb) to 8.35 (for La) with tetravalent cerium hydroxide, and ends when pH 5.8, while the pH of the onset of precipitation of Ce (OH) 4 is in the range of 0.8-1.0, which allows the most complete separation of cerium from other REEs.

Выдержка пульпы при температуре 75-80°С, рН 5,8 в течение 30-60 мин, необходима для полного удаления избытка пероксида водорода из пульпы, при этом заданное значение рН 5,8 поддерживают газообразным аммиаком и азотной кислотой. Это означает, что за ходом процесса следят по величине кислотности среды, т.е. по значению рН. При увеличении этого значения подают азотную кислоту, а при снижении рН - газообразный аммиак.Exposure of the pulp at a temperature of 75-80 ° C, pH 5.8 for 30-60 minutes, is necessary to completely remove the excess hydrogen peroxide from the pulp, while the specified pH value of 5.8 is supported by gaseous ammonia and nitric acid. This means that the process is monitored by the acidity of the medium, i.e. by pH value. With an increase in this value, nitric acid is supplied, and with a decrease in pH, gaseous ammonia.

Введение азотной кислоты в пульпу до установления значения рН 4,5 позволяет эффективно освободить твердую фазу (гидроксид церия) от примесей трехвалентных РЗЭ, неизбежно соосаждающихся с ним из-за локальных колебаний водородного показателя, так как их растворение начинается при рН менее 5,0. При рН 4,5 достигается гарантированный результат.The introduction of nitric acid into the pulp until a pH of 4.5 is established allows one to effectively free the solid phase (cerium hydroxide) from impurities of trivalent REEs that inevitably co-precipitate with it due to local fluctuations in the hydrogen index, since their dissolution begins at pH less than 5.0. At pH 4.5, a guaranteed result is achieved.

Фильтрацию с отделением Се(ОН)4 проводят только после стабилизации значения рН, для чего пульпу выдерживают в течение 1-1,5 часа. Водная отмывка отфильтрованного осадка гидроксида церия методом репульпации-фильтрации обеспечивает то, что основная масса маточного раствора осаждения, находящегося в порах частиц гидроксида церия, удалена и замещена водой.Filtration with separation of Ce (OH) 4 is carried out only after stabilization of the pH value, for which the pulp is kept for 1-1.5 hours. Water washing the filtered precipitate of cerium hydroxide by repulpation-filtration method ensures that the bulk of the mother liquor of the precipitation located in the pores of the particles of cerium hydroxide is removed and replaced by water.

Вышеуказанные частные признаки изобретения выявлены на основании анализа многочисленных исследований для установления оптимальных значений параметров отдельных операций процесса, которые позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения повышения извлечения и чистоты получаемого гидроксида церия и отсутствия необходимости дополнительной очистки от него раствора, содержащего остальные редкоземельные элементы.The above particular features of the invention were identified on the basis of an analysis of numerous studies to establish optimal values for the parameters of individual process operations, which allow the method to be carried out in the optimal mode in terms of increasing the extraction and purity of the resulting cerium hydroxide and the absence of the need for additional purification of a solution containing the remaining rare earth elements.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в улучшении разделения церия и остальных редкоземельных металлов, повышении его чистоты и извлечения, а также в отсутствии дополнительных технически сложных операций для достижения поставленных целей.The combination of the above features is necessary and sufficient to achieve the technical result of the invention, which consists in improving the separation of cerium and other rare earth metals, increasing its purity and extraction, as well as in the absence of additional technically complex operations to achieve the goals.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления заявляемого технического решения.The following are specific examples of the implementation of the proposed technical solution.

Пример 1. В исходный нитратный раствор, имеющий состав, приведенный в табл.1, при температуре 45°С вводили пероксид водорода отдельными порциями и постоянном перемешивании пульпы.Example 1. In the initial nitrate solution having the composition shown in table 1, at a temperature of 45 ° C was introduced hydrogen peroxide in separate portions and constant stirring of the pulp.

Figure 00000001
Figure 00000001

Процесс окисления церия пероксидом водорода сопровождается образованием наряду с гидроксидом церия (IV) пероксидных соединений церия состава CeO4·2H2O или Се(ОН)2·(O·ОН)2. Последние при нагревании разлагаются с образованием Се(ОН)4, поэтому процесс окисления и ведут при температуре, отличной от комнатной, как в прототипе. Первый этап окисление заканчивается при введении в раствор пероксида водорода в количестве, соответствующем стехиометрии реакции.The process of cerium oxidation with hydrogen peroxide is accompanied by the formation of cerium peroxide compounds CeO 4 · 2H 2 O or Ce (OH) 2 · (O · OH) 2 along with cerium (IV) hydroxide. The latter decompose upon heating to form Ce (OH) 4 , therefore, the oxidation process is carried out at a temperature different from room temperature, as in the prototype. The first stage of oxidation ends when hydrogen peroxide is introduced into the solution in an amount corresponding to the stoichiometry of the reaction.

