RU2763464C1

RU2763464C1 - Method for processing monazite concentrate

Info

Publication number: RU2763464C1
Application number: RU2021122756A
Authority: RU
Inventors: Эфроим Пинхусович Локшин; Ольга Альбертовна Тареева
Priority date: 2021-07-29
Filing date: 2021-07-29
Publication date: 2021-12-29

Abstract

FIELD: rare earth elements extracting.

SUBSTANCE: invention relates to a technology for extracting rare earth elements (REE) from monazite concentrate and can be used in the chemical and metallurgical industries. The monazite concentrate is treated with phosphoric acid with a concentration of 35-45 wt.% at a temperature of 60-80°C with the transfer of rare earth elements and thorium to sulfonic cationite. After that, the sulfonic cation exchanger is separated from the phosphoric acid solution and the undecomposed residue, and the REE is desorbed. From the sulfonic cation exchanger, REE and thorium are desorbed together at a temperature of 70-90°C with a solution of sodium nitrate or sodium chloride with a concentration of 5.0-5.3 mol/l to obtain an eluate. The eluate is neutralized with sodium hydroxide or sodium carbonate, first to pH 4.0-4.4 with precipitation and separation of thorium concentrate, and then to pH 7.35-7.5 with precipitation and separation of the REE concentrate.

EFFECT: extraction of up to 89.8% of REE into a non-radioactive concentrate and production of thorium-rich cakes, reduction of the temperature of phosphoric acid decomposition, solution of the problem of desorption of radionuclides from sulfonic cation exchanger and exclusion of the use of hydrochloric acid for desorption of REE.

2 cl, 3 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из монацитового концентрата, являющегося важным сырьевым источником РЗЭ, и может быть использовано в химической и металлургической промышленности.The invention relates to a technology for the extraction of rare earth elements (REE) from monazite concentrate, which is an important raw material source of REE, and can be used in the chemical and metallurgical industries.

Монацитовый концентрат из-за большой прочности кристаллической решетки и, как правило, высокого содержания тория представляет трудный объект для извлечения из него редкоземельных элементов. В промышленной практике для переработки монацитового концентрата используют сернокислотную и щелочную технологии. Этим технологиям свойственны сложность, большой расход реагентов и, как следствие, образование большого количества трудноутилизируемых отходов, что диктует необходимость поиска более эффективных технологических решений.Due to the high strength of the crystal lattice and, as a rule, the high content of thorium, monazite concentrate is a difficult object for extracting rare earth elements from it. In industrial practice, for the processing of monazite concentrate, sulfuric acid and alkaline technologies are used. These technologies are characterized by complexity, high consumption of reagents and, as a result, the formation of a large amount of waste that is difficult to dispose of, which dictates the need to find more efficient technological solutions.

Известен способ вскрытия монацитового концентрата (см. пат. 2620229 РФ, МПК С22В 59/00, 60/02, 3/06 (2006.1), 2017), согласно которому монацитовый концентрат обрабатывают фосфорной кислотой при температуре 300-550°С в течение 1-2 часов с растворением образовавшегося фосфатного плава в разбавленной фосфорной кислоте. Полученный раствор фильтруют и регенерируют сорбцией на ионнообменных смолах, при этом РЗЭ сорбируют на сульфокатионите, торий - на анионнообменной смоле, а очищенную фосфорную кислоту возвращают в процесс.A known method of opening a monazite concentrate (see Pat. 2620229 RF, IPC S22V 59/00, 60/02, 3/06 (2006.1), 2017), according to which the monazite concentrate is treated with phosphoric acid at a temperature of 300-550°C for 1 -2 hours with the dissolution of the formed phosphate melt in dilute phosphoric acid. The resulting solution is filtered and regenerated by sorption on ion-exchange resins, while rare-earth elements are sorbed on sulfonic cation exchanger, thorium is sorbed on an anion-exchange resin, and purified phosphoric acid is returned to the process.

Недостатками данного способа являются высокая температура термообработки, значительно осложняющая выбор конструкционного материала из-за высокой коррозионной активности фосфатного плава, применение двух видов сорбентов, усложняющее технологию, отсутствие информации о методах десорбции. Кроме того, используемый сульфокатионит сорбирует из фосфорнокислых растворов не только РЗЭ, но и торий, поэтому торий будет распределяться между сульфокатионитом и анионнообменной смолой, и для получения нерадиоактивных концентратов РЗЭ необходимо проводить их дезактивацию.The disadvantages of this method are the high heat treatment temperature, which greatly complicates the choice of structural material due to the high corrosivity of the phosphate melt, the use of two types of sorbents, which complicates the technology, and the lack of information on desorption methods. In addition, the used sulfonic cation exchanger sorbs not only REE, but also thorium from phosphoric acid solutions, so thorium will be distributed between the sulfonic cation exchanger and an anion-exchange resin, and to obtain non-radioactive REE concentrates, it is necessary to deactivate them.

