СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТОРИЯ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТОРИЯ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ


RU (11) 2207393 (13) C1

(51) 7 C22B60/02, C22B3/24 

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

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

(21) Заявка: 2001129456/02 
(22) Дата подачи заявки: 2001.10.31 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.10.31 
(45) Опубликовано: 2003.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Известия ВУЗов. Цветная металлургия. 1984, № 4, с. 59-61. SU 1400112 A1, 10.07.2000. SU 1420972 A1, 10.07.2000. US 5494648 A, 27.02.1996. DE 3038807 A1, 15.09.1988. 
(71) Заявитель(и): ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО- технология" 
(72) Автор(ы): Кудрявский Ю.П.; Стрелков В.В.; Трапезников Ю.Ф.; Казанцев В.П. 
(73) Патентообладатель(и): ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО- технология" 
Адрес для переписки: 618400, Пермская обл., г. Березники, ул. Деменева, 7, кв.3, Ю.П. Кудрявскому 

(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ И КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ТОРИЯ ИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ 

Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для избирательного извлечения тория из растворов, содержащих другие металлы. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении степени извлечения тория из скандийсодержащих растворов, повышении степени очистки скандия от тория и сокращение безвозвратных потерь скандия с торием - с радиоактивными кеками и осадками. Способ извлечения и концентрирования тория из технологических растворов включает сорбцию тория при рН 2,8-3,5 и температуре 60-95oС на пористом сульфакатионите с последующей промывкой катионита и десорбцией тория карбонатсодержащим раствором. При этом в исходный раствор перед сорбцией предварительно вводят хлорид магния в количестве 10-100 мгэкв Mg2+ на 1 мгэкв ионов Th4+ в исходном растворе, промывку катионита после сорбции сначала водой, затем раствором MgCl2 с концентрацией 50-150 г/дм3, фильтрат после сорбции объединяют с промводами, в объединенный раствор последовательно вводят сначала иодат калия, затем хлорид бария и сульфат натрия, пульпу фильтруют, радиоактивный иодатно-сульфатный кек отделяют от дезактивированного раствора, который направляют на извлечение и утилизацию редких и рассеянных металлов. Торийсодержащий элюат обрабатывают минеральной кислотой, например соляной, до рН 0,5-2,0, нагревают до 80-100oС, выдерживают при повышенной температуре в течение 0,5-2 ч, вводят щелочной реагент, например раствор гидроксида натрия и/или аммиака, до рН 5-8, образующуюся пульпу отстаивают и фильтруют, осадок гидроксида и гидроксокарбоната тория отделяют от маточного раствора, объединяют с радиоактивным иодатно-сульфатным кеком и направляют на переработку или на захоронение в хранилище спецотходов (ХСО). Кроме того, хлорид магния вводят в исходный раствор в количестве, обеспечивающем его содержание в растворе перед сорбцией 50-150 г/дм3. При этом для введения в исходный раствор хлорида магния используют природный и/или синтетический бишофит, и/или карналлит, и/или промпродукты, и/или отходы от переработки карналлитового сырья, выбранные из ряда: карналлитовая пыль первой стадии обезвоживания карналлита, шлам карналлитовых хлораторов. Кроме того, KIO3 вводят в виде раствора с концентрацией 10-50 г/дм3 в количестве 10-100 см3 на 1 дм3 раствора. Целесообразно ВаСl2 и Na2SO4 вводить в виде растворов с концентрацией 50-150 г/дм3 в количестве 1,2-1,5 моля Na2SO4 на 1 моль ВаСl2. 4 з.п. ф-лы, 2 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано для избирательного извлечения тория из растворов, содержащих другие металлы. Изобретение может быть использовано, в частности, в технологии получения оксида скандия из различного сырья - для избирательного извлечения и концентрирования тория из скандийсодержащих растворов.

Известен способ извлечения тория из растворов, заключающийся в сорбции ионов тория из хлоридно-солянокислых растворов с последующей десорбцией тория (см. Извлечение тория из отходов процесса хлорирования лопаритовых концентратов//Радиохимия, 1986, 4. С. 486-489). Недостатком известного способа является отсутствие избирательности процесса при извлечении тория из растворов, содержащих скандий: в этом случае одновременно с торием сорбируется также скандий. Этим же недостатком обладают и другие известные способы извлечения тория (а.с. 1420972 СССР, опубл. БИПМ 19, 2000, с. 602; а.с. 1485606 СССР, опубл. БИПМ 2, 2000, с. 593), заключающиеся в сорбции тория из растворов аминофосфорнокислыми амфолитами.

