Способ извлечения редкоземельных элементов из растворов

(51) 22 59/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ РАСТВОРОВ(57) Изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных элементов, в частности, к способам извлечения редкоземельных элементов из растворов сорбцией. Способ включает сорбцию РЗЭ с использованием в качестве сорбента амфотерных гидрогелевых сорбентов,полученных полимеризацией и сшиванием смеси мономеров с иммобилизацией двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты в условиях. Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения РЗЭ и сокращение продолжительности процесса.(72) Бектурганов Нуралы Султанович Тусупбаев Несипбай Куандыкович Кудайбергенов Саркыт Елекенович Татыханова Гульнур Сайрановна Семушкина Лариса Валерьевна Ибраева Жанар Ершатовна(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения Акционерное общество Фонд науки Изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных элементов (РЗЭ) и может быть использовано для извлечения РЗЭ из водных растворов с помощью гидрогелевых сорбентов, в матрицу которых иммобилизованы амфотерные хелатообразующие низкомолекулярные соединения, в частности, двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Традиционными способами извлечения и разделения ионов РЗЭ являются экстракция или ионный обмен. Однако они имеют ряд недостатков. Экстракционный способ является многостадийным процессом, требующим обратную экстракцию для выбора оптимальных условий. Основным ограничением ионообменных смол является низкая сорбционная емкость и селективность по отношению к ионам РЗЭ. Известен способ селективного разделения РЗЭ с помощью ионообменных смол на основе иминодиуксусной кислоты в водородной или аммонийной формах (патент 6093376, 2000). В качестве хелатирующего (элюирующего) раствора использовали аммонийную соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Показано, что иминодиуксусная смола в водородной форме очень селективна при разделении РЗЭ. Недостатком этого способа является многостадийность процесса,который включает перевод иминодиацетатной смолы сначала в водородную, затем в аммонийную форму,насыщение иминодиацетатной смолы растворами РЗЭ, элюирование РЗЭ хелатирующим агентом, в частности этилендиаминтетрауксусной кислотой. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ сорбционного извлечения лантаноидов промышленно выпускаемым катионитом - КУ-2-8 н в непрерывно-проточных условиях из пульпы (Д.И. Смирнов, Т.В. Молчанова,Л.И. Водолазов, В.А. Пеганов, Цветные металлы,2002,8, с.64-69). Сорбцию осуществляют в 5 стадий при продолжительности контакта пульпы с сорбентом на каждой стадии 1,25 ч., температуре 20 С и соотношении катионитпульпа 310. Оптимальное значение рН сорбции находится в пределах 1-2. При сорбции РЗЭ сорбентом КУ-2-8 н из реальных растворов суммарная степень извлечения РЗЭ не превышает 60 . Недостатком способа является многостадийность процесса и невысокая степень извлечения ионов РЗЭ. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение степени извлечения РЗЭ и сокращение продолжительности процесса. Это достигается в способе извлечения редкоземельных элементов из растворов сорбцией, в котором в качестве сорбента используют амфотерные гидрогелевые сорбенты, полученные полимеризацией и сшиванием смеси мономеров с иммобилизацией двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты в условиях. Предлагаемый способ заключается в том, что в качестве сорбента РЗЭ используют гидрогель,полученный полимеризацией и сшиванием смеси мономеров, например, на основе акриламида (ААм) и акриловой кислоты (АК), в матрицу которого в условиях полимеризациииммобилизован специфичный для ионов РЗЭ амфотерный сорбент двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. При этом суммарная степень извлечения ионов РЗЭ в среднем достигает 89 . Время сорбции составляет от 20 до 30 мин. Примеры осуществления способа. Для получения гидрогеля смесь, состоящую из 222 мг акриламида (ААм), 72 мг акриловой кислоты(инициатор реакции), растворяют в условияхв 5 мл водного раствора двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты с концентрацией 1 - 1 0 - 2 моль/л, продувают аргоном в течение 5 мин. и помещают в водяной термостат с температурой 60-65 С. Полученный амфотерный гидрогель промывают дистиллированной водой в течение 1 недели, сушат на воздухе, затем в вакуумсушильном шкафу до постоянной массы. Процесс сорбции редкоземельных элементов из реальных растворов проводят в сорбционной колонке при комнатной температуре 200 мг сухого измельченного амфотерного гидрогеля помещают в колонку, заливают 20 мл раствора, содержащего РЗЭ, и оставляют в течение 20-30 мин. После чего фильтрат сливают, а оставшийся в колонке сорбент несколько раз промывают дистиллированной водой. Фильтрат и промывную воду переносят в мерную колбу объемом 50 или 100 мл. Элюирование сорбированных РЗЭ проводят 0,1 н раствором НС 1. Для этого колонку, содержащую гидрогелевый сорбент, заливают 15 мл 0,1 н раствора НС 1 и систему выдерживают в течение 1 суток. Фильтрат сливают, колонку промывают несколько раз дистиллированной водой, доведя объем раствора до 50 или 100 мл. Содержание РЗЭ в элюате определяют с помощью оптического эмиссионного спектрометра с индуктивносвязанной плазмой (ИСП)5100(). Полученные результаты усредняют. В таблице 1 приведены результаты сорбции РЗЭ катионитом КУ-2-8 н. Оптимальное время сорбции РЗЭ составляет 3-4 ч. Основным недостатком КУ-28 н является низкая степень сорбции суммы РЗЭ(60,32 ). В таблице 2 представлены результаты предлагаемого способа сорбции РЗЭ амфотерным гидрогелевым сорбентом из реального раствора,содержащего ионы лантана, церия, празеодима,неодима, иттрия, диспрозия и гадолиния. Видно, что амфотерный гидрогель за исключением празеодима и гадолиния в течение 20 мин. сорбирует от 89 до 100 РЗЭ. Суммарная степень сорбции 89,64 . Таблица 1. Сорбция РЗЭ сорбентом КУ-2-8 н из реального раствора (известный способ) Исходное содержание РЗЭ, мг/л Исходный реальный 0,027 0,73 0,071 0,076 0,28 0,41 14,19 раствор Содержание РЗЭ после сорбции КУ-2-8 н После сорбции 0 0,49 0,002 0,053 0,23 0,28 8,44 сорбции 100 67,1 2,82 69,7 82,1 68,3 59,5 Таблица 2. Сорбция РЗЭ амфотерным гидрогелевым сорбентом из реального раствора (предлагаемый способ). Масса сухого геля 200 мг. Объем раствора 20 мл. Время сорбции 10 мин. рН 4,28. Температура комнатная. Исходное содержание РЗЭ, мг/л Общее 0,024 0,23 0,041 0,036 0,26 0,35 13,84 14,781 Исходный реальный раствор Содержание РЗЭ после сорбции амфотерным гидрогелем После сорбции 0 0 0,04 0,0016 0,028 00005 13,17 13,2501 сорбции 100 100 0 95,5 89,25 99,86 4,84 89,64 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ извлечения редкоземельных элементов из растворов сорбцией, отличающийся тем, что в качестве сорбента редкоземельных элементов используют амфотерные гидрогелевые сорбенты,полученные полимеризацией и сшиванием смеси мономеров с иммобилизацией двунатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты в условиях