Известен также, принятый в качестве прототипа, способ переработки монацитового концентрата (см. з-ка WO 2021097527 A1, МПК С22В 59/00, 3/06, 3/42, 3/44 (2006.1), 2021), согласно которому смесь монацитового концентрата и фосфорной кислоты концентрацией 85 мас. % подвергают термообработке при температуре 215-300°С, предпочтительно 265°С. Образующийся в результате термообработки фосфорнокислый плав, содержащий редкоземельные элементы и торий, отделяют от нерастворившегося остатка декантацией, фильтрацией или центрифугированием, после чего растворяют в воде. Из полученного продукционного раствора РЗЭ радионуклиды сорбируют сульфокатионитом с последующим десорбированием РЗЭ 2М раствором соляной кислоты, при этом радионуклиды накапливаются в сорбенте и получается нерадиоактивный редкоземельный солянокислый раствор, либо нейтрализуют продукционный раствор содой с осаждением осадка фосфатов РЗЭ и радионуклидов с последующим переводом суммы фосфатов в гидроксиды путем обработки содой.Also known, adopted as a prototype, is a method for processing monazite concentrate (see WO 2021097527 A1, IPC C22B 59/00, 3/06, 3/42, 3/44 (2006.1), 2021), according to which a mixture of monazite concentrate and phosphoric acid with a concentration of 85 wt. % subjected to heat treatment at a temperature of 215-300°C, preferably 265°C. The phosphate melt formed as a result of heat treatment, containing rare earth elements and thorium, is separated from the undissolved residue by decantation, filtration or centrifugation, after which it is dissolved in water. Radionuclides are sorbed from the obtained production solution of REE with sulfonic cation exchanger, followed by desorption of REE with a 2M hydrochloric acid solution, while the radionuclides accumulate in the sorbent and a non-radioactive rare-earth hydrochloric acid solution is obtained, or the production solution is neutralized with soda with precipitation of phosphates of REE and radionuclides, followed by the transfer of the amount of phosphates into hydroxides by soda treatment.

Известный способ характеризуется рядом недостатков. В частности, не решен вопрос десорбции радионуклидов из сульфокатионита, что вызывает необходимость его частой замены и обусловливает повышенный расход сорбента и сложность его утилизации. Низкие концентрации РЗЭ в солянокислом растворе обусловливают как большой расход соляной кислоты при десорбции, так и трудность дальнейшего извлечения РЗЭ из такого раствора, а высокая коррозионная активность фосфорнокислого плава требует создания специальной аппаратуры для термообработки смеси. Все это снижает технологичность известного способа.The known method is characterized by a number of disadvantages. In particular, the issue of desorption of radionuclides from sulfonic cation exchanger has not been resolved, which necessitates its frequent replacement and causes an increased consumption of the sorbent and the complexity of its disposal. Low REE concentrations in the hydrochloric acid solution cause both a large consumption of hydrochloric acid during desorption and the difficulty of further extraction of REE from such a solution, and the high corrosivity of the phosphate melt requires the creation of special equipment for the heat treatment of the mixture. All this reduces the manufacturability of the known method.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения расхода реагентов и уменьшения количества образующихся экологически вредных отходов.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the manufacturability of the method by reducing the consumption of reagents and reducing the amount of environmentally harmful waste generated.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки монацитового концентрата, включающем обработку концентрата фосфорной кислотой при повышенной температуре, перевод редкоземельных элементов и тория в сульфокатионит, отделение сульфокатионита от фосфорнокислого раствора и неразложившегося остатка, и десорбцию редкоземельных элементов, согласно изобретению, обработку концентрата ведут фосфорной кислотой концентрацией 35-45 мас. % при температуре 60-80°С, из сульфокатионита десорбируют совместно редкоземельные элементы и торий раствором нитрата или хлорида натрия концентрацией 5,0-5,3 моль/л с получением элюата, который нейтрализуют гидроксидом или карбонатом натрия сначала до рН 4,0-4,4 с осаждением и отделением ториевого концентрата, а затем до рН 7,35-7,5 с осаждением и отделением концентрата редкоземельных элементов.The technical result is achieved by the fact that in the method for processing monazite concentrate, including processing the concentrate with phosphoric acid at elevated temperature, converting rare earth elements and thorium into sulfonic cation exchanger, separating the sulfonic cation exchanger from the phosphate solution and undecomposed residue, and desorption of rare earth elements, according to the invention, the processing of the concentrate is carried out with phosphorus acid concentration of 35-45 wt. % at a temperature of 60-80 ° C, rare-earth elements and thorium are desorbed together from a sulfonic cation exchanger with a solution of nitrate or sodium chloride with a concentration of 5.0-5.3 mol / l to obtain an eluate, which is neutralized with sodium hydroxide or carbonate first to pH 4.0- 4.4 with precipitation and separation of the thorium concentrate, and then to pH 7.35-7.5 with precipitation and separation of the concentrate of rare earth elements.

