Изучение растворимости осадков некоторых лантаноидов в карбонатных средах

Руслан Романович Кашурин, Степан Алексеевич Герасёв, Арсений Павлович Суслов

Аннотация


Исследование рассматривает процесс растворения осадков карбонатов и фосфатов редкоземельных металлов при изменении концентрационных параметров системы. Задачей исследования является определение характера процесса растворения при различных составах изучаемых сред. В результате анализа теоретической базы представлены качественное и количественное содержание редкоземельных металлов в красном шламе и фосфогипсе, обуславливающие интерес к рассматриваемой проблеме. Также были рассмотрены доступные технологии извлечения редкоземельных металлов из красного шлама и фосфогипса, приведены их преимущества и недостатки. Рассматривался перспективный карбонатно-щелочной способ извлечения редкоземельных металлов. Для выявления возможности проведения процесса были рассчитаны термодинамические параметры системы. В ходе эксперимента рассмотрены факторы, влияющие на процесс растворения: концентрация карбонат-иона, природа катиона растворителя и катиона редкоземельного металла. В качестве анализируемых компонентов рассматривались карбонаты и фосфаты европия, гольмия и неодима. Карбонаты и фосфаты неодима, европия и гольмия растворялись в модельных растворах карбоната K2CO3 с концентрацией от 0,2–4,5 моль/л до состояния равновесия. Полученные результаты показывают зависимость растворимости осадков редкоземельных металлов от природы растворителя и его концентрации. Данные представлены в виде изотерм растворимости. На основании экспериментальных данных рассчитаны значения степени извлечения редкоземельного металла в раствор. Для карбонатов неодима, европия и гольмия максимальная степень извлечения αmax составила соответственно 72,8 %, 81,2 %, 83,0 % масс. В ходе эксперимента с растворением фосфатов лантаноидов получены следующие результаты: максимальная степень извлечения неодима – 60,59 %, европия – 51,66 %, гольмия – 93,01 %.


Ключевые слова


карбонат калия; изотерма; растворение; редкоземельные металлы; техногенное сырье; лантаноиды; шлам

Полный текст:

PDF

Литература


Мольков, А.А. Способ переработки фосфогипса / А.А. Мольков, Ю.И. Дергунов, В.П. Сучков // Известия Челябинского научного центра. – 2006. – Вып. 4. – С. 59–60.

Химические аспекты карбонатного выщелачивания скандия из красных шламов / С.И. Степанов, М.М. Аунг, Х. Йе. Аунг и др. // Вестник ВГУИТ. – 2018. – № 4. – С. 349–355. DOI: 10.20914/2310-1202-2018-4-349-355.

Podbiera-Matysik, K. Potencial Management of Waste Phosphogypsum with Particular Focus on Recovery of Rare Earth Metals / K. Podbiera-Matysik, K. Gorazda, Z. Wzorek // Pol. J. Chem. Technol. – 2015. – P. 55–57. 10.1515/pjct-2015-0009.

Study of Rare Earths Leaching After Hydrothermal Conversion of Phosphogypsum / A.S. Masmoudi, I.N. Hammas, K. Horchani Naifer, M. Férid // Chem. Afr. – 2019. – № 2. – P. 415–422. DOI: 10.1007/s42250-019-00048-z.

Evan, K. The History, Challenges and New Developments in the Management and Use of Bauxite Residue / K. Evan // J. Sustain. Met. – 2016. – V. 2. – P. 316–331. DOI: 10.1007/s40831-016-0060-x.

Ritters, S.K. Making the Most of Red Mud / S.K. Ritters // Chem. Eng. News. – 2014. – V. 92, no. 8. – P. 33. DOI: 10.1021/cen-09208-scitech1.

Soltani, F. Selection of an Appropriate Leaching Method for Light REEs from Esfordi Flotation Concentrate Based on Mineral Characterization / F. Soltani, M. Abdollahy // J. South. Afr. Inst. Min. Metall. – 2017. – P. 443–449. DOI: 10.17159/2411-9717/2017/v117n5a6.

Найманбаев, М.А. Комплексное использование фосфогипса / М.А. Найманбаев, Н.Г. Лохова, Ж.А. Балтабекова // Горный журнал Казахстана. – 2009. – С. 28–29.

Royen, H. Rare Earth Elements – Purification, Separation and Recycling / H. Royen, U. Fortkamp // Sweden: IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd. Technical Report No. C211. – 2016. – P. 8–28.

Переработка отвального шлама глиноземного производства с извлечением скандиевого концентрата / И.Н. Пягай, В.Л. Кожевников, Л.А. Пасечник и др. // Записки горного института. – 2016. – Т. 218. – С. 225–232.