Из известных аналогов наиболее близким к предлагаемому изобретению по назначению, совокупности признаков и достигаемому результату является известный способ извлечения тория из растворов, содержащих скандий (а.с. 703929 СССР с приорит. от 05.10.1977. Опубл. БИ 41, 1983. С. 256; см. также: Известия ВУЗов, Цветная металлургия, 1984, 4. С. 59-61; Журнал прикладной химии, 1986, 4. С. 896-900) - принят за прототип.

Способ по прототипу заключается в следующем: исходный раствор, содержащий торий и скандий с рН 2,8-3,5 пропускают через сорбционную колонну с пористым сульфокатионитом в Na форме; сорбцию ведут при 60-90oС до "появления" тория в фильтрате, после чего катионит в колонне промывают в 2-3 объемах воды, раствором NaCl (для десорбции скандия) и, затем осуществляют десорбцию тория 1-3 н. раствором Na2CO3. По сравнению с другими, ранее известными методами, способ по прототипу позволяет избирательно извлекать торий из скандийсодержащих растворов. Недостатком известного способа является неудовлетворительная степень разделения скандия и тория и сравнительно невысокая динамическая обменная емкость по торию - т.е. емкость до "проскока" тория в фильтрат.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности процесса за счет повышения степени разделения скандия и тория; повышение производительности процесса за счет увеличения ДОЕ по торию.

Технический результат, достигаемый при этом, заключается в повышении степени извлечения тория из скандийсодержащих растворов, повышении степени очистки скандия от тория и сокращение безвозвратных потерь скандия с торием - с радиоактивными кеками и осадками. Иначе говоря, технический результат, достигнутый при реализации разработанного способа, заключается в повышении динамической емкости по торию и увеличению сорбционной нагрузки по торию, т. е. повышении производительности процесса, сокращении потерь скандия с торийсодержащим радиоактивными осадками.

Технический результат достигается тем, что в способе извлечения тория из технологических растворов, включающем сорбцию тория при рН 2,8-3,5 и температуре 60-95oС на пористом сульфокатионите с последующей промывкой катионита и десорбцией тория карбонатсодержащими растворами, новым является то, что в исходный раствор перед сорбцией предварительно вводят хлорид магния в количестве Mg2+ мг-экв на 1 мг-экв ионов Th4+ в исходном растворе, катионит после сорбции промывают сначала водой, затем раствором MgCl2 с концентрацией 50-150 г/дм3, промводы объединяют с фильтратом после сорбции последовательно вводят раствор (10-50 г/дм3) иодата калия в количестве 10-100 см3 на 1 дм3 раствора, после чего вводят растворы (50-150 г/дм3) хлорида бария и сульфата натрия в количестве 1,2-1,5 моля Na2SО4 на 1 моль ВаСl2, радиоактивный иодатно-сульфатный кек отделяют от дезактивированного раствора, который направляют на извлечение и утилизацию редких и рассеянных металлов (Sc), торийсодержащий элюат обрабатывают минеральной кислотой, например, соляной, до рН 0,5-2,0 нагревают до 80-100oС, выдерживают при повышенной температуре в течение 0,5-2 часов, вводят щелочной реагент, например раствор гидроксида натрия и/или аммония до рН 5-8, образующуюся пульпу отстаивают и фильтруют, осадок гидроксида и гидроксокарбоната тория отделяют от маточного раствора, объединяют с радиоактивным иодатно-сульфатным кеком и направляют на захоронение в хранилище спецотходов. Кроме того, хлорид магния вводят в исходный раствор в количестве, обеспечивающем его содержание в растворе перед сорбцией. Кроме того, при введении хлорида магния в исходный раствор перед сорбцией тория используют природный, и/или синтетический бишофит, и/или карналлит, и/или промпродукты, и/или отходы переработки карналлитового сырья, выбранные из ряда: карналлитовая пыль первой стадии обезвоживания карналлита, шлам карналлитовых хлораторов.

При прочих равных условиях предлагаемый способ, характеризующийся новыми приемами выполнения действий и новым порядком выполнения действий, использование определенных веществ, без которых невозможно осуществление самого способа, новыми режимами и параметрами осуществления процесса, обеспечивает достижение технического результата при осуществлении заявленного изобретения.

Проверка патентоспособности заявленного изобретения показывает, что оно соответствует изобретательскому уровню, так как не следует для специалистов явным образом.

Анализ уровня техники свидетельствует о том, что в книжной, журнальной и патентной литературе отсутствуют сведения об избирательном извлечении тория из технологических растворов, содержащих скандий путем сорбции из растворов при рН 2,8-3,5, в которых перед сорбцией предварительно вводят MgCl2 в количестве 10-100 мг-экв на 1 мг-экв Th, a промывку катионита после сорбции ведут раствором MgCl2 с концентрацией 50-150 г/дм3, фильтрат после сорбции объединяют с промводами, в объединенный раствор последовательно вводят КIO3, Na2SO4, ВаСl2, радиоактивный иодатно-сульфатный осадок отделяют от раствора, который направляют на извлечение редких металлов, например Sc, торийсодержащий карбонатный элюат обрабатывают НСl до рН 0,5-2,0, нагревают до 80-100oС, выдерживают 0,5-2 часа, вводят щелочной реагент до рН 5-8, пульпу отстаивают, фильтруют, радиоактивный осадок отделяют от раствора, объединяют с кеком и направляют в ХСО.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизны". Необходимо особо подчеркнуть, что технический результат по заявленному изобретению достигается лишь при выполнении всех вышеперечисленных условий и параметров процесса.

Невыполнение хотя бы одного из признаков (известного или нового) заявленного способа не позволяет увеличить динамическую вязкость по торию и не дает возможности повысить эффективность процесса извлечения тория из растворов, содержащих скандий. В частности, при использовании для сорбции тория фосфорсодержащих ионитов (вместо сульфокатионитов) и при выполнении всех остальных условий (рН, температура, концентрация MgCl2 и т.д.) технический результат не только не достигается, но и вообще избирательное извлечение тория из скандийсодержащих растворов не происходит. С другой стороны, при введении в исходный раствор MgCl2 в количествах, отличающихся от оптимальных (больше или меньше 50-150 г/дм3) эффект повышения ДОЕ по торию исчезает. Важным является также вопрос о "судьбе" растворов - торийсодержащих элюатов. В известных способах отсутствуют технические решения по их переработке и утилизации.

Таким образом, анализ совокупности признаков заявленного изобретения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что осуществление процесса в вышеуказанных условиях обеспечивает решение поставленной задачи и достижение технического результата. При нарушении вышеуказанных режимов процесса, последовательности действий и др. вышеуказанный технический результат не достигается.

Следует при этом отметить, что установленная причинно-следственная связь явным образом не следует для специалистов и никак не вытекает из литературных данных по химии и технологии тория и его соединений.

Сведения, подтверждающие осуществление предлагаемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата, а также сопоставление эффективности известного (по прототипу) и предлагаемого технических решений приведены в примерах.

Пример 1.

Проводится сопоставление эффективности извлечения тория из растворов по известному и предлагаемому способам.

По известному способу: через сорбционную колонку с 2 г пористого сульфокатионита КУ-23 в Na-форме пропускают раствор с рН 3,0, содержащий 2,4 г/л скандия и 4,4 г/л тория до "проскока" тория в фильтрат ("ДОЕ"). Сорбцию ведут при 80oС. После сорбции катионит в колонке промывают водой и осуществляют десорбцию: скандия - 2 н. раствором хлорида натрия; тория - 3 н. раствором карбоната аммония.

По предлагаемому способу: в исходный раствор, содержащий 2,7 г/л скандия и 3,7 г/л тория, вводят 100 г/л хлорида магния MgCl2 (33 мг-экв на 1 мг-экв Th). Этот раствор (рН 3,0) пропускают при 80oС через сорбционную колонку с 2 г макропористого сульфокатионита до "проскока" тория в фильтрат (ДОЕ). После сорбции катионит в колонке промывают водой и осуществляют десорбцию: скандия - раствором хлорида магния (100 г/дм3) и, затем, тория - 3 н. раствором карбоната аммония. Результаты опытов приведены в табл. 1. Данные таблицы 1 показывают, что предлагаемый способ обеспечивает по сравнению с прототипом повышение сорбционной нагрузки на катионит в 1,5 раза и, следовательно, увеличение производительности процесса - за счет введения в исходный раствор хлорида магния и приводит к увеличению объема раствора, пропущенного до "проскока" ионов тория в фильтрат и к повышению сорбционной емкости катионита по торию.

Одновременно с этим увеличивается примерно в 3 раза степень разделения скандия и тория на стадии сорбции.

Пример 2.