Достижению технического результата способствует то, что десорбцию редкоземельных элементов и тория из сульфокатионита ведут при температуре 70-90°С.The achievement of the technical result is facilitated by the fact that the desorption of rare earth elements and thorium from the sulfonic cation exchanger is carried out at a temperature of 70-90°C.

Сущность изобретения заключается в следующем. Монацит представляет собой твердый раствор средних фосфатов РЗЭ и тория. Средние фосфаты РЗЭ и тория ограниченно растворимы в широком диапазоне концентраций фосфорной кислоты. Сульфокатионит сорбирует переходящие в раствор РЗЭ и торий, поэтому оказывается возможным достижение высокой степени растворения монацита с накоплением РЗЭ и тория в сульфокатионите. Из сульфокатионита растворы нитрата или хлорида натрия десорбируют РЗЭ и торий, при этом получается содержащий РЗЭ и торий элюат. Элюат нейтрализуют гидроксидом или карбонатом натрия. При нейтрализации элюата до рН 4,0-4,4 сначала образуется осадок на основе гидроксида или карбоната тория - ториевый концентрат, который отделяют от раствора любым известным методом, а затем при рН 7,35-7,5 - осадок гидроксидов или карбонатов РЗЭ.The essence of the invention is as follows. Monazite is a solid solution of medium rare-earth and thorium phosphates. Medium rare-earth and thorium phosphates are sparingly soluble over a wide range of phosphoric acid concentrations. The sulfonic cation exchanger sorbs REE and thorium passing into the solution, therefore it is possible to achieve a high degree of dissolution of monazite with the accumulation of REE and thorium in the sulfonic cation exchanger. Solutions of sodium nitrate or sodium chloride desorb REE and thorium from sulfonic cation exchange resin, and an eluate containing REE and thorium is obtained. The eluate is neutralized with sodium hydroxide or carbonate. When the eluate is neutralized to pH 4.0-4.4, a precipitate is first formed on the basis of thorium hydroxide or carbonate - thorium concentrate, which is separated from the solution by any known method, and then at pH 7.35-7.5 - a precipitate of hydroxides or carbonates of REE .

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.The essential features of the claimed invention, which determine the scope of legal protection and are sufficient to obtain the above technical result, perform the functions and correlate with the result as follows.

Обработка концентрата фосфорной кислотой концентрацией 35-45 мас. % при температуре 60-80°С обусловлена тем, что при этих условиях обеспечиваются одновременно приемлемые скорость растворения монацита и сорбции РЗЭ и тория из раствора. Обработка концентрата фосфорной кислотой концентрацией менее 35 мас. % при температуре выше 80°С затрудняет растворение монацита вследствие уменьшения равновесной растворимости средних фосфатов РЗЭ. Обработка концентрата фосфорной кислотой концентрацией более 45 мас. % при температуре ниже 60°С затрудняет сорбцию РЗЭ и тория.Treatment of the concentrate with phosphoric acid concentration of 35-45 wt. % at a temperature of 60-80°C is due to the fact that under these conditions both acceptable rates of dissolution of monazite and sorption of REE and thorium from solution are provided. Treatment of the concentrate with phosphoric acid with a concentration of less than 35 wt. % at temperatures above 80°C makes it difficult to dissolve monazite due to a decrease in the equilibrium solubility of medium rare-earth phosphates. Treatment of the concentrate with phosphoric acid with a concentration of more than 45 wt. % at temperatures below 60°C hinders the sorption of REE and thorium.

Совместная десорбция из сульфокатионита РЗЭ и тория раствором нитрата или хлорида натрия концентрацией 5,0-5,3 моль/л обеспечивает их эффективную десорбцию. Проведение десорбции при концентрации нитрата или хлорида натрия менее 5,0 моль/л и более 5,3 моль/л снижает эффективность десорбции РЗЭ и тория.Joint desorption from REE sulfonic cation exchanger and thorium with a solution of sodium nitrate or chloride with a concentration of 5.0-5.3 mol/l ensures their effective desorption. Carrying out desorption at a concentration of sodium nitrate or chloride less than 5.0 mol/l and more than 5.3 mol/l reduces the efficiency of desorption of REE and thorium.

