СПОСОБ РЕЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ ФАЗЫ

СПОСОБ РЕЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ ФАЗЫ


RU (11) 2033441 (13) C1

(51) 6 C22B3/26, C22B34/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5020674/02 
(22) Дата подачи заявки: 1991.11.21 
(45) Опубликовано: 1995.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Бабкин А.Г. и др. Экстракция ниобия, тантала и других элементов из фторидных растворов. Л.: Наука, 1988, с.110- 113. 2. Авторское свидетельство СССР N 742276, кл. C 22B 3/00, 1980. 
(71) Заявитель(и): Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН 
(72) Автор(ы): Стангрит П.Т.; Седнева Т.А.; Тюлюнов И.П. 
(73) Патентообладатель(и): Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН 

(54) СПОСОБ РЕЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ ФАЗЫ 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к технологии жидкостной экстракции ниобия и тантала. Сущность изобретения заключается в том, что обработку органической и водной фаз ведут постоянным электрическим током с разделением анодного и катодного пространств анионообменной мембраной, причем металлосодержащие органические экстракты непрерывно со скоростью 3,0 - 3,8 г/А ч Ta2O5 или 1,8 - 2,3 г/А ч Nb2O5 подают в катодное пространство при мембранной плотности тока 100-1000 A/м2. В качестве исходного раствора анолита может быть использована вода. 1 з.п. ф-лы, 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к технологии жидкостной экстракции ниобия и тантала, и может быть использовано для переработки металлсодержащих органических реэкстрактов, образующихся по гидратно-сольватному механизму. Ниобий и тантал находят использование в электронной промышленности при изготовлении анодов, сеток, катодов, геттеров и т.п. Тантал в последние годы стал применяться для изготовления конденсаторов, качество и класс которых также в сильной степени зависят от чистоты используемых металлических порошков, исходным сырьем для которых являются соединения металла экстракционного происхождения.

Известен способ реэкстракции ниобия и тантала концентрированным раствором фторида аммония [1] Способ осуществляют раствором, содержащим до 200 г/л NH4F на 2-3 ступенях экстракционного каскада. При этом разрушается гидросольват и ассоциат MeF6-mFnH3O+qSo и металл в виде комплексной кислоты H2MeF7 переходит в водную фазу раствор фторида аммония, откуда известными способами осаждают гидроксиды или двойные соли тантала и ниобия. Маточные растворы фторида аммония, содержащие избыточное количество аммиака, после отделения твердой фазы непригодны для повторного использования и подвергаются переработке и захоронению.

Недостатком этого способа являются безвозвратные потери дорогостоящего и дефицитного фторсодержащего реагента, существенные потери экстрагента с реэкстрактом, загрязнение органической фазой конечного продукта, экологический вред от захоронения фторсодержащих сбросов.

Известен также способ ионообменной реэкстракции металлов из органической фазы [2] включающий обработку экстракта в диафрагменном электролизе постоянным электрическим током в электролите насыщенном водном растворе соли щелочного или щелочно-земельного металла, при которой возникающие в результате анодного разряда воды ионы водорода вытесняют металл из органической фазы, регенерируя ее, в водную, где реэкстрагируемый металл в свою очередь вытесняет щелочной или щелочноземельный металл из его соли.

Недостатками такого способа являются невозможность получения реэкстрактов высокой чистоты вследствие осуществления реэкстракции целевого металла в раствор соли другого, значительный унос органической фазы с реэкстрактом и соответствующее загрязнение последнего, а также периодичность процесса, безвозвратные потери реагентов солей щелочных или щелочно-земельных металлов, которые в процессе реэкстракции образуют гидроксиды, вследствие чего электролит периодически должен обновляться.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения чистоты реэкстрагируемых металлов, тантала и ниобия, и снижение потерь органической фазы с реэкстрактом. Изобретение решает также задачу организации непрерывного безреагентного процесса реэкстракции с высокой степенью извлечения металлов из органической фазы.

Поставленная задача достигается тем, что при обработке органической и водной фаз постоянным электрическим током с разделением анодного и катодного пространств диафрагмой (в качестве диафрагмы используют анионообменную мембрану) органическую фазу помещают в катодное пространство, а водную в анодное.

