Труды КНЦ (Технические науки вып.1/2023(14))

(фосфополугидрата — ФПГ), получаемого при производстве экстракционной фосфорной кислоты. Разработанная технология состоит из следующих основных переделов: 1) вскрытие ФПГ, получение водного раствора РЗЭ; 2) жидкостная экстракция РЗЭ; 3) реэкстракция РЗЭ, получение коллективного концентрата. Вследствие многолетних систематических исследований в области экстракции актинидов и лантанидов можно предположить, что наиболее эффективными и избирательными экстрагентами являются органические соединения на основе атомов фосфора (ФОС). Из широкого ряда фосфорорганических нейтральных реагентов в предварительных исследованиях мы использовали три-н-бутилфосфат (ТБФ) и триалкилфосфиноксид (ФОР-СУЛКЕХ-923). При использовании ТБФ в качестве экстрагента РЗЭ из раствора вскрытия фосфогипса, получаемый концентрат содержал большое количество кальция — до 75 % мас. CaSO4 в пересчете на сухое вещество. Кроме того, ТБФ подвергается гидролизу при контакте с серной кислотой, что приводит к резкому снижению экстракционной способности ТБФ, что наблюдали при продолжительной работе промышленной установки. ФОР не имеет указанных недостатков: при его применении был получен концентрат, содержащий от 95 % мас. сульфатов РЗЭ (в пересчете на сухое вещество), следов деструкции экстрагента не наблюдалось. Основная задача процесса экстракции в нашем технологическом процессе — максимально полно извлечь не только РЗЭ, но и азотную кислоту. Однако поставленную задачу при экстракции органическим раствором 20 об. % ФОР в керосине решить не удалось. В области малых концентраций HNO 3 до 0,2 моль/л азотная кислота практически полностью извлекается в органическую фазу. Между тем с ростом концентрации HNO 3 в водной фазе содержание ее в органической фазе не увеличивается. Экстрагент достаточно быстро насыщается HNO 3 , и максимально возможное удерживание в фазе экстрагента составляет 0,5 моль/л. Можно было бы увеличить концентрацию ФОР в органическом растворе, и, очевидно, содержание азотной кислоты в фазе экстрагента было бы больше. Однако это затруднило бы ее реэкстракцию оборотным водным раствором нитрата кальция. Для решения задачи полного извлечения азотной кислоты наряду с РЗЭ было решено использовать другой органический лиганд в качестве разбавителя ФОР, который бы селективно извлекал только азотную кислоту в органическую фазу. Известно, что соединения, относящиеся к классу кетонов, вследствие слабой электронно- донорной способности карбонильной группы, не образуют устойчивых комплексов с лантанидами. В то же время эти соединения являются достаточно эффективными экстрагентами азотной кислоты [1]. С целью выбора разбавителя, который бы наиболее полно извлекал в органическую фазу азотную кислоту, исследовали распределение HNO 3 из раствора вскрытия ФПГ, содержащего 2,32 моль/л нитрата кальция, при контакте с метилизобутилкетоном (МИБК), метилтретбутиловым эфиром (МТБЭ) и метилтретбутилкетоном (МТБК) в смеси с ФОР. Экстракционная способность по отношению к азотной кислоте смеси МТБЭ с ФОР выше, однако применение МТБЭ при экстракции в качестве растворителя затруднено из-за его высокой летучести. Соединения класса кетонов МТБК и МИБК менее летучи, применение их в качестве растворителей несколько снижает эффективность экстракции азотной кислоты. Нами был проведен комплекс работ по изучению экстракции азотной кислоты и РЗЭ из раствора вскрытия фосфогипса в 10 % ФОР в МИБК. Показано, что 10 % ФОР в МИБК обладает высокой экстракционной способностью по отношению к РЗЭ и азотной кислоте. Степень извлечения за одну стадию для Ce составляет около 85 %, La — 65 %, а Nd — 78 %, (Ce, La, Nd — в макроколичествах). Остальные РЗЭ экстрагируются лучше, и степень извлечения в одну стадию близка к ~ 100 % (с учетом точности определения концентрации этих элементов в рафинате методом АЭС-ИСП). При этом необходимо отметить, что в органическую фазу практически не экстрагируются Mg, Al, Sr, Mn, Na, K, P, Si и S. Методом изменения объемов фаз были получены зависимости распределения лантанидов между фазами при экстракции 10 об. % ФОР в МИБК при 20 ± 1 °С (рис. 1). Графики зависимостей распределения концентрации лантанидов между фазами при экстракции проходят через плато насыщения, а затем мнотонно убывают. Эффект насыщения с последующим убыванием зависимости объясняется конкурентным взаимодействием металлов в макроколичествах, особенно катионов лантана, церия и неодима. Кроме того, протекающая наряду с металлами соэкстракция азотной кислоты также Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 88-91. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 88-91. © Генкин М. В., Евтушенко А. В., Спиридонов В. С., Сафиулина А. М., 2023 89