Нейтрализация элюата гидроксидом или карбонатом натрия до рН 4,0-4,4 обеспечивает осаждение и отделение ториевого концентрата, а также алюминия, железа и титана, что практически исключает попадание этих примесей в редкоземельный концентрат. Нейтрализация элюата до рН менее 4,0 не обеспечивает необходимую полноту осаждения тория, а при нейтрализации до рН более 4,4 возрастают потери РЗЭ с ториевым кеком.Neutralization of the eluate with sodium hydroxide or carbonate to pH 4.0-4.4 ensures the precipitation and separation of the thorium concentrate, as well as aluminum, iron and titanium, which practically eliminates the ingress of these impurities into the rare earth concentrate. Neutralization of the eluate to pH less than 4.0 does not provide the necessary completeness of thorium precipitation, and when neutralized to pH more than 4.4, the loss of REE with thorium cake increases.

Последующая нейтрализация элюата гидроксидом или карбонатом натрия до рН 7,35-7,5 обеспечивает получение гидроксидного или карбонатного концентрата РЗЭ. Нейтрализация элюата до рН менее 7,35 не позволяет полностью осадить РЗЭ, а при нейтрализации до рН более 7,5 часть гидроксида или карбоната натрия расходуется нерационально.Subsequent neutralization of the eluate with sodium hydroxide or carbonate to pH 7.35-7.5 provides a hydroxide or carbonate concentrate of REE. Neutralization of the eluate to a pH of less than 7.35 does not allow complete precipitation of REE, and when neutralized to a pH of more than 7.5, part of the sodium hydroxide or carbonate is wasted.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения расхода реагентов и уменьшения количества образующихся экологически вредных отходов, а также получения, кроме концентрата РЗЭ, фосфорной кислоты и ториевого кека, который может быть использован для производства металлического тория.The combination of the above features is necessary and sufficient to achieve the technical result of the invention, which consists in increasing the manufacturability of the method by reducing the consumption of reagents and reducing the amount of environmentally harmful waste generated, as well as obtaining, in addition to the REE concentrate, phosphoric acid and thorium cake, which can be used for the production metallic thorium.

В частном случае осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные режимные параметры.In a particular case of the invention, the following specific mode parameters are preferred.

Проведение десорбции редкоземельных элементов и тория из сульфокатионита при температуре 70-90°С усиливает десорбцию тория, что позволяет уменьшить расход растворов солей натрия и, как следствие, увеличить концентрации РЗЭ и тория в элюате. Проведение десорбции при температуре ниже 70°С приводит к снижению ее эффективности, а десорбция при температуре выше 90°С приводит к нерациональному расходу энергоресурсов.Carrying out the desorption of rare earth elements and thorium from sulfonic cation exchanger at a temperature of 70-90°C enhances the desorption of thorium, which makes it possible to reduce the consumption of sodium salt solutions and, as a result, increase the concentration of rare earth elements and thorium in the eluate. Carrying out desorption at a temperature below 70°C leads to a decrease in its efficiency, and desorption at a temperature above 90°C leads to wasteful consumption of energy resources.

Вышеуказанный частный признак изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения расхода реагентов и уменьшения количества образующихся экологически вредных отходовThe above particular feature of the invention allows the method to be carried out in the optimal mode in terms of reagent consumption and reducing the amount of environmentally harmful waste generated.

Сущность заявляемого изобретения и его преимущества могут быть пояснены следующим Примерами конкретного выполнения.The essence of the claimed invention and its advantages can be explained by the following Examples of a specific implementation.

Пример 1. 5 г монацитового концентрата, содержащего, мас. %: 53,6 ΣTr₂O₃, 22,5 Р₂О₅, 3,92 ThO₂, 0,31 UO₂, 1,39 Al₂O₃, 6,68 Fe₂O₃, 4,16 TiO₂, обрабатывают при перемешивании 100 мл 35 мас. % фосфорной кислоты «х.ч.» (ГОСТ 6552-80) в присутствии 120 мл сульфокатионита КУ-2-8чС (ГОСТ 20298-74) в течение 8 часов при температуре 80°С. При этом редкоземельные элементы и торий переходят в сульфокатионит. Затем сульфокатионит отделяют на сетчатом фильтре от пульпы, состоящей из фосфорнокислого раствора и неразложившегося остатка, которые также разделяют фильтрацией. Получают 120 мл сульфокатионита, содержащего, г: 2,522 ΣTr₂O₃, 0,156 ThO₂, 0,0125 UO₂, 0,012 Al₂O₃, 0,057 Fe₂O₃, 0,0331 TiO₂.Example 1. 5 g of monazite concentrate containing, wt. %: 53.6 ΣTr ₂ O ₃ , 22.5 P ₂ O ₅ , 3.92 ThO ₂ , 0.31 UO ₂ , 1.39 Al ₂ O ₃ , 6.68 Fe ₂ O ₃ , 4.16 TiO ₂ , treated with stirring 100 ml of 35 wt. % phosphoric acid "chemically pure" (GOST 6552-80) in the presence of 120 ml of sulfonic cation exchanger KU-2-8chS (GOST 20298-74) for 8 hours at a temperature of 80°C. In this case, rare earth elements and thorium are converted into sulfonic cation exchanger. Then the sulfonic cation exchanger is separated on a mesh filter from the pulp, consisting of a phosphate solution and undecomposed residue, which are also separated by filtration. Get 120 ml of sulfonic cation exchanger containing, g: 2.522 ΣTr ₂ O ₃ , 0.156 ThO ₂ , 0.0125 UO ₂ , 0.012 Al ₂ O ₃ , 0.057 Fe ₂ O ₃ , 0.0331 TiO ₂ .

