Извлечение редкоземельных металлов из фосфогипса и растворов подземного выщелачивания урана

Проведены исследования по извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ) из техногенных источников – фосфогипса и растворов подземного выщелачивания урана (ПВУ). Установлено, что механоактивация в значительной мере увеличивает степень выщелачивания РЗЭ из фосфогипса. Также получены данные по сорбционному выщелачиванию РЗЭ из фосфогипса. Показано, что химическая активация в зависимости от используемого ионита и его формы может в 2 раза увеличить степень выщелачивания по целевым компонентам. Представлены результаты исследования по сорбционному извлечению скандия из растворов подземного выщелачивания урана. Установлено, что сорбция Sc из растворов ПВУ на катионите Purolite S-957 происходит значительно лучше, чем на амфолитах Lewatit TP-260, Purolite S-950, Tulsion CH-93 и ЭКО-10. Однако необходимо отметить и тот факт, что все рассмотренные сорбенты не отличаются высокой селективностью по отношению к ионам Sc. Приведены сравнительные данные по извлечению Sc из растворов ПВУ коммерческим сорбентом ТВЭКС Lewatit VP OC-1026 и ТВЭКС Axion-22, синтезированными по приведенной в работе методике. Определен механизм экстракции скандия из растворов ПВУ с использованием Axion-22 и установлено, что он имеет довольно высокую селективность по отношению к ионам Sc. Представлены результаты исследования по десорбции скандия из насыщенного ТВЭКС. Показано, что наиболее эффективным десорбирующим агентом является водный раствор фтористо-водородной кислоты. Также в работе рассмотрено сорбционное извлечение РЗЭ из растворов ПВУ на катионитах КУ-2, КМ-2П, КФ-11. Выявлено, что что лучшими элюентами для десорбции РЗЭ из насыщенного катионита являются растворы хлорида кальция и нитрата аммония. Показано, что значительное концентрирование суммы РЗЭ и очистку от основных примесей (Fe и Al) достаточно эффективно можно осуществить на стадии осаждения РЗЭ из раствора десорбции посредством дробного гидролиза. Представлены данные по разделению La, Nd и Sm путем элюирования из насыщенного импрегната, содержащего в своей структуре фосфорилподанд и Д2ЭГФК. Также отмечено, что для экстракции РЗЭ из растворов различных электролитов значительный интерес представляют ионные жидкости. В качестве примера извлечения РЗЭ из фосфогипса представлена одна из разработанных технологических схем.

1. David S.A. The elements of power: Gadgets, guns, and the struggle for a sustainable future in the rare metal age. New Haven: Yale University Press., 2017. 336 р.

2. Wang W., Pranolo Y., Cheng C.Y. Metallurgical processes for scandium recovery from various resources: A review. Hydrometallurgy. 2011;108:100—108. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.03.001

3. Быховский Л.З., Архангельская В.В., Тигунов Л.П., Ануфриева С.И. Перспективы освоения минерально-сырьевой базы и развития производства скандия в России и других странах СНГ. Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2007;5:27—32.

4. Кантемиров В.Д., Титов Р.С., Яковлев А.М. К вопросу целесообразности комплексного освоения минеральных ресурсов Уральского региона. Известия Уральского государственного горного университета. 2023;3(71):64—76. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-3-64-76

5. Степанов С.И., Бояринцев А.В., Хтет Й.А., Чекмарев А.М. Извлечение скандия из красных шламов и отходов мокрой магнитной сепарации титано-железо-ванадиевых руд. Разведка и охрана недр. 2020;10:40—45.

6. Botelho Junior B., Espinosa D.C.R., Tenório J.A.S., Vaughan J. Recovery of scandium from various sources: A critical review of the state of the art and future prospects. Minerals Engineering. 2021;172:107148. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107148

7. Stepanov S.I., P’ei K., Boyarintsev A.V., Giganov V.G., Aung M.M., Chekmarev A.M. Scandium extraction from sulfuric acid solutions by mixtures of D2EHPA and MTAA sulfate in toluene. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017;51:846—849. https://doi.org/10.1134/S0040579517050219

8. Михеенков М.А. Структурообразование, свойства и применение прессованного фосфогипса: Монография. Саарбрюккен: LAP, 2011. 284 c.