Одновременно для нейтрализации свободной кислоты, выделявшейся в процессе гидролиза соли четырехвалентного церия, вводят газообразный аммиак, чтобы поднять рН до 5,8-6,0 и не допустить соосаждение трехвалентных РЗМ. Далее для контроля окончания процесса окисления порциями вводят избыток пероксида водорода до момента исчезновения окрашивания раствора. Процесс окисления закончен.At the same time, gaseous ammonia is introduced to neutralize the free acid released during the hydrolysis of the tetravalent cerium salt in order to raise the pH to 5.8-6.0 and prevent the precipitation of trivalent rare-earth metals. Further, to control the end of the oxidation process, an excess of hydrogen peroxide is introduced in portions until the color of the solution disappears. The oxidation process is complete.

Затем нагревают пульпу до температуры 75°С и выдерживают при этой температуре и рН 5,8, посредством аммиака и азотной кислоты, в течение 40 минут, чтобы удалился избыток пероксида водорода.The pulp is then heated to a temperature of 75 ° C and maintained at this temperature and pH 5.8 with ammonia and nitric acid for 40 minutes to remove the excess hydrogen peroxide.

По окончании выдержки для раскисления трехвалентных РЗМ, осажденных вместе с четырехвалентном церием, вводят азотную кислоту до момента, когда рН пульпы достигнет значения рН 4,5.At the end of exposure to deoxidize trivalent rare-earth metals precipitated together with tetravalent cerium, nitric acid is introduced until the pulp pH reaches pH 4.5.

Для стабилизации значения рН пульпу выдерживают в течение часа, а затем проводят фильтрацию пульпы с отделением осадка Се(ОН)4.To stabilize the pH value, the pulp is kept for an hour, and then the pulp is filtered to separate the precipitate Ce (OH) 4 .

Полученный осадок подвергают промывке дистиллированной водой при соотношении Т:Ж=1:2 методом репульпации-фильтрации (неоднократной промывки). Промывка осадка ведется для удаления маточного раствора осаждения. Он ведется при определенных условиях, т.е. при соотношении Т:Ж. Контроль за окончанием процесса отмывки проводится по данным химического анализа осадка на содержание в нем компонентов маточника осаждения, т.е. аммиачной селитры. Для обеспечения того, чтобы основная масса содержащегося трехвалентного РЗМ азотнокислого раствора, находящегося в порах частиц гидроксида церия, была удалена и замещена водой, значение рН должно быть равным 5,6.The resulting precipitate is subjected to washing with distilled water at a ratio of T: W = 1: 2 by repulpation-filtration (repeated washing). Sludge washing is performed to remove the stock solution. It is conducted under certain conditions, i.e. with the ratio of T: W. Monitoring of the end of the washing process is carried out according to the chemical analysis of the precipitate for the content of the components of the mother liquor, i.e. ammonium nitrate. To ensure that the bulk of the trivalent REM of the nitric acid solution in the pores of the cerium hydroxide particles is removed and replaced with water, the pH should be 5.6.

Состав фильтрата и осадка после отмывки кека методом репульпации-фильтрации (анализ пробы) приведен в таблице 2.The composition of the filtrate and sediment after washing the cake by the method of repulpation-filtration (analysis of the sample) are shown in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Осадок подвергают сушке и дальнейшей переработке в зависимости от его конкретного применения.The precipitate is dried and further processed depending on its specific application.

Степень извлечения церия из раствора в осадок рассчитывалась по концентрациям оксида церия в растворе до осаждения и после. Степень извлечения оксида церия равна:The degree of extraction of cerium from the solution into the precipitate was calculated from the concentrations of cerium oxide in the solution before and after precipitation. The degree of extraction of cerium oxide is equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

где 25 - начальный объем раствора до осаждения церия, л;where 25 is the initial volume of the solution before the deposition of cerium, l;

106,7 - концентрация оксида церия в растворе до осаждения, г/л;106.7 - concentration of cerium oxide in solution before precipitation, g / l;

24,2 - конечный объем раствора после осаждения, л;24.2 - the final volume of the solution after deposition, l;

0,03 - концентрация оксида церия в растворе после осаждения, г/л.0.03 - the concentration of cerium oxide in solution after deposition, g / L.