Распределение металлов между промежуточными продуктами, полученными в результате обработки, приведено в Таблице 1.The distribution of metals between intermediate products obtained as a result of processing is shown in Table 1.

Выделенный сульфокатионит помещают в колонку, через которую при температуре 20°С пропускают 480 мл раствора хлорида натрия концентрацией 5 моль/л с получением элюата, содержащего, г/л: ΣTr₂O₃ 4,94, TiO₂ 0,099, UO₂ 0,007, Al₂O₃ 0,006, Fe₂O₃ 0,109, TiO₂ 0,054. В элюат перешло, %: 94 РЗЭ, 30,4 Th, 27 U, 88 Al, 92 Fe, 78 Ti.The isolated sulfonic cation exchanger is placed in a column through which 480 ml of a sodium chloride solution with a concentration of 5 mol/l is passed at a temperature of 20°C to obtain an eluate containing, g/l: ΣTr ₂ O ₃ 4.94, TiO ₂ 0.099, UO ₂ 0.007, Al ₂ O ₃ 0.006, Fe ₂ O ₃ 0.109, TiO ₂ 0.054. Passed into the eluate, %: 94 REE, 30.4 Th, 27 U, 88 Al, 92 Fe, 78 Ti.

Полученный элюат нейтрализуют вначале гидроксидом натрия до рН 4,4, с осаждением и отделением фильтрацией ториевого кека. В элюате, полученном после отделения ториевого кека, содержание составило, г/л: 4,8 ΣTr₂O₃, 0,001 ThO₂, 0,0012 UO₂, 0,0002 Al₂O₃, 0,065 Fe₂O₃, 0,035 TiO₂. Ториевый кек содержит 30,8% ThO₂ относительно суммы оксидов остальных металлов.The resulting eluate is first neutralized with sodium hydroxide to pH 4.4, with precipitation and separation by filtration of thorium cake. In the eluate obtained after separation of the thorium cake, the content was, g/l: 4.8 ΣTr ₂ O ₃ , 0.001 ThO ₂ , 0.0012 UO ₂ , 0.0002 Al ₂ O ₃ , 0.065 Fe ₂ O ₃ , 0.035 TiO ₂ . Thorium cake contains 30.8% ThO ₂ relative to the sum of other metal oxides.

Затем элюат нейтрализуют гидроксидом натрия до рН 7,35 с осаждением и отделением фильтрацией концентрата РЗЭ. В элюате, полученном после отделения редкоземельного концентрата, содержание составило, г/л: 0,0099 ΣTr₂O₃, 0,0007 ThO₂, 0,0011 UO₂, 1⋅10^-6 Al₂O₃, 0,062 Fe₂O₃, 0,034 TiO₂. Концентрат РЗЭ относительно суммы оксидов металлов содержаит, %: 99,9 ΣTr₂O₃, 0,006 ThO₂, 0,002 UO₂, 0,004 Al₂O₃, 0,06 Fe₂O₃, 0,02 TiO₂. Удельная эффективная радиоактивность ≤384 Бк/кг. Прямое извлечение РЗЭ в концентрат составило 88%, безвозвратные потери 5,1%.Then the eluate is neutralized with sodium hydroxide to pH 7.35 with precipitation and separation of the REE concentrate by filtration. In the eluate obtained after separation of the rare earth concentrate, the content was, g/l: 0.0099 ΣTr ₂ O ₃ , 0.0007 ThO ₂ , 0.0011 UO ₂ , 1⋅10 ^-6 Al ₂ O ₃ , 0.062 Fe ₂ O ₃ , 0.034 TiO ₂ . The REE concentrate with respect to the amount of metal oxides contains, %: 99.9 ΣTr ₂ O ₃ , 0.006 ThO ₂ , 0.002 UO ₂ , 0.004 Al ₂ O ₃ , 0.06 Fe ₂ O ₃ , 0.02 TiO ₂ . Specific effective radioactivity ≤384 Bq/kg. Direct extraction of REE into concentrate was 88%, irretrievable losses 5.1%.

