Монацитовый концентрат

Переработка монацитовых концентратов и извлечение из них тория и соединений редкоземельных металлов осуществляется двумя методами: кислотным и щелочным.

Кислотный способ. Это один из первых промышленных способов переработки редкоземельного сырья, использовавшийся в США в 1940—1950 гг. В зависимости от исходного соотношения серная кислота-исходная руда, температуры и содержания компонентов в сернокислый раствор могут быть переведены торий и РЗМ с целью последующего выделения их из раствора [67, 68].

Промышленный процесс переработки основан на извлечения редкоземельных элементов в виде осадков двойных сульфатов РЗМ с дальнейшей их переработкой щелочным способом и получением гидроксидов РЗМ.

Сернокислотный способ переработки монацитового концентрата может быть описан уравнениями следующих реакций:

На практике измельченный монацитовый концентрат смешивают с концентрированной серной кислотой при 180—200 °С (1,5—2 т серной кислоты на 1 тонну концентрата, что превышает стехиометрический расход в 2,5—3 раза). Процесс ведут 2—4 ч в стальных аппаратах периодического действия с мешалкой или во вращающихся барабанных сульфатизаторах. После окончания разложения плав выщелачивают водой при Т : Ж = 1:10. Растворы после выщелачивания содержат сульфаты РЗМ, тория, фосфорную кислоту, избыточную серную кислоту, а также примеси железа и титана. В нерастворив- шемся остатке содержатся двуокись кремния, циркон, рутил, гидрат оксида титана, часть ильменита и непрореагировавший монацит.

Далее раствор направляют на разделение тория и РЗМ, основанное на различной растворимости их фосфатов. Полученный сернокислый раствор подвергают нейтрализации раствором аммиака до pH = 1,0 и доводят до кипения. При этом 99 % тория выделяется из раствора в виде нерастворимого дифосфата тория ThP207, однако вместе с торием осаждаются 5—8 % лантаноидов. После отделения осадка полученный раствор нейтрализуют до pH = 2,3, при этом происходит осаждение гидрофосфатов РЗМ в форме Ln2(HP04)3. Далее осадок отправляют на разделение РЗМ, а маточный раствор нейтрализуют до pH = 6,0 для выделения урана в виде солей уранила и оставшегося количества РЗМ. Сернокислотная схема переработки монацитовых концентратов приведена на рис. 5.9.

Существуют и другие способы переработки сернокислых растворов, образующихся в процессе вскрытия монацита [69]. Выбор варианта определяется многими технологическими и экономическими факторами. Среди них немаловажную роль играют стоимость реагентов, аппаратурное оформление, концентрация разделяемых элементов и требования к чистоте и типу получаемых в конечном итоге продуктов. Довольно широкое применение нашел метод выделения РЗЭ в виде двойных сульфатов со щелочными металлами (чаще всего с добавкой сульфата натрия, являющегося более дешевым реагентом по сравнению с сульфатом калия).

В СССР на Московском заводе полиметаллов (МЗП) в 1947— 1954 гг. в промышленном масштабе эксплуатировалась сернокислотная схема переработки монацитового концентрата [19]. Затем эта схема была заменена на щелочно-экстракционную, в которой в качестве первичной операции вскрытия фосфатных минералов РЗЭ и тория использовался гидроксид натрия.

Технологическая схема переработки монацитовых концентратов сернокислотным методом [68]

Рис. 5.9. Технологическая схема переработки монацитовых концентратов сернокислотным методом [68]

Процесс сернокислотной переработки монацитового концентрата не позволяет получать чистых продуктов на основе РЗМ и больше не используется в промышленной практике [69]. К недостаткам его можно отнести также распределение активности по многим полу- 120

продуктам химической переработки и, как следствие, дополнительные меры по очистке продуктивных растворов.

Щелочной способ нашел распространение в 1950—1960 гг. для переработки монацитсодержащих и некоторых других фосфорсодержащих редкоземельных и редкометалльных руд. Он включает в себя обработку концентрата раствором щелочи, растворение осадка гидроксидов РЗМ в соляной кислоте, отделение урана и тория и осаждение гидроксидов РЗМ [67].

В основе процесса щелочного вскрытия монацитовых концентратов лежит уравнение химической реакции:

При щелочном вскрытии монацита происходит конверсия фосфатов редкоземельных элементов в гидроксиды с переходом большей части фосфора в щелочно-фосфатный раствор.

Процесс вскрытия монацитового концентрата проводят 45%-м (и даже до 60—70 %) раствором щелочи при 140 °С в течение трех часов. Полученный осадок гидроокисей лантанидов растворяют в концентрированной соляной кислоте. Далее раствор разбавляют и нейтрализуют до pH = 5,8 гидроксидом натрия, при этом фактически полностью осаждаются торий и уран. Из фильтрата после отделения урана и тория осаждают сумму лантанидов гидроксидом натрия в виде Ln(OH)3. Полученный осадок, содержащий до 73 % РЗЭ, а также небольшие количества тория, ванадия и железа, растворяют далее в соляной или азотной кислотах с дальнейшей переработкой осадительными, экстракционными или другими способами. Схема переработки монацитовых концентратов щелочным способом представлена на рис. 5.10.

Отличием щелочного способа, использовавшегося в нашей стране, являлось то, что исходный концентрат подвергался предварительному сверхтонкому измельчению до 2—3 мкм в вибромельнице в среде едкого натра при Т : Ж = 1 : 1, что позволяло значительно сократить расход гидроксида натрия [19, 69]. Существуют способы интенсификации щелочной обработки за счет реализации данного процесса в автоклавных условиях. На последующих операциях производится экстракционная очистка редкоземельных элементов от урана и тория из солянокислых или азотнокислых растворов. Как уже отмечалось выше, в СССР кислотный способ переработки монацита был заменен на щелочно-экстракционный, использовавшийся до 1970 г., когда производство было остановлено. В 1960-х годах схема работала с производительностью по исходному концентрату 700 т/г с получением металлического тория и суммарного концентрата РЗЭ.

Технологическая схема переработки монацитовых концентратов щелочным методом [4]

Рис. 5.10. Технологическая схема переработки монацитовых концентратов щелочным методом [4]

Использование гидроксида натрия (соды каустической) для щелочной обработки исходного фосфорсодержащего материала привлекательно с коммерческой точки зрения, поскольку на ранних стадиях процесса (в «голове» технологической схемы) образуется побочный товарный продукт — тринатрийфосфат. Отмечается, что щелочной метод дороже сернокислотного; им можно перерабатывать только высокосортные монацитовые концентраты. Тем не ме-

нее, метод прочно вошел в практику благодаря возможности относительно простым путем получать более чистые концентраты РЗЭ.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >