Селективная экстракция и определение скандия промышленных отходов (штейн) комплексонометрическим методом

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 669.85                                        

Редкоземельные элементы (в дальнейшем РЗЭ) – это семейство из 17 химических элементов III группы периодической системы, включающее скандий (Sc), иттрий (Y), лантан (La) и лантаноиды: церий (Ce), празеодим (Pr), неодим (Nd), прометий (Pm), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd), тербий (Tb), диспрозий (Dy), гольмий (Ho), эрбий (Er), тулий (Tm), иттербий (Yb) и лютеций (Lu). Элементы Се-Eu называют легкими, a Gd-Lu-тяжелыми лантаноидами.

В последнее время РЗЭ приобретают всё более широкое значение и распространение в различных сферах деятельности человека. С каждым годом они все в больших количествах применяются в различных областях науки. И с развитием научно-технического прогресса все более важное значение в технологии редких и рассеянных элементов приобретают процессы выделения и разделения элементов и получения их соединений в чистом виде. В связи с этим различные предприятия, занимающиеся развитием редкоземельной промышленности в Российской Федерации, Китае, Казахстане, Австралии, США и других странах, разрабатываются методики для разделения и получения данных соединений из возможного исходного сырья со своих месторождений. Извлечение редкоземельных элементов из руд минералов. Основными источниками РЗЭ являются минералы бастнезит, монацит, лопарит, урансодержащий фосфорит, апатит, эвдиалит. В мире имеется лишь небольшое число месторождений этих минералов, рентабельных для разработки и большинство из них находят вместе с ураном и торием [1].

Если рассматривать по странам, то основными ресурсами редкоземельных элементов обладают следующие: Китай — является монополистом в сфере редких земель. Согласно оценке специалистов в стране сконцентрировано более 40% всех мировых запасов РЗЭ. Страны СНГ (РФ, Казахстан, Киргизия, Белоруссия) – по сведениям Industrial Mineral они занимают второе место по запасам сырья. В США основным минералом является бастнезит [2]. Остальные страны, в их числе Австралия, Бразилия, Канада, Индия, Малайзия, ЮАР, Шри-Ланке, Таиланде и др., в которых расположены месторождения небольших запасов РЗ или однотипными минералами и рудами. Поэтому в связи с потребностями РФ и в соответствии с программой «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности на период до 2020 года» была принята следующая подпрограмма 15 «Развитие промышленности редких и редкоземельных металлов», которая предусматривает освоение месторождений, т.е. вопросы добычи, производства и применение РЗЭ [3]/

Существуют ряд работ выделения РЗЭ сернокислотной переработкой из апатита и продукта его переработки фосфо гипса с последующим контролем [4].

В работе [5] представлены результаты по щелочному вскрытию красноуфимского монацита концентрированными растворами гидроксида калия. Монацит измельчали, смешивали с раствором гидроксида калия, нагревали в реакторе при 110–1150С и перемешивании в течение 2-4 ч. Пульпу разбавляли водой в 2 раза и фильтрованием отделяли осадок гидроксидов тория, редкоземельных элементов (РЗЭ) и урана. Фильтрат упаривали в 3-4 раза, охлаждали и отделяли кристаллы трикалийфосфата. Осадок обрабатывали раствором азотной кислоты и отделяли нитраты РЗЭ фильтрацией.

После переработки минералов и отделения РЗМ от металлов, им сопутствующих, следует стадия разделения. Данный процесс является достаточно сложной технологической задачей, что связано с исключительной близостью химических свойств этих металлов и их соединений. Как правило, первым этапом технологической переработки редкоземельного концентрата, очищенного от посторонних примесей, является разделение РЗМ по группам. Раньше для этой цели использовали методы фракционного осаждения (кристаллизации), а с модернизацией технологий сначала появилась ионно обменная сорбция [6], а далее и жидкостная экстракция.

Штейн представляет собой твердый порошкообразный материал оливково-черного цвета. Химический состав штейна: Fe — 45%, NaO — 8-15%, S — 25-35%, Sb — 3-5%, As — 0,2-1%, Si — 2-5%. В связи с повышенным содержанием сурьмы штейн осадительной плавки не может считаться отвальным продуктом [8].

Химический состав техногенных отходов (кек отвальная). Исследовано рентгено-флауросцентным методом . Кеки — пастообразный или порошкообразный материал, являющийся остатком процесса выщелачивания при гидрометаллургическом способе получения металлической сурьмы. После промывки и сушки, кеки размещаются на специальном, инженерно-обустроенном хранилище. Хранилище занимает 2 га [9].

Методы анализа, применяемые для контроля процессов извлечения и разделения редкоземельных элементов. Для технологической схемы экстракционного разделения редкоземельных элементов требуется контроль содержания РЗЭ в исходном сырье, полупродуктах, т.е. в исходном растворе, рафинате и реэкстракте; также это необходимо для регулирования/корректировки процесса в режиме работы. Поэтому основные требования, предъявляемые к методам определения элементов, сводятся к сочетанию низких пределов обнаружения, высокой чувствительности и селективности, а также экспрессности.

Существуют различные методы определения редкоземельных элементов (объёмные, гравиметрические, электрохимические и оптические), которые в разное время использовали в аналитической практике. Кратко рассмотрим данные методы. К объемным методам анализа относятся титриметрические методы:

Комплексонометрический метод — образование комплексов с этилен-диамин-тетрауксусной кислотой или ее натриевой солью. Однако, спектры растворов и константы нестойкости цветных комплексных соединений мало различаются в пределах группы РЗЭ. Поэтому комплексонометрическое титрование подходит для определения суммы содержания РЗЭ, а не индивидуальных элементов.

Гравиметрический метод представляет собой общий метод для группового определения суммы РЗЭ. В качестве осадителя наиболее используют оксалат натрия или аммония. Недостаток метода — длительность его выполнения [10].

Химический состав технологического отхода штейна отвального: As ,Pb ,Sb, К, Hg, Fe, Ca, Au, Cd ,Na, Si.

Растворяем концентрированной соленной кислотой [11].

Фильтрует вакуумным способом. Полученный фильтрат для выделения скандия экстрагируем по этой методике[11].

Расчеты в титриметрическом анализе. По результатом титрования рассчитывают РЗЭ скандия. РЗЭSc = N*V1*1000 /100, где N — нормальность раствора комплексона III; V1 — объем стандартного раствора комплексона; V — объем раствора, взятой для определения (в мл ). РЗЭSc — 0,05022*25,0*1000/100=1,25мг.

Выводы

• 1.    В составе штейн отвального содержится различные ионы элементов (As ,Pb ,Sb, К,

• 2.    В умеренно кислой среде ионы скандия образуют с диантипирилметаном в присутствии иодида-ионов смешанный комплекс, хорошо растворимый в хлороформе В этих условиях лантаноиды а также (As ,Pb ,Sb, К, Hg, Fe, Ca, Au, Cd ,Na) не образует соединений, растворимых в хлороформе, и не мешают определению скандия. Скандий реэкстрагируют аммиачным раствором ЭДТА и заканчивают комплексонометрически.

• 3. Содержание скандия — 1,25 мг.

Hg, Fe, Ca, Au, Cd ,Na, Si) которые мешают определению скандия.