Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), кафедра общей химии, Москва, Россия:

А. В. Вальков, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: ale11534@yandex.ru
Е. А. Ананьева, доцент, канд. хим. наук
В. В. Сергиевский, профессор, докт. хим. наук

Общепринятым методом выделения требуемого элемента из смеси редкоземельных элементов (РЗЭ) является использование двух каскадов, причем на одном каскаде отделяют элементы с более высоким порядковым номером, а на втором каскаде — с более низким порядковым номером (или наоборот). Рассмотрены особенности извлечения и разделения редкоземельных и сопутствующих им в рудах элементов (актиний, иттрий) экстракцией смесями катионообменных и анионообменных экстрагентов. Для указанных экстрагентов зависимости коэффициентов распределения РЗЭ от атомного номера противоположны. Поэтому изменение состава смесей этих экстрагентов позволяет регулировать в широком диапазоне их экстракционную способность и селективность извлечения элементов. Показано, что подбор состава смесей позволяет создать условия, при которых требуемый элемент извлекается хуже остальных, и его можно выделить в однокаскадном экстракционном процессе. При этом чем больше коэффициенты разделения соседних РЗЭ при экстракции каждым из экстрагентов, тем выше селективность разделения. Для успешного выделения требуемого элемента из смеси лантаноидов в рамках одного экстракционного каскада коэффициенты разделения между соседними элементами при экстракции индивидуальными экстрагентами должны быть не менее 3,0. Для некоторых элементов (иттрий, актиний) наблюдается смещение положения элемента в ряду РЗЭ по коэффициентам распределения, заключающееся в том, что при экстракции одним экстрагентом коэффициент распределения этого элемента расположен ближе к лантану, а другим экстрагентом — ближе к лютецию. Показано, что в этом случае появляется возможность отделить такой элемент (например, иттрий) в рамках одного каскада, а коэффициенты разделения между соседними элементами могут быть гораздо меньше. Селективность разделения повышается при смещении выделяемого элемента в ряду лантаноидов (по коэффициентам распределения): чем больше величина смещения выделяемого элемента, тем выше коэффициент разделения выделяемого элемента от остальных РЗЭ. Использование одного экстракционного каскада вместо двух существенно уменьшает издержки производства.

1. Вальков А. В. Рациональная технология разделения редкоземельных концентратов // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 42–49. DOI: 10.17580/tsm.2020.02.05.
2. Wang X., Li W., Meng S., Li D. The extraction of rare earths using mixtures of acidic phosphorus-based reagents or their thioanalogues // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2006. No. 81. Р. 761–766. DOI: 10.1002/jctb.153.
3. Padhan E., Sarangi K. Экстракция празеодима растворителем с использованием различных экстрагентов — синергетическое исследование // Separation Science and Technology. 2018. Vol. 53, Iss. 2. P. 295–302. DOI: 10.1080/01496395.2017.1385625.
4. Xie F., Zhang T. A., Dreisinger D., Doyle F. A critical review on solvent extraction of rare earths from aqueous solutions // Minerals Engineering. 2014. Vol. 56. P. 10–28.
5. Вальков А. В., Сергиевский В. В., Ягодин Г. А. Некоторые закономерности извлечения и разделения редкоземельных элементов смесями экстрагентов // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 1982. Т. 25. № 3. С. 333–335.
6. Mohammadi M., Forsberg K., Kloo L., De La Cruz J. M. Separation of Nd(III), Dy(III) and Y(III) by solvent extraction using D2EHPA and EHEHPA // Hydrometallurgy. 2015. Vol. 56. Р. 215–224. DOI: 10.1016/j.hydromet.2015.05.004.
7. Quinn J. E., Soldenhoff K. H., Stevens G. W., Lengkeek N. A. Solvent extraction of rare earth elements using phosphonic/phosphinic acid mixtures // Hydrometallurgy. 2015. Vol. 157. October. P. 298–305.
8. Ying Xiong, Xianglan Wang, Deqian Li. Synergistic extraction and separation of heavy lanthanide by mixtures of bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid and 2-ethylhexyl phosphinic acid mono-2-ethylhexyl ester // Separation Science and Technology. 2005. Vol. 40, Iss. 11. Р. 2325–2336. DOI: 10.1080/01496390500202472.
9. Sun X., Zhao J., Meng S., Li D. Synergistic extraction and separation of yttrium from heavy rare earths using mixture of secoctylphenoxy acetic acid and bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid // Analytica Chimica Acta. 2005. Vol. 533, Iss. 1. P. 83–88.
10. Wang Y., Liao W., Li D. A solvent extraction process with mixture of CA12 and Cyanex272 for the preparation of high purity yttrium oxide from rare earth ores // Separation and Purification Technology. 2011. Vol. 82. P. 197–201. DOI: 10.1016/j.seppur.2011.09.018.
11. Jia Q., Tong S., Li Z., Zhou W., Li H. et al. Solvent extraction of rare earth elements with mixtures of sec-octylphenoxy acetic acid and bis(2,4,4-trimethylpentyl) dithiophosphinic acid // Separation and Purification Technology. 2009. Vol. 64, Iss. 3. P. 345–350. DOI: 10.1016/j.seppur.2008.10.02.
12. Тхи Иен Хоа, Горячева А. А., Спепанов С. И. Синергетная экстракция Y(3) из нитратных растворов смесями ТОМАН-ТБФ // Успехи в химии и химической технологии. 2019. Т. 33, № 9. С. 19–21.
13. Вальков А. В., Хмелевская Н. Д. Экстракция редкоземельных элементов смесями изомеров трибутилфосфата и нитрата триалкилметиламмония // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2018. Т. 61, № 7. С. 55–61.
14. Abreu R. D., Morais C. A. Study on separation of heavy rare earth elements by solvent extraction with organophosphorus acids and amine reagents // Minerals Engineering. 2014. Vol. 61. P. 82–87. DOI: 10.1016/j.mineng.2014.03.015.
15. Yang Liu, Man Seung Lee. Analysis of the Interaction between organophosphorus acid and tertiary amine extractants in the binary mixtures by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2016. Vol. 34, Iss. 1. P. 74–85. DOI: 10.1080/07366299.2015.1132059.
16. Пат. США 3575687. Процесс селективного разделения редкоземельных металлов из их водных растворов / Drobnich J. L., Kruesi P. R., Chen T. P. 20.04.71.
17. Каралова З. K., Некрасова B. B., Пыжова З. И. Экстракционное выделение актиния, америция и европия из щелочных растворов четвертичными аммониевыми основаниями // Радиохимия. 1978. Т. 20, № 6. С. 845–850.
18. Al-Masri M. S., Al Abdullah J., Amin Y. et al. Separation of actinium-227 and its daughter radium-223 from phosphogypsum // J. Radioanal Nucl Chem. 2020. Vol. 325. Р. 463–470. DOI: 10.1007/s10967-020-07251-0.