Металлургия редких металлов

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ МОНАЦИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

В результате переработки монацита получают два вида продуктов: ториевый концентрат и техническую (загрязнен­ную примесями) смесь соединений РЗЭ.

В промышленной практике исползуют два способа разложе­ния монацитовых концентратов:

Серной кислотой;

Растворами гидроксида натрия.

Сернокислотный способ

Этот способ переработки монацита состоит в разложении концентрата крепкой серной кислотой с последующим выщела­чиванием водой сульфатов РЗЭ и тория.

Разложение. Измельченный монациотовый концентрат 0,15 - ОД мм) разлагают концентрированной серной кис­лотой при 180 - 200 °С (1,5 - 2 т на 1т концентрата, что в 2,5 - 3 раза превышает стехиометрически 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.

Основные реакции, протекающие при разложении:

2LnP04 + 3H2S04 = Lnl S04)3 + 2H3P04; (ll. l)

Th3(P04)4 + 6H2S04 = 3Th(S04)2 + 4H3P04. (11.2)

Минералы титана - ильменит и рутил - также разлагаются серной кислотой с образованием сульфатов титана.

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. К концу выщелачивания тем­пература раствора должна быть не выше 20 - 25 °С, так как растворимость сульфатов РЗЭ сильно понижается с повышени­ем температуры.

Растворы содержат редкие земли, торий, фосфорную кис­лоту, избыточную серную кислоту, примеси титана, железа, а также один из продуктов распада тория - мезоторий (изо­топ радия). Для его выделения в раствор добавляют хлорид бария. Образующийся сульфат бария служит носителем, с ко­торым соосаждается изоморфный с ним сульфат радия.

Раздельное выделение тория и РЗЭ из сульфатных растворов. Различные технологические схемы сернокислотно­го способа переработки монацитовых концентратов отличают­ся одна от другой вариантами выделения из сернокислых растворов ториевого концентрата и концентрата РЗЭ.

Наиболее распространен способ ступенчатой нейтрализа­ции растворов с осаждением фосфатов тория и РЗЭ, основан­ный на различии рН выделения фосфата тория и фосфатов лантаноидов: фосфат тория выделяется из сернокислых рас­творов при рН = 1,0, в то время как фосфаты РЗЭ осаждают­ся при рН ~ 2,3.

Нейтрализацию обычно ведут разбавленными растворами аммиака. После нейтрализации раствора до рН = 1 и нагре­вания до кипения около 99 % тория выделяется в составе малорастворимого пирофосфата тория ThP207. Вместе с тори­ем соосаждается 5-8% лантаноидов (по отношению к их содержанию в растворе).

Раствор после отделения осадка фосфата тория нейтрали­зуют аммиаком до рН = 2,3. При этом большая часть РЗЭ осаждается, по всей вероятности, в составе кислых фосфа­тов типа (Ln)2(HP04)3. Осадок направляют на операции по­лучения чистых соединений РЗЭ. Фильтрат, в котором содер­жится некоторое количество РЗЭ и уран, нейтрализуют амми­аком до рН = 6,0 для осаждения гидроксида уранила вместе с оставшимися в растворе лантаноидами. Осадок содержит до 1 % урана и представляет собой концентрат, направляемый на извлечение урана.

Щелочной способ

В основе процесса лежит реакция взаимодействия монаци­та с растворами гидроксида натрия:

L"p°4(tb> + 3NaOH(paCTB) = Ln( ОН)з(тв) + Na3P04(paCTB). (П-3)

Полное разложение монацита достигается при условии тонкого измельчения концентрата (96,5 % класса - 0,044 мм), применении 45%-ного раствора NaOH в количестве 1,5 кг NaOH на 1кг монацита (что составляет ~300% от сте - хиометрического количества) и обработке при 140 °С в те­чении примерно 3 ч. Повышение температуры разложения до 200 °С приводит к практически полному вскрытию, но полу­чаемые при этом осадки гидроксидов трудней растворяются в кислоте, что, вероятно, объясняется частичной их дегидр - тацией. Высокий расход реагента - основной недостаток способа вскрытия монацита гидроксидом натрия. 12-1325 353

Концентрат разлагают щелочью в стальных реакторах. По­лученную пульпу спускают в сборник, где разбавляют про­мывными водами с последующих операций (до содержания 30 % NaOH). Во избежание кристаллизации фосфата натрия пульпу нагревают до 100 - 110 °С и после выдержки в течение 1 ч (для получения легко фильтруемых осадков) горячую пульпу фильтруют, фильтрат, содежащий Na3P04 и избыточный NaOH, выпаривают и затем кристаллизуют из него тринатрий фосфат (Na3P04 • 12Н20), который является полезным побочным про­дуктом производства. Остаточный раствор гидроксида натрия возвращают на операцию разложения концентрата.

Осадок гидроксидов растворяют в концентрированной со­ляной кислоте, взятой примерно в количестве 125 % от сте - хиометрического эквивалента.

Полученный солянокислый раствор разбавляют и нейтрали­зуют гидроксидом натрия до рН = 5,8. При этом практически весь торий осаждается в виде гидроксида. Вместе с ним осаждается 99,3 % урана и соосаждается около 3 % РЗЭ, со­держащихся в растворе.

Из фильтрата после осаждения тория раствором щелочи осаждают смесь гидроксидов РЗЭ. Высушенный осадок гидрок­сидов имеет следующий примерный состав, %: Ln 73; Th 0,05; V 0,005; Fe 0,02; Si 0,4; P 0,1; Cl 7,9.

Преимущества щелочного метода перед методом разложения монацита серной кислотой заключаются в отделении 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.