В исходный хлоридный раствор с рН 3,0, содержащий 5,0 г/дм3 тория и 4,0 г/дм3 скандия вводили 100 г/дм3 MgCl2 в количестве, обеспечивающем оптимальное соотношение Mg2+/Th4+, равное 24,4 мг-экв/мг-экв. Затем этот раствор пропускали при 805oС через обогреваемую сорбционную колонку с макропористым сульфокатионитом КУ-23 в солевой форме. Сорбцию проводили до "проскока" - до появления тория в фильтрате. В этих условиях торий избирательно сорбировался сульфокатионитом, а скандий вытеснялся в фильтрат. Небольшие количества скандия, оставшиеся в межзерновом пространстве и фазе катионита - после "проскока" Th4+, удаляли последовательной промывкой сначала водой (2 объема по отношению к объему смолы-катионита), затем раствором MgCl2 с концентрацией 100 г/дм3. Все промводы объединяли с фильтратом и последовательно вводили сначала раствор (10 г/дм3) КIO3 в количестве 30 см3 на 1 дм3, затем ВаСl2 и Nа2SO4 (в виде раствора с концентрацией 150 г/дм3) и Na2SO4 (в количестве 1,3 моля Na2SO4 на 1 моль ВаСl2). Полученную пульпу фильтровали, радиоактивный осадок, содержащий торий и дочерние продукты его распада (Ra-228, Ra-224), отделяли от маточного - дезактивированного скандийсодержащего раствора и затем этот осадок объединяли с гидратно-гидроксокарбонатным осадком, полученным после переработки торийсодержащего элюата (150 г/дм3 Na2CO3), для чего обрабатывали концентрированной НС1 до рН 10,2, нагревали до 955oС, выдерживали при этой температуре 1 час, после чего обрабатывали раствором NaOH (100 г/дм3) до рН 6,0. Выделяющийся осадок оксигидратов и гидроксокарбонатов тория отделяли от раствора фильтрованием, объединяли с иодатно-сульфатным осадком и направляли на захоронение в могильник ("ХСО" - хранилище спецотходов).

Пример 3.

Проводят сорбционное извлечение тория из растворов по примеру 1 (по предлагаемому способу, но концентрация хлорида магния в проведенных опытах составляет 20, 50, 150, 200 г/дм3. Результаты опытов приведены в табл.2.

Из табл. 2 видно, что повышение сорбционной нагрузки на катионит по торию (а следовательно, и повышение производительности процесса) обеспечивается введением в исходный раствор хлорида магния в количестве 50-150 г MgCl2/дм3.

Таким образом, реализация разработанного технического решения обеспечивает высокую избирательность (селективность) извлечения Th из скандийсодержащих растворов, позволяет при этом повысить производительность процесса в 1,5 раза. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ извлечения и концентрирования тория из технологических растворов, включающий сорбцию тория при рН 2,8-3,5 и температуре 60-95oС на пористом сульфакатионите с последующей промывкой катионита и десорбцией тория карбонатсодержащим раствором, отличающийся тем, что в исходный раствор перед сорбцией предварительно вводят хлорид магния в количестве 10-100 мгэкв Mg2+ на 1 мгэкв ионов Th4+ в исходном растворе, промывку катионита после сорбции ведут сначала водой, затем раствором хлорида магния с концентрацией 50-150 г/дм3, фильтрат после сорбции объединяют с промводами, в объединенный раствор последовательно вводят сначала иодат калия, затем хлорид бария и сульфат натрия, пульпу фильтруют, радиоактивный иодатно-сульфатный кек отделяют от дезактивированного раствора, который направляют на извлечение и утилизацию редких и рассеянных металлов, торийсодержащий элюат обрабатывают минеральной кислотой например соляной, до рН 0,5-2,0, нагревают до 80-100oС, выдерживают при повышенной температуре в течение 0,5-2 ч, вводят щелочной реагент, например раствор гидроксида натрия и/или аммиака, до рН 5-8, образующуюся пульпу отстаивают и фильтруют, осадок гидроксида и гидроксокарбоната тория отделяют от маточного раствора, объединяют с радиоактивным иодатно-сульфатным кеком и направляют на переработку или на захоронение в хранилище спецотходов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, хлорид магния вводят в исходный раствор в количестве, обеспечивающем его содержание в растворе перед сорбцией 50-150 г/дм3.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для введения в исходный раствор хлорида магния используют природный и/или синтетический бишофит, и/или карналлит, и/или промпродукты, и/или отходы от переработки карналлитового сырья, выбранные из ряда: карналлитовая пыль первой стадии обезвоживания карналлита, шлам карналлитовых хлораторов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что иодат калия вводят в виде раствора с концентрацией 10-50 г/дм1 в количестве 10-100 см3 на 1 дм3 раствора.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорид бария и сульфат натрия вводят в виде растворов с концентрацией 50-150 г/дм3 в количестве 1,2-1,5 моля сульфата натрия на 1 моль хлорида бария.


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