Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН, Красноярск, Россия:

С. Н. Калякин, старший научный сотрудник, канд. хим. наук
В. И. Кузьмин, главный научный сотрудник, докт. хим. наук
М. А. Мулагалеева, младший научный сотрудник, эл. почта: maral7508@mail.ru

Изучено применение бинарных экстрагентов (БЭ) в схемах противоточных экстракционных каскадов, предназначенных для разделения редкоземельных металлов (РЗМ). Показано, что основным отличием использования БЭ от катионообменных экстрагентов (КЭ) является возможность применения в каскадах реэкстракции деионизованной воды, а не растворов минеральных кислот. При оптимизации схемы разделения РЗМ применена математическая модель динамического расчета распределения разделяемых металлов по ступеням противоточных экстракционных каскадов. Моделирование каскадов проведено на основе ранее полученного авторами физико-химического описания процессов экстракции нитратов РЗМ различными составами БЭ, приготовленными на основе промышленных катионо- и анионообменных экстрагентов. Расчет баланса лантаноидов при последовательном разделении по ступеням каскадов выполнен для исходной смеси нитратов РЗМ с соотношением элементов, соответствующим составу руды Чуктуконского редкометалльного месторождения. Предложена схема каскадов для выделения в чистом виде пяти наиболее востребованных промышленностью РЗМ легкой и легкой/средней групп (Pr, Nd, Sm, Eu, Gd), концентрата La, Ce и концентрата РЗМ средней/тяжелой и тяжелой групп. Схема включает 10 противоточных экстракционных каскадов с общим числом экстракционных ступеней 390. В схеме использованы БЭ на основе ди-(2-этилгексил) фосфорной кислоты, синтетических жирных кислот, три-н-октиламина и промышленного разбавителя. Для предложенной схемы минеральную кислоту используют только на стадии получения нитратов РЗМ из исходных оксидов, на 1 кг оксидов РЗМ расходуется 1,8 кг (65 %) азотной кислоты. Для осаждения карбонатов РЗМ из реэкстрактов расход карбоната натрия составляет примерно 1 кг на 1 кг исходных оксидов РЗМ. Применение БЭ в сравнении с КЭ позволяет значительно сократить расход минеральных кислот и оснований при разделении и получении индивидуальных РЗМ.

Работа выполнена в рамках государственного задания Института химии и химической технологии СО РАН (проект 0287-2021-0014) с использованием оборудования Краноярского регионального центра коллективного пользования ФИЦ КНЦ СО РАН.

1. 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.
2. Liao C., Wu S., Cheng F., Wang S., Liu Y. et al. Clean separation technologies of rare earth resources in China // Rare Earths. 2013. Vol. 31, No. 4. P. 331–336.
3. Белова В. В. Тенденции развития экстракционных процессов извлечения и разделения редкоземельных металлов // Химическая технология. 2016. Т. 17, №. 5. С. 228–240.
4. Kalyakin S. N., Kuzmin V. I., Mulagaleeva M. A. Binary extraction of neodymium nitrate using 2-ethylhexylphosphonic acid 2-ethylhexyl mono ester and tri-n-octylamine // Journal of Molecular Liquids. 2019. Vol. 273. P. 45–49.
5. Белова В. В. Тенденции применения ионных жидкостей и бинарных экстрагентов в процессах извлечения и разделения лантанидов и актинидов // Радиохимия. 2021. Т. 63, № 1. С. 3–12.
6. Белова В. В., Царева Ю. В. Экстракция хлоридов лантаноидов в водно-органических двухфазных системах с солями третичных и вторичных аминов // Химическая технология. 2019. Т. 20, № 10. С. 469–474.
7. Liu Y., Lee M., Senanayake G. Potential connections between the interaction and extraction performance of mixed extractant systems: a short review // Journal of Molecular Liquids. 2018. Vol. 268. P. 667–676.
8. Belova V. V., Tsareva Yu. V. Interphase distribution of lanthanide nitrates in aqueous organic two-phase systems with amine and organic acid salts // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2020. Vol. 54, No. 4. P. 769–774.
9. Belova V. V., Petyaeva M. M., Tsareva J. V., Kostanyan A. E. Solvent extraction of lanthanides (III) from chloride and nitrate media with di(2-ethylhexyl) phosphoric acid and ionic liquids in three-component biphasic solvent systems // Hydrometallurgy. 2021. Vol. 199. Article 105526.
10. Холькин А. И., Кузьмин В. И., Пашков Г. Л. Бинарная экстракции и перспективы ее применения // Изв. Сиб. отд. АН СССР. Сер. хим. наук. 1990. No. 5. С. 3–17.
11. Serdyuk S. S., Lomayev V. G., Kuzmin V. I., Flett D. S., Gudkova N. V. et al. The Chuktukon niobium-rare earth metals deposit: Geology and investigation into the processing options of the ores // Minerals Engineering. 2017. Vol. 113. P. 8–14.
12. Singh D. K., Singh H., Mathur J. N. Extraction of rare earths and yttrium with high molecular weight carboxylic acids // Hydrometallurgy. 2006. Vol. 81. P. 174–181.
13. Basualto C., Valenzuela F., Molina L., Munoz J. P., Fuentes E., Sapag J. Study of the solvent extraction of the lighter lanthanide metal ions by means of organophosphorus extractants // J. Chil. Chem. Soc. 2013. Vol. 58. P. 1785–1789.
14. Холькин А. И., Кузьмин В. И. Бинарная экстракция // Журнал неорганической химии. 1982. Т. 27, № 2. С. 2070–2074.
15. Sahoo A., Swain J., Bhatta B. C. Extraction of La (III) from nitric acid using Tri-octyl amine in kerosene // Journal of Applied Chemistry. 2017. Vol. 10, No. 10. P. 52–58.
16. Korobeinikov A. I., Kalyakin S. N. Optimization of the Technology of Extraction-Based Separation of Rare Earth and Transplutonium Elements Using a New Numerical Method for Calculating Chemical Equilibria // Chemistry for Sustainable Development. 2021. Vol. 29, No 3. P. 325–332.
17. Зимина Г. В., Николаева И. И., Таук М. В., Цыганкова М. В. Экстракционные схемы разделения редкоземельных металлов // Цветные металлы. 2015. № 4. С. 23–27. DOI: 10.17580/tsm.2015.04.04.
18. Setyadji M., Purwani M. V. Solvent Selection for Extraction of Neodymium Concentrates of Monazite Sand Processed Product // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 962. Article 012062.