Towards Zero-Waste Valorization of Rare-Earth-Containing Industrial Process Residues: A Critical Review / K. Binnemans, P.T. Jones, B. Blanpain et al. // J. Clean. Prod. – 2015. – V. 99. – P. 17–38. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.02.089.

Скандий России: перспективы освоения минерально-сырьевой базы и развития производства / Л.З. Быховский, В.В. Архангельская, Л.П. Тигунов и др. // Минеральное сырье. Серия геолого-экономическая. – 2007. – № 22. – C. 45.

Mattila, H.-P. Mineral Carbonation of Phosphogypsum Waste for Production of Useful Carbonate and Sulfate Salts Thermal and Flow Engineering Laboratory / H.-P. Mattila, R. Zevenhoven // Front. Energy Res. – 2015. – P. 1–3. DOI: 10.3389/fenrg.2015.00048.

Бушуев, Н.Н. Физико-химическое исследование промышленного осадка, содержащего редкоземельные элементы, полученного из упаренной экстракционной фосфорной кислоты / Н.Н. Бушуев, Д.С. Зинин // Успехи в химии и химической технологии. – 2013. – Т. 27. – C. 19–20.

Phosphogypsum Processing for Rare Earths Recovery – A Review / Y. Xiaosheng, D. Salvador, H.T. Makkonen et al. // Natural Resources. – 2019. – P. 325–336. DOI: 10.4236/nr.2019.109021.

Extraction of lanthanum and cerium from Indian red mud / Abhilash, S. Sinha, M.K. Sinha et al. // Int. J. Miner. Process. – 2014. – № 127. – P. 70–73. DOI: 10.1016/j.minpro.2013.12.009.

Lambrini, V.T. Investigation of the Separation of Scandium and Rare Earth Elements from Red Mud by Use of Reversed-Phase HPLC / V.T. Lambrini, M.Th. Ochsenkuhn-Petropoulou, L.N. Mendrinos // Anal. Bioanal. Chem. – 2004. – № 379. – P. 796–802. DOI: 10.1007/s00216-004-2667-1.

Pilot-Plant Investigation of the Leaching Process for the Recovery of Scandium from Red Mud / M. Ochsenkuhn-Petropulu, K.S. Hatzilyberis, L.N. Mendrinos et al. // Ind. Eng. Chem. Res. – 2002. – № 41. – P. 5794–5801. DOI: 10.1021/ie011047b.

Деревянкин, В.А. Поведение скандия и лантана при переработке красного шлама / В.А. Деревянкин, Т.П. Поротникова, Е.К. Кочерова // Известия вузов. Цветная металлургия. – 1981. – № 5. – С. 86–87.

Cantrell, K.J. Rare Earth Element Complexation by Carbonate and Oxalate Ions / K.J. Cantrell, R.H. Byrne // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1987. – P. 597–605. DOI: 10.1016/0016-7037(87)90072-X.

Millero, F.J. Stability Constants for the Formation of Rare Earth Inorganic Complexes as a Function of Ionic Strength / F.J. Millero // Geochim. Cosmochim. Acta. – 1992. – P. 3123–3132. DOI: 10.1016/0016-7037(92)90293-R.

Johannesson, K. H. The Rare Earth Element Geochemistry of Mono Lake Water and the Importance of Carbonate Complexing / K.H. Johannesson, W. Berry Lyons // Limnol. Oceanogr. – 1994. – V. 39(5). – P. 1141–1154. DOI: 10.4319/lo.1994.39.5.1141.

Spahiu, K. A Selected Thermodynamic Database for REE to be Used in HLNW Performance Assessment Exercises / K. Spahiu, J. Bruno // MBT Tecnologia Ambiental, Cerdanyola, Spain. – 1995. – P. 2–22.

Kenneth N.H. Effect of Anions on the Solubility of Rare Earth Element-Bearing Minerals in Acids / N.H. Kenneth // Mining, Metallurgy & Exploration. – 2018. – P. 4–14. DOI: 10.1007/s42461-018-0029-3.

База данных «Термические константы веществ» – http://www.chem.msu.ru/cgi-bin/tkv.pl?show=welcome.html (дата обращения: 30.04.2020).

Taketatsu, T. Dissolution and Anion Exchange Behavior of the Rare Earth Elements in Potassium and Ammonium Carbonate Solutions / T. Taketatsu // Bull. Chem. Soc. Japan – 1962. – P. 1573–1576. DOI: 10.1246/bcsj.35.1573.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.