Таким образом, по результатам опыта (пример 1) степень извлечения оксида церия составила 99,97% (более 99,9%, как заявлено в технической задаче).Thus, according to the results of the experiment (example 1), the degree of extraction of cerium oxide was 99.97% (more than 99.9%, as stated in the technical task).

Результаты исследования процесса извлечения церия из нитратных растворов, содержащих РЗЭ, приведены в таблице 3. В этой же таблице приведены данные по извлечению церия, осуществляемого аналогично примеру 1, но отличающиеся значениями отдельных параметров: рН, температурой и временем выдержки. Варьирование параметров проводилось только для процесса окисления, так как дальнейшие операции идентичны и не влияют на степень выделения церия, а лишь на его чистоту.The results of the study of the process of extraction of cerium from nitrate solutions containing REE are shown in table 3. The same table shows the data on the extraction of cerium, carried out analogously to example 1, but differing in the values of individual parameters: pH, temperature and exposure time. The parameters were varied only for the oxidation process, since subsequent operations are identical and do not affect the degree of cerium evolution, but only its purity.

Соответственно:Respectively:

в примере 2 опыт проводили при температуре 25°С;in example 2, the experiment was carried out at a temperature of 25 ° C;

в примере 3 - время выдержки пульпы после нагрева составляло 75 минут;in example 3, the exposure time of the pulp after heating was 75 minutes;

в примере 4 - азотная кислота вводилась до рН 5,2;in example 4, nitric acid was introduced to a pH of 5.2;

в примере 5 - выдержка пульпы перед фильтрацией составляла 1,5 часа, рН 4,5;in example 5, the exposure of the pulp before filtration was 1.5 hours, pH 4.5;

в примере 6 - выдержка пульпы перед фильтрацией составляла 45 минут, рН 4,5;in example 6, the exposure of the pulp before filtration was 45 minutes, pH 4.5;

в примере 7 - окисление проводили в интервале рН 6,0-6,2.in example 7, the oxidation was carried out in the range of pH 6.0-6.2.

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Из таблицы 3 видно, что при проведении процесса при пониженной температуре (пример 2) значительное количество церия остается в растворе в трехвалентном виде (это видно по количеству ΣРЗО в осадке), что объясняется неэффективным действием окислителя.From table 3 it can be seen that when the process is carried out at a low temperature (Example 2), a significant amount of cerium remains in the solution in the trivalent form (this can be seen by the amount of ΣРЗО in the precipitate), which is explained by the ineffective effect of the oxidizing agent.

При выдержке пульпы после нагрева в течение 75 минут (пример 3) состав осадка церия практически не отличался от опыта с выдержкой пульпы 1 час. Это объясняется тем, что при таком способе окисления в растворе практически не присутствует избытка перекиси водорода, который необходимо разложить, поэтому достаточно выдержки пульпы в 1 час.When holding the pulp after heating for 75 minutes (example 3), the composition of the cerium precipitate practically did not differ from the experiment with the exposure of the pulp for 1 hour. This is due to the fact that with this method of oxidation in the solution there is practically no excess of hydrogen peroxide, which must be decomposed, therefore a pulp exposure of 1 hour is sufficient.

При введении азотной кислоты на растворение трехвалентных РЗЭ до рН 5,2 (пример 4) по составу осадка видно, что наряду с церием в нем присутствуют и трехвалентные РЗЭ, не растворившиеся при данном рН.When nitric acid is introduced to dissolve trivalent REEs to pH 5.2 (Example 4), it can be seen from the composition of the precipitate that, along with cerium, trivalent REEs that do not dissolve at this pH are also present.

При выдержке пульпы в течение 1,5 часа (пример 5) состав осадка не отличался от опыта с выдержкой перед фильтрацией 1 час, однако при выдержке 45 минут (пример 6) в осадке присутствует самарий, имеющий самый близкий к церию рН осаждения. В процессе проведения эксперимента рН перед фильтрацией не был устойчив, незначительно сдвигаясь в кислую область.When the pulp was aged for 1.5 hours (Example 5), the composition of the precipitate did not differ from the experiment with an exposure before filtration of 1 hour, however, at an exposure time of 45 minutes (Example 6), samarium was present in the precipitate, which had the closest precipitation pH. During the experiment, the pH before filtration was not stable, slightly shifting to the acidic region.