Пример 2. 5 г монацитового концентрата, содержащего, мас. %: 53,6 ΣTr₂O₃, 22,5 Р₂О₅, 3,92 TiO₂, 0,31 UO₂, 1,39 Al₂O₃, 6,68 Fe₂O₃, 4,16 TiO₂, обрабатывают при перемешивании 100 мл 45 мас. % фосфорной кислоты «х.ч.» (ГОСТ 6552-80) в присутствии 120 мл сульфокатионита КУ-2-8 чС (ГОСТ 20298-74) в течение 8,5 часов при температуре 70°С. При этом редкоземельные элементы и торий переходят в сульфокатионит. Затем сульфокатионит отделяют на сетчатом фильтре от пульпы, состоящей из фосфорнокислого раствора и неразложившегося остатка, которые также разделяют фильтрацией. Получают 120 мл сульфокатионита, содержащего, г: 2,530 ΣTr₂O₃, 0,156 ThO₂, 0,0124 UO₂, 0,012 Al₂O₃, 0,058 Fe₂O₃, 0,030 TiO₂.Example 2. 5 g of monazite concentrate containing, wt. %: 53.6 ΣTr ₂ O ₃ , 22.5 P ₂ O ₅ , 3.92 TiO ₂ , 0.31 UO ₂ , 1.39 Al ₂ O ₃ , 6.68 Fe ₂ O ₃ , 4.16 TiO ₂ , treated with stirring 100 ml of 45 wt. % phosphoric acid "chemically pure" (GOST 6552-80) in the presence of 120 ml of sulfonic cation exchanger KU-2-8 hS (GOST 20298-74) for 8.5 hours at a temperature of 70°C. In this case, rare earth elements and thorium are converted into sulfonic cation exchanger. Then the sulfonic cation exchanger is separated on a mesh filter from the pulp, consisting of a phosphate solution and undecomposed residue, which are also separated by filtration. Get 120 ml of sulfonic cation exchanger containing, g: 2.530 ΣTr ₂ O ₃ , 0.156 ThO ₂ , 0.0124 UO ₂ , 0.012 Al ₂ O ₃ , 0.058 Fe ₂ O ₃ , 0.030 TiO ₂ .

Распределение металлов между промежуточными продуктами, полученными в результате обработки, приведено в Таблице 2.The distribution of metals between intermediate products obtained as a result of processing is shown in Table 2.

Выделенный сульфокатионит помещают в колонку, через которую при температуре 70°С пропускают 480 мл раствора нитрата натрия концентрацией 5,3 моль/л с получением элюата, содержащего, г/л: 5,03 ΣTh₂O₃, 0,265 ThO₂, 0,014 UO₂, 0,022 Al₂O₃, 0,109 Fe₂O₃, 0,048 TiO₂. В элюат перешло, %: 95,4 РЗЭ, 81,5 Th, 53,2 U, 86 Al, 90,5 Fe, 77 Ti.The isolated sulfocationite is placed in a column through which 480 ml of a sodium nitrate solution with a concentration of 5.3 mol/l is passed at a temperature of 70°C to obtain an eluate containing, g/l: 5.03 ΣTh ₂ O ₃ , 0.265 ThO ₂ , 0.014 UO ₂ , 0.022 Al ₂ O ₃ , 0.109 Fe ₂ O ₃ , 0.048 TiO ₂ . Passed into the eluate, %: 95.4 REE, 81.5 Th, 53.2 U, 86 Al, 90.5 Fe, 77 Ti.

Полученный элюат нейтрализуют вначале карбонатом натрия до рН 4,0 с осаждением и отделением фильтрацией ториевого кека. В элюате, полученном после отделения ториевого кека, содержание составило, г/л: 4,97 ΣTr₂O₃, 0,0012 ThO₂, 0,0013 UO₂, 0,0005 Al₂O₃, 0,062 Fe₂O₃, 0,033 TiO₂. Ториевый кек содержит 62,9% ThO₂ относительно суммы оксидов остальных металлов.The resulting eluate is first neutralized with sodium carbonate to pH 4.0 with precipitation and separation by filtration of thorium cake. In the eluate obtained after separation of the thorium cake, the content was, g/l: 4.97 ΣTr ₂ O ₃ , 0.0012 ThO ₂ , 0.0013 UO ₂ , 0.0005 Al ₂ O ₃ , 0.062 Fe ₂ O ₃ , 0,033 TiO _2. Thorium cake contains 62.9% ThO ₂ relative to the sum of other metal oxides.