Кроме того, металлсодержащую органическую фазу подают в катодное пространство непрерывно со скоростью 3,0-3,8 г/Ач Ta2O5 или 1,8-2,3 г/Ач Nb2O5 при мембранной плотности тока 100-1000 А/м2. В качестве исходного раствора анолита может быть использована вода.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Экстракты со скоростью 3,0-3,8 г/Ач Ta2O5 или 1,8-2,3 г/Ач Nb2O5 подают в катодное пространство, где под действием постоянного электрического тока с величиной мембранной плотности 100-1000 А/м2 в экстракте происходит диссоциация гидросольвата HMeF6mHFnH2OqSo, сопровождающаяся регенерацией экстрагента, So,

HMeF6mHFnH2OqSo __ MeF-6+mF-+(1+m)H+(H2O)n+qSo H+ 1/2 H2

разрядом ионов водорода на катоде и миграцией анодов фтора и металла в виде комплексного аниона MeF6- через анионообменную мембрану в анолит, где последние, соединяясь с ионами водорода (продуктом анодного процесса разложения воды)

H2O 1/2 O2+2H+

образуют кислоты



в случае ниобия также может быть

NbF-6+2H++F-+H2O __ H2NbOF5+2HF

По мере электролиза происходит концентрирование металла в виде комплексной кислоты, и при достижении концентрации 350-400 г/м Me2O5 анолит выводят из электролизера и направляют на получение оксидов или двойных солей тантала или ниобия известными способами.

Таким образом, осуществление заявляемого способа сопровождается реэкстрацией тантала или ниобия из органической фазы в водную через анионообменную мембрану, что препятствует переходу в реэкстракт всех примесных элементов, находящихся в экстракте в катодной форме, а также самого растворителя. В стационарном режиме электрореэкстракции переход металлов в водную фазу составляет не менее 98,8% Использование солей щелочных металлов или щелочноземельных металлов для реэкстракции полностью исключается. Конечными продуктами являются безвредные электродные газы водород и кислород, регенерированный экстрагент и раствор фтортанталовой или ниобиевой кислоты, степень концентрирования которых в анолите может регулироваться и достигать высоких значений, например 350-400 г/л Me2O5.

Верхний предел скорости подачи органической фазы на электрореэкстракцию 3,8 г/Ач Ta2O5 или 2,3 г/Ач Nb2O5 ограничен снижением извлечения металла в анолит (менее 98,8% ) вследствие ограниченной пропускной способности мембраны, что одновременно приводит к повышению остаточного содержания тантала в регенерируемом экстрагенте. Снижение скорости подачи органической фазы менее 3,0 г/Ач Тa2O5 или 1,8 г/Ач Nb2O5 ведет к существенному падению выхода металла по току вследствие развития процесса электромиграции в анолит других анионов из-за недостаточного содержания в католите тантала.

Нижний предел плотности тока на мембране 100 А/м2 ограничен низкой, менее 0,36 кг/м2ч Ta2O5 или 0,25 кг/м2ч Nb2O5, производительностью процесса, а верхний 1000 А/м2 снижением выхода металлов по току менее 65% и снижением чистоты реэкстрактов из-за снижения в этих условиях селективности анионообменной мембраны, а также повышением расхода электроэнергии, более 20 кВтч/кг Me2O5, вследствие возрастания напряжения на электродах и мембране.

В качестве анолита используют дистиллированную воду, при этом начало процесса в связи с ее низкой электропроводностью будет характеризоваться высоким напряжением и повышенным расходом электроэнергии, около 200 кВтч/кг Me2O5. Одновременно с началом электролиза в анолит (воду) из католита начнут поступать анионы фтора и гексафтортантала, электропроводность анолита резко возрастает и будет непрерывно увеличиваться по мере концентрирования в нем фтортанталовой кислоты. При этом расход электроэнергии упадет на порядок.

В предлагаемом способе для селективной реэкстракции тантала или ниобия используют анионообменные мембраны отечественного и зарубежного производства МА-40, МА-41л, АМV, Selemion DMT и т.п.

Вышеизложенные отличительные признаки ранее не были известны в аналогичных технических решениях и обеспечивают более высокое достижение технического результата, заключающегося в повышении чистоты и степени извлечения Та и Nb, снижении потерь экстрагента и исключении расхода электролита растворов щелочных и щелочно-земельных металлов на реэкстракцию. Преимуществом заявляемого изобретения является также возможность получения концентрированных реэкстрактов в непрерывном режиме электролиза.