При проведении окисления в интервале рН 6,0-6,2 (пример 7), несмотря на последующее введение азотной кислоты до рН 4,5, осадок содержал значительные количества трехвалентных РЗЭ, что говорит об их значительном соосаждении с церием в процессе окисления.When conducting oxidation in the pH range 6.0–6.2 (Example 7), despite the subsequent introduction of nitric acid to pH 4.5, the precipitate contained significant amounts of trivalent REEs, which indicates their significant coprecipitation with cerium in the oxidation process.

Анализ полученных результатов показывает, что оптимальными являются условия процесса, описанного в примере 1.An analysis of the results shows that the optimal conditions are the process described in example 1.

Преимущества предлагаемого способа выделения церия из нитратных растворов заключаются в том, что достигается улучшение разделения церия и остальных редкоземельных металлов, повышение его чистоты и извлечения, а также в отсутствии дополнительных технически сложных операций для достижения поставленного технического результата.The advantages of the proposed method for the separation of cerium from nitrate solutions are that an improvement is achieved in the separation of cerium and other rare earth metals, an increase in its purity and extraction, as well as in the absence of additional technically complex operations to achieve the desired technical result.

Кроме того, достигается снижение расхода пероксида водорода, извлечение оксида церия из нитратного раствора - не менее 99,9%, меньшее количество операций по сравнению с прототипом.In addition, the achieved reduction in the consumption of hydrogen peroxide, the extraction of cerium oxide from the nitrate solution is not less than 99.9%, fewer operations compared to the prototype.

В настоящее время заканчиваются опытно-промышленные испытания предлагаемого способа, и его внедрение в промышленности будет осуществляться с 2014 г.Currently, pilot tests of the proposed method are being completed, and its implementation in the industry will be carried out from 2014.

Claims (4)

1. Способ выделения церия из нитратного раствора, содержащего сумму редкоземельных элементов, включающий окисление церия до четырехвалентного состояния пероксидом водорода, осаждение церия аммиаком путем одновременного введения их отдельными порциями при постоянном перемешивании пульпы, контроль полноты протекания реакций, нагрев пульпы до заданной температуры, последующую фильтрацию, промывку осадка и сушку полученного гидроксида церия, отличающийся тем, что операции окисления и осаждения проводят при температуре раствора 40-50°C при pH 5,8-6,0, затем пульпу нагревают до температуры 75-85°C и выдерживают при pH 5,8 в течение 30-60 минут с последующим введением в пульпу азотной кислоты до значения pH 4,5, перед фильтрацией осуществляют выдержку пульпы для стабилизации pH, а полученный осадок гидроксида церия промывают дистиллированной водой методом репульпации-фильтрации.1. The method of separation of cerium from a nitrate solution containing the sum of rare-earth elements, including the oxidation of cerium to a tetravalent state with hydrogen peroxide, precipitation of cerium with ammonia by simultaneous introduction of them in separate portions with constant stirring of the pulp, monitoring the completeness of the reactions, heating the pulp to a predetermined temperature, followed by filtration washing the precipitate and drying the obtained cerium hydroxide, characterized in that the oxidation and precipitation operations are carried out at a solution temperature of 40-50 ° C. pH 5.8-6.0, then the pulp is heated to a temperature of 75-85 ° C and maintained at pH 5.8 for 30-60 minutes, followed by the introduction of nitric acid into the pulp to a pH value of 4.5; pulps to stabilize the pH, and the resulting cerium hydroxide precipitate is washed with distilled water by the method of repulpation-filtration. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии осаждения церия в качестве осадителя используют газообразный аммиак.2. The method according to p. 1, characterized in that at the stage of deposition of cerium, gaseous ammonia is used as a precipitant. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при нагреве и выдержке пульпы для удаления избытка перекиси водорода оптимальное значение pH 5,8 поддерживают аммиаком и азотной кислотой.3. The method according to p. 1, characterized in that when heating and holding the pulp to remove excess hydrogen peroxide, the optimal pH of 5.8 is supported by ammonia and nitric acid. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдержку пульпы перед фильтрацией выбирают в диапазоне 1-1,5 часа, а промывку полученного осадка осуществляют дистиллированной водой при соотношении Т:Ж=1:2 или Т:Ж=1:3 до значения pH 5,6. 4. The method according to p. 1, characterized in that the pulp exposure before filtration is selected in the range of 1-1.5 hours, and the washing of the resulting precipitate is carried out with distilled water at a ratio of T: L = 1: 2 or T: L = 1: 3 to a pH of 5.6.
RU2014102907/05A 2014-01-30 2014-01-30 Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements RU2563015C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014102907/05A RU2563015C2 (en) 2014-01-30 2014-01-30 Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014102907/05A RU2563015C2 (en) 2014-01-30 2014-01-30 Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014102907A RU2014102907A (en) 2015-08-10
RU2563015C2 true RU2563015C2 (en) 2015-09-10

Family

ID=53795663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014102907/05A RU2563015C2 (en) 2014-01-30 2014-01-30 Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2563015C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105819487B (en) * 2016-03-18 2017-04-19 益阳鸿源稀土有限责任公司 Preparation method of lanthanum-cerium hydroxides with high oxidation rate
CN109761259B (en) * 2019-03-27 2021-04-02 淄博加华新材料有限公司 Preparation method of cerium glue with high gelling property

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU133058A1 (en) * 1960-02-13 1960-11-30 В.И. Белокосков Method for producing cerium dioxide
RU2085493C1 (en) * 1995-05-15 1997-07-27 Акционерное общество "Соликамский магниевый завод" Method of cerium isolation
RU2162821C2 (en) * 1999-05-05 2001-02-10 Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии Method of recovery of cerium (+4) from nitrate solution of rare-earth elements
CN101633516A (en) * 2008-07-23 2010-01-27 甘肃稀土新材料股份有限公司 Preparation method of high-purity cerium hydroxide
CN102627310A (en) * 2006-10-09 2012-08-08 罗地亚管理公司 Liquid suspension and powder of cerium oxide particles, methods for making the same and uses thereof in polishing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU133058A1 (en) * 1960-02-13 1960-11-30 В.И. Белокосков Method for producing cerium dioxide
RU2085493C1 (en) * 1995-05-15 1997-07-27 Акционерное общество "Соликамский магниевый завод" Method of cerium isolation
RU2162821C2 (en) * 1999-05-05 2001-02-10 Всероссийский научно-исследовательский институт химической технологии Method of recovery of cerium (+4) from nitrate solution of rare-earth elements
CN102627310A (en) * 2006-10-09 2012-08-08 罗地亚管理公司 Liquid suspension and powder of cerium oxide particles, methods for making the same and uses thereof in polishing
CN101633516A (en) * 2008-07-23 2010-01-27 甘肃稀土新材料股份有限公司 Preparation method of high-purity cerium hydroxide

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МИХАЙЛИЧЕНКО А.И. и др., Редкоземельные металлы, Москва, Металлургия, 1987, сс. 120-121. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014102907A (en) 2015-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230115288A1 (en) Processing for the extraction of rare earth elements
EP2907883B1 (en) Method for recovering scandium
EP3208352B1 (en) Method for recovering high-purity scandium
EP2964794B1 (en) A method for re-extraction of rare-earth metals from organic solutions and preparing concentrate of rare-earth metals
CN102121068B (en) Method for preparing vanadium pentoxide
JP6583445B2 (en) Method for producing high purity scandium oxide
CN103361486A (en) Method for extracting high purity scandium oxide and titanium from waste acid solution containing scandium and titanium
CN110923448B (en) Preparation method for obtaining high-purity praseodymium oxide and neodymium oxide by singly separating praseodymium-neodymium enrichment
AU2017222881B2 (en) Method for recovering scandium
US3966873A (en) Uranium complex recycling method of purifying uranium liquors
WO2016196949A1 (en) Tungsten and vanadium separation
US4207294A (en) Process for recovering uranium from wet-process phosphoric acid
CN102167400A (en) Method for preparing vanadium pentoxide from vanadium-containing solution
CN1114564C (en) Technological process of preparing pure cerium hydroxide
RU2563015C2 (en) Method of extraction of cerium from nitrate solutions containing sum of rare-earth elements
CN117327930B (en) Method for recovering vanadium from primary shale stone coal
RU2315716C2 (en) Method of the natural uranium chemical concentrate processing
RU2573905C1 (en) Method of processing rare-earth concentrate
RU2595672C1 (en) Method of processing rare-earth elements concentrate
JP2012206867A (en) Method for producing molybdenum trioxide
RU2678651C1 (en) Ytterbium-176 oxide obtaining method
CN107964591B (en) A method of from simultaneous removing iron and vanadium in trivalent chromium acid solution
RU2477758C1 (en) Method of extracting americium
CN103991885B (en) A kind of medical preparation process of magnesia
RU2623978C1 (en) Method of extracting zirconium from acid water solutions

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200911