Затем элюат нейтрализуют карбонатом натрия до рН 7,45 с осаждением и отделением фильтрацией концентрата РЗЭ. В элюате, полученном после отделения редкоземельного концентрата, содержание составило, г/л: 0,008 ΣTr₂O₃, 0,0008 ThO₂, 0,0012 UO₂, 0,0003 Al₂O₃, 0,061 Fe₂O₃, 0,033 TiO₂. Концентрат РЗЭ относительно суммы оксидов металлов содержит, %: 99,96 ΣTr₂O₃, 0,008 ThO₃, 0,002 UO₂, 0,004 Al₂O₃, 0,02 Fe₂O₃. Удельная эффективная радиоактивность ≤447 Бк/кг. Прямое извлечение РЗЭ в концентрат составило 88,9%, безвозвратные потери 6,1%.Then the eluate is neutralized with sodium carbonate to pH 7.45 with precipitation and separation of the REE concentrate by filtration. In the eluate obtained after separation of the rare earth concentrate, the content was, g/l: 0.008 ΣTr ₂ O ₃ , 0.0008 ThO ₂ , 0.0012 UO ₂ , 0.0003 Al ₂ O ₃ , 0.061 Fe ₂ O ₃ , 0.033 TiO ₂ . The REE concentrate relative to the amount of metal oxides contains, %: 99.96 ΣTr ₂ O ₃ , 0.008 ThO ₃ , 0.002 UO ₂ , 0.004 Al ₂ O ₃ , 0.02 Fe ₂ O ₃ . Specific effective radioactivity ≤447 Bq/kg. The direct extraction of REE into the concentrate amounted to 88.9%, irretrievable losses 6.1%.

Пример 3. 5 г монацитового концентрата, содержащего, мас. %: 53,6 ΣTr₂O₃, 22,5 Р₂О₃, 3,92 ThO₂, 0,31 UO₂, 1,39 Al₂O₃, 6,68 Fe₂O₃, 4,16 TiO₂, обрабатывают при перемешивании 100 мл 40 мас. % фосфорной кислоты «х.ч.» (ГОСТ 6552-80) в присутствии 120 мл сульфокатионита КУ-2-8 чС (ГОСТ 20298-74) в течение 8,5 часов при температуре 60°С. При этом редкоземельные элементы и торий переходят в сульфокатионит. Затем Сульфокатионит отделяют на сетчатом фильтре от пульпы, состоящей из фосфорнокислого раствора и неразложившегося остатка, которые также разделяют фильтрацией. Получают 120 мл сульфокатионита, содержащего, г: 2,534 ΣTr₂O₃, 0,156 ThO₂, 0,0124 UO₂, 0,0115 Al₂O₃, 0,0534 Fe₂O₃, 0,0254 TiO₂.Example 3. 5 g of monazite concentrate containing, wt. %: 53.6 ΣTr ₂ O ₃ , 22.5 P ₂ O ₃ , 3.92 ThO ₂ , 0.31 UO ₂ , 1.39 Al ₂ O ₃ , 6.68 Fe ₂ O ₃ , 4.16 TiO ₂ , treated with stirring 100 ml of 40 wt. % phosphoric acid "chemically pure" (GOST 6552-80) in the presence of 120 ml of sulfonic cation exchanger KU-2-8 hS (GOST 20298-74) for 8.5 hours at a temperature of 60°C. In this case, rare earth elements and thorium are converted into sulfonic cation exchanger. Then Sulfonic cation exchanger is separated on a mesh filter from the pulp, consisting of a phosphate solution and undecomposed residue, which are also separated by filtration. Get 120 ml of sulfonic cation exchanger containing, g: 2.534 ΣTr ₂ O ₃ , 0.156 ThO ₂ , 0.0124 UO ₂ , 0.0115 Al ₂ O ₃ , 0.0534 Fe ₂ O ₃ , 0.0254 TiO ₂ .

Распределение металлов между промежуточными продуктами, полученными в результате обработки, приведено в Таблице 3.The distribution of metals between intermediate products obtained as a result of processing is shown in Table 3.

Выделенный сульфокатионит помещают в колонку, через которую при температуре 90°С пропускают 480 мл раствора нитрата натрия концентрацией 5 моль/л с получением элюата, содержащего, г/л: 5,07 ΣTh₂O₃, 0,310 ThO₂, 0,0155 UO₂, 0,022 Al₂O₃, 0,102 Fe₂O₃, 0,040 TiO₂. В элюат перешло, %: 95,5 РЗЭ, 95,5 Th, 60 U, 90 Al, 92 Fe, 75 Ti.The isolated sulfonic cation exchanger is placed in a column through which 480 ml of sodium nitrate solution with a concentration of 5 mol/l is passed at a temperature of 90°C to obtain an eluate containing, g/l: 5.07 ΣTh ₂ O ₃ , 0.310 ThO ₂ , 0.0155 UO ₂ , 0.022 Al ₂ O ₃ , 0.102 Fe ₂ O ₃ , 0.040 TiO ₂ . Passed into the eluate, %: 95.5 REE, 95.5 Th, 60 U, 90 Al, 92 Fe, 75 Ti.