9. Binnemans K., Jones P.T., Blanpain B. Towards zerowaste valorisation of rare-earth-containing industrial process residues: A critical review. Journal of Cleaner Production. 2015;99:17—38. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.02.089

10. Mukaba J-L., Eze C.P., Pereao O., Petrik L.F. Rare earths’ recovery from phosphogypsum: An overview on direct and indirect leaching techniques. Minerals. 2021;11(10):1051. https://doi.org/10.3390/min11101051

11. Локшин Э.П., Тареева О.А., Елизарова И.Р. Исследование сернокислотного выщелачивания РЗМ, фосфора и щелочных металлов из фосфодигидрата. Журнал прикладной химии. 2010;83(6):906—912.

12. Локшин Э.П., Калинников В.Т. Физико-химическое обоснование и разработка экономически целесообразной технологии извлечения лантаноидов из фосфополугидрата. В кн.: Формирование основ современной стратегии природопользования в Евро-Арктическом регионе. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2005. 250—269 с.

13. Stepanov S., P’ei Kh, Boyarintsev A., Giganov V., Chekmarev A., Aung M. Use of machining to increase the recovery of scandium from refractory silicate raw material. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2018;52:898—902. https://doi.org/10.1134/S0040579518050275

14. Rychkov V., Botalov M., Kirillov E., Kirillov S., Semenishchev V., Bunkov G., Smyshlyaev D. Intensification of carbonate scandium leaching from red mud (bauxite residue). Hydrometallurgy. 2021;199:105524. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105524

15. Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Язев В.А., Иванько В.А. Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса: Патент 2473708 (РФ). 2013.

16. Коровин В.Ю., Рандаревич С.Б. Синтез, свойства и применение твердых экстрагентов (Обзор). Химическая технология. 1991;5:3—13.

17. Кондруцкий Д.А., Кириллов Е.В., Рычков В.Н., Кириллов С.В., Буньков Г.М., Востров Е.С., Третьяков В.А., Гаджиев Г.Р., Попонин Н.А., Смышляев Д.В. Твердый экстрагент с высокой динамической емкостью для извлечения скандия и способ его получения: Патент 265041 (РФ). 2018.

18. Qi D. Extractants used in solvent extraction-separation of rare earths: Extraction mechanism, properties, and features. In: Hydrometallurgy of rare earths. Elsevier, 2018. Р. 187—389. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813920-2.00002-7

19. Носкова М.П. Радионов Б.К., Казанцев Е.И. Изучение взаимодействия ионов трехвалентных металлов с фосфорнокислыми катионитами методом колебательной спектроскопии. Журнал физической химии. 1981;55(8):2007—2012.

20. Смирнов В.Ф. Никонов В.И., Моисеева Е.И. Изучение взаимодействия скандия с ди-2-этилгексилфосфорной кислотой при экстракции. Журнал неорганической химии. 1969;14:3068—3071.

21. Hermassi M., Granados M., Valderrama C., Skoglund N., Ayora C., Cortina J.L. Impact of functional group types in ion exchange resins on rare earth element recovery from treated acid mine waters. Journal of Cleaner Production. 2022;379(2):134742. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134742

22. Рычков В.Н., Кириллов Е.В., Смирнов А.Л., Дементьев А.А., Попонин Н.А. Способ извлечения суммы редкоземельных элементов из технологических и продуктивных растворов и пульп: Патент 2484162 (РФ). 2012.

23. Mory Traore, Aijun Gong, Yiwen Wang, Lina Qiu, Yuzhen Bai, Weiyu Zhao, Yang Liu, Yi Chen, Ying Liu, Huilin Wu, Shuli Li, Yueyi You. Research progress of rare earth separation methods and technologies. Journal of Rare Earths. 2023;41(2):182—189. https://doi.org/10.1016/j.jre.2022.04.009

24. Quijada-Maldonado E., Romero J. Solvent extraction of rare-earth elements with ionic liquids: Toward a selective and sustainable extraction of these valuable elements. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 2021;27:100428. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.100428

25. Rychkov V., Baulin V., Kirillov E., Kirillov S., Bunkov G., Smyshlyaev D., Botalov M., Semenishchev V., Malyshev A., Taukin A., Yuldashbaeva A., Gaidashov E. Recovery of rare earth elements from uranium leach liquors by adsorption with diglycolamic acid ligands and ionic liquids. Hydrometallurgy. 2021;204:105720. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105720