Редкоземельные металлы

ИТС 24–2020

РЗЭ. Эти процессы нуждаются в дальнейшем совершенствовании, и именно в этом направлении развиваются исследования, проводимые в настоящее время в ведущих странах, занимающихся промышленной переработкой монацита.

Для процессов разделения урана, тория и РЗЭ методами, основанными на разнице в растворимости некоторых соединений перечисленных элементов, перспективным является исследование карбонатных или карбонатно-щелочных систем.

Для совершенствования процессов экстракционного извлечения урана, тория и РЗЭ из растворов выщелачивания сложного солевого состава наиболее перспективным остается применение синергетных смесей экстрагентов различных классов.

В общем случае существуют две альтернативные схемы переработки — на основе щелочного и сернокислотного вскрытия. Поэтому целесообразно в дальнейшем прорабатывать эти два варианта схем.

Одним из возможных направлений развития схемы сернокислотного вскрытия является проведение двухстадийной сульфатизации. За счет этого целесообразно попытаться достигнуть снижения рабочей температуры процесса с 200–250 °С до 150–180 °С (при которой скорость разложения кислоты, а соответственно, и интенсивность газовыделения, резко замедляется). Проведение процесса при 150–180 °С удобно еще и тем, что исключает образование сухого спека и позволяет организовать процесс перемешивания в реакторе.

При разработке щелочной схемы переработки монацитового концентрата наиболее целесообразно наличие следующих технологических операций:

–измельчение монацитового концентрата;

–обработка монацита концентрированным раствором гидроокиси натрия;

–репульпация полученной реакционной массы с отделением щелочного раствора фосфата натрия фильтрацией;

–растворение осадка гидроксидов в минеральной кислоте (соляной или по возможности азотной) с переводом тория, урана и РЗЭ в раствор;

–последовательное экстракционное выделение из раствора тория и урана

ввиде чистых соединений;

–выделение суммы РЗЭ в виде промежуточного труднорастворимого соединения или экстракционное выделение индивидуальных РЗЭ непосредственно из рафината экстракции урана;

–обязательная регенерация щелочи (полная или частичная), осуществляемая либо кристаллизацией тринатрийфосфата с возвратом маточника кристаллизации (раствор 40–47 % NaOH) на операцию вскрытия монацита, либо обработкой щелочного раствора фосфата натрия известью с выделением отвального трикальцийфосфата и щелочного раствора;

153

ИТС 24–2020

– обязательна тщательная многостадийная очистка всех сбросных растворов, а также растворов, направляемых на выделение тринатрийфосфата или трикальцийфосфата от радиоактивных примесей: тория, радия, полония, радиоактивного свинца.

При разработке всех схем необходимо руководствоваться принципом максимального сокращения количества радиоактивных твердых отходов, поскольку захоронение их стоит дорого. Поэтому целесообразно максимально исключить осадительные операции, приводящие к «размазыванию» тория по твердым фазам, а также бороться за полноту выделения тория в виде компактных чистых соединений, удобных как для захоронения, так и для возможной реализации.

Сернокислотный способ переработки монацитового концентрата состоит в разложении концентрата серной кислотой с последующим выщелачиванием водой сульфатов РЗЭ и тория. Из раствора раздельно выделяют соединения тория и РЗЭ.

Разложение. Измельченный монацитовый концентрат (0,15–0,1 мм) разлагают концентрированной серной кислотой при температуре 180–200 °С (1,5– 2 т на 1 т концентрата, что в 2,5–3 раза превышает теоретически необходимое количество) в течение 2–4 ч. Разложение ведут в стальных или чугунных аппаратах периодического действия с мешалкой или в барабанных вращающихся сульфатизаторах с автоматической подачей серной кислоты и концентрата и непрерывной выгрузкой получаемого продукта.

После окончания разложения пастообразную реакционную массу выщелачивают в стальных освинцованных аппаратах холодной водой (10 л на 1 кг разлагаемого концентрата). Такое разбавление необходимо для обеспечения перевода в раствор сульфатов РЗЭ и тория.

Для выделения тория и РЗЭ из сульфатных растворов применяют способ ступенчатой нейтрализации растворов с осаждением фосфатов тория и РЗЭ, основанный на различии значений рН выделения фосфата тория и фосфатов лантаноидов: фосфат тория выделяется из сернокислых растворов при рН 1, в то время как фосфаты РЗЭ осаждаются при рН ~ 2,3.

В основе щелочного способа лежит реакция взаимодействия монацита с раствором гидр оксида натрия:

LnPO4(тв)+3NaOH(раств) Ln(OH)3(тв)+Na3PO4(раств) (2.34).

Полное разложение монацита достигается при тонком измельчении концентрата (96,5 класса -0,044 мм) с применением 45 %-го раствора гидроксида натрия в количестве 1,5 кг NaOH на 1 кг монацита (что составляет 300 % от теоретически необходимого количества) и обработке при температуре 140 °С в

154

ИТС 24–2020

течение 3 ч. Повышение температуры разложения до 200 °С приводит к практически полному вскрытию. Концентрат разлагают гидроксидом натрия в стальных реакторах.

Из фильтрата после осаждения тория раствором гидроксида натрия осаждают смесь гидроксидов РЗЭ. Высушенный осадок гидроксидов лантаноилов имеет следующий примерный состав, %: РЗЭ — 73; Тh — 0,05; U — 0,005; Fe — 0,002; Si — 0,4; Р — 0,1; Cl — 7,9.

Преимущества щелочного метода перед методом разложения монацита серной кислотой — отделение уже на первой стадии фосфора от тория и лантаноидов с получением полезного побочного продукта — фосфата натрия. Однако сернокислотный метод экономичней и более универсален — применим к монацитовым концентратам различного происхождения.

2.21 Магний

Основным источником сырья для производства магния и магниевых сплавов служит обогащенный карналлит, произведенный ПАО «Уралкалиий» (г. Соликамск). Исходным материалом является карналлитовая руда Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей.

В основе технологии получения магния, для производства магния и магниевых сплавах, принятой на профильных предприятиях РФ (по состоянию на 2020 г) является электролиз безводного карналлита КСl *MgCl2.

В технологической практике имеются некоторые отличия, обусловленные использованием для проведения электролиза из отличающихся по составу и происхождению источников сырья.

При использовании карналлита из природных источников, получают магнийсырец. Он служит основой для производства товарного магния и сплавов на его основе.

На титано-магниевых производствах, использующих процесс Кроля оперируют так называемым оборотным магнием. Его производят из техногенного сырья возвратного MgCl2 — продукта магние-термического восстановления тетрахлорида титана. Произведенный из этого сырья магний полностью возвращают

впроцесс. Откуда и название.

Вданном случае операция подготовки сырья к электролизу существенно сокращена. Существующие технологические схемы получения магния электролизом хлористого магния различаются методами подготовки сырья в зависимости от исходных материалов и конструкции аппаратуры, а также способами использования хлора и по другим признакам. Общим для большинства технологических схем является необходимость полного обезвоживания сырья, подвергающегося электролизу, так как даже небольшое количество влаги в сырье чрезвычайно вредно для этого процесса. Хлор, выделяющийся в эквивалентном магнию количестве, не может быть выпущен в атмосферу и должен быть

155