Полученный элюат нейтрализуют вначале карбонатом натрия до рН 4,25 с осаждением и отделением фильтрацией ториевого кека. В элюате, полученном после отделения ториевого кека, содержание составило, г/л: 5,02 ΣTh₂O₃, 0,001 ThO₂, 0,0013 UO₂, 0,0006 Al₂O₃, 0,063 Fe₂O₃, 0,031 TiO₂. Ториевый кек содержит 69,8% TiO₂ относительно суммы оксидов остальных металлов.The resulting eluate is first neutralized with sodium carbonate to pH 4.25 with precipitation and separation by filtration of thorium cake. In the eluate obtained after separation of the thorium cake, the content was, g/l: 5.02 ΣTh ₂ O ₃ , 0.001 ThO ₂ , 0.0013 UO ₂ , 0.0006 Al ₂ O ₃ , 0.063 Fe ₂ O ₃ , 0.031 TiO ₂ . Thorium cake contains 69.8% TiO ₂ relative to the sum of other metal oxides.

Затем элюат нейтрализуют карбонатом натрия до рН 7,5 с осаждением и отделением фильтрацией концентрата РЗЭ. В элюате, полученном после отделения редкоземельного концентрата, содержание составило, г/л: 0,006 ΣTh₂O₃, 0,00065 ThO₂, 0,0011 UO₂, 0,0003 Al₂O₃, 0,058 Fe₂O₃, 0,030 TiO₂. Концентрат РЗЭ относительно суммы оксидов металлов содержит, %: 99,86 ΣTh₂O₃, 0,007 ThO₂, 0,004 UO₂, 0,006 Al₂O₃, 0,10 Fe₂O₃, 0,02 TiO₂. Удельная эффективная радиоактивность ≤610 Бк/кг. Прямое извлечение РЗЭ в концентрат составило 89,8%, безвозвратные потери 5,8%.Then the eluate is neutralized with sodium carbonate to pH 7.5 with precipitation and separation of the REE concentrate by filtration. In the eluate obtained after separation of the rare earth concentrate, the content was, g/l: 0.006 ΣTh ₂ O ₃ , 0.00065 ThO ₂ , 0.0011 UO ₂ , 0.0003 Al ₂ O ₃ , 0.058 Fe ₂ O ₃ , 0.030 TiO ₂ . The REE concentrate with respect to the amount of metal oxides contains, %: 99.86 ΣTh ₂ O ₃ , 0.007 ThO ₂ , 0.004 UO ₂ , 0.006 Al ₂ O ₃ , 0.10 Fe ₂ O ₃ , 0.02 TiO ₂ . Specific effective radioactivity ≤610 Bq/kg. The direct extraction of rare earth elements into the concentrate was 89.8%, irretrievable losses 5.8%.

Из вышеприведенных Примеров 1-3 видно, что способ согласно изобретению позволяет эффективно перерабатывать монацитовый концентрат с обеспечением высокой (до 89,8%) степени прямого извлечения РЗЭ в нерадиоактивный концентрат и получением богатых торием (до 69,8%) кеков. При этом значительно снижена температура фосфорнокислотного разложения и решена задача десорбции радионуклидов из сульфокатионита. Исключена необходимость использования соляной кислоты для десорбции РЗЭ. Все это повышает технологичность способа за счет снижения количества расходуемых реагентов и подлежащих захоронению экологически вредных отходов, а также упрощения используемой аппаратуры.It can be seen from the above Examples 1-3 that the method according to the invention allows efficient processing of monazite concentrate with a high (up to 89.8%) degree of direct extraction of REE into a non-radioactive concentrate and obtaining thorium-rich (up to 69.8%) cakes. At the same time, the temperature of phosphoric acid decomposition is significantly reduced and the problem of desorption of radionuclides from sulfonic cation exchanger is solved. The need to use hydrochloric acid for REE desorption was eliminated. All this improves the manufacturability of the method by reducing the amount of consumable reagents and environmentally hazardous waste to be disposed of, as well as simplifying the equipment used.

Claims

1. A method for processing a monazite concentrate, including processing the concentrate with phosphoric acid, converting rare earth elements and thorium into a sulfonic cation exchanger, separating the sulfonic cation exchanger from a phosphate solution and undecomposed residue, and desorbing rare earth elements, characterized in that the concentrate is processed with phosphoric acid with a concentration of 35-45 wt. % at a temperature of 60-80 ° C, rare-earth elements and thorium are desorbed together from a sulfonic cation exchanger with a solution of nitrate or sodium chloride with a concentration of 5.0-5.3 mol / l to obtain an eluate, which is neutralized with sodium hydroxide or carbonate first to pH 4.0- 4.4 with precipitation and separation of the thorium concentrate, and then to pH 7.35-7.5 with precipitation and separation of the concentrate of rare earth elements.

2. The method according to p. 1, characterized in that the desorption of rare earth elements and thorium from sulfonic cation exchanger is carried out at a temperature of 70-90°C.