П р и м е р 1. Осуществляют реэкстракцию тантала из органической фазы, которую подают в катодное пространство мембранного электролизера со скоростью 3,0 г/Ач Ta2O5 при мембранной плотности тока 100 А/м2. В качестве водной фазы (исходного раствора анолита) используют дистиллированную воду. При достижении в анолите концентрации фтортанталовой кислоты 350 г/л Та2O5 его начинают выводить из процесса на следующую технологическую операцию: осаждение гидроксида тантала или двойной соли. Выход тантала по току в стационарном режиме составляет 82% извлечение 99,5% производительность 0,42 кг/м2ч Ta2O5, удельный расход электроэнергии равен 20 кВтч/кг Та2O5. Содержание примесных элементов в реэкстракте, к Ta2O5: 0,003 Na и SO4; 0,02 органической фазы. Используемой мембраной является МА-40.

П р и м е р 2. Органическую фазу, насыщенную танталом, подают в катодное пространство электролизера со скоростью 3,0 г/Ач Та2O5. Реэкстракцию осуществляют при мембранной плотности тока 1000 А/м2. Извлечение тантала в реэкстракт составляет 99,0% при выходе по току 75% производительность 3,5 кг/м2ч Та2O5, содержание органической фазы в реэкстракте 0,02% к Та2O5. В качестве мембраны используют АМV.

П р и м е р 3. Органическую фазу, насыщенную танталом, подают в катодное пространство электролизера со скоростью 3,8 г/Ач Та2O5 и реэкстракцию ведут при мембранной плотности тока 1000 А/м2. Извлечение тантала в реэкстракт составляет 98,8% содержание органической фазы в реэкстракте 0,03% к Та2O5. Концентрирование фтортанталовой кислоты 400 г/л Та2O5.

П р и м е р 4. Реэкстракцию тантала осуществляют при скорости подачи органической фазы в катодное пространство 3,8 г/Ач Та2O5 и плотности тока 100 А/м2. Извлечение тантала составляет 99,2% содержание органической фазы в реэкстракторе 0,02% Na и SO4 0,003% к Та2O5.

П р и м е р 5. Органическую фазу, насыщенную ниобием, подают в катодное пространство электролизера со скоростью 1,8 г/Ач Nb2O5 при мембранной плотности тока 100 А/м2. Анолит дистиллированная вода. Извлечение ниобия в реэкстракт составляет 99,7% Концентрирование его в реэкстракте до содержания 370 г/л Nb2O5. Содержание примесей в реэкстракте, к Nb2O5: 0,003 Na и SO4; 0,02 органической фазы.

П р и м е р 6. Органическую фазу, содержащую ниобий, подают в катодное пространство электролизера со скоростью 2,3 г/Ач Nb2O5 при мембранной плотности тока 1000 А/м2. Извлечение ниобия в реэкстракт составляет 99,5% при концентрировании его в реэкстракте до 370 г/л. Содержание органической фазы в реэкстракте 0,03% к Nb2O5.

Основные параметры предлагаемого способа и характеристики продуктов согласно примерам 1-6, примеры 7, 8 с запредельными значениями параметров экстракции, а также примеры 9, 10 со значениями параметров по прототипу представлены в таблице.

Как видно из приведенных примеров, использование предлагаемого способа обеспечивает получение концентрированных танталового или ниобиевого реэкстрактов высокой чистоты с низким, менее 0,03% к Me2O5, содержанием органических примесей, что на несколько порядков ниже, чем относительное содержание органической фазы в реэкстрактах, полученных в условиях прототипа. Соответственно в (1-2)102 раз снижаются потери экстрагента с конечными продуктами.

Реализация предлагаемого способа исключает использование для реэкстракции каких-либо реагентов и последующих операций утилизации или обеззараживания и захоронения отходов. Таким образом, предлагаемый способ реэкстракции металлов, обеспечивая высокую чистоту конечных продуктов, является более эффективным, ресурсосберегающим и экологически более безопасным. Способ может быть использован для реэкстракции, кроме ниобия и тантала, других металлов, экстрагирующихся в виде комплексных кислот по гидратно-сольватному механизму. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. СПОСОБ РЕЭКСТРАКЦИИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОЙ ФАЗЫ, включающий обработку органической и водной фаз постоянным электрическим током с разделением анодного и катодного пространств диафрагмой, отличающийся тем, что в качестве диафрагмы используют анионообменную мембрану при подаче органической фазы в катодное пространство, а водной в анодное.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при реэкстракции тантала или ниобия органическую фазу подают со скоростью 3,0 3,8 г/А ч Ta2O5 или 1,8 2,3 г/А ч Nb2O5 при мембранной плотности тока 100-1000 А/м2.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru