Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

Т. В. Конькова, доцент каф. технологии неорганических веществ и электрохимических процессов, эл. почта: kontat@list.ru
Чинь Нгуен Куинь, аспирант каф. технологии неорганических веществ и электрохимических процессов
М. В. Папкова, вед. инженер каф. технологии неорганических веществ и электрохимических процессов

В настоящее время актуальна разработка технологии комплексной переработки фосфатного сырья с попутным извлечением редкоземельных металлов (РЗМ). В рамках этой задачи перспективно и экономически целесообразно извлечение РЗМ из экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением апатита по дигидратному методу. В представленной работе проведено сравнительное исследование сорбционного извлечения ионов РЗМ (на примере лантана), железа и алюминия из растворов фосфорной кислоты с концентрацией примесей и P₂O₅, характерной для неупаренной экстракционной фосфорной кислоты. Сорбцию изучали с помощью сульфокатионитов: микропористого КУ-2-8 российского производства и макропористого MTС1600 производства Purolite в зависимости от ионной формы смолы (H⁺, NH⁴⁺ и Na⁺). Установлено, что MTС1600 обладает лучшими сорбционными свойствами и селективностью к РЗМ по сравнению с КУ-2-8, что обусловлено более развитой пористой структурой матрицы сорбента, характеристики которой выше в десятки раз. Сорбция лантана на MTС1600 практически не зависит от ионной формы катионита, при этом извлечение лантана составило 95 %, в то время как максимальная сорбция 54,8 % достигнута с помощью аммониевой формы катионита КУ-2. Независимо от ионообменной формы смолы и ее пористой структуры ряд селективности сорбции трехвалентных катионов выглядит следующим образом La³⁺ > Fe³⁺ > Al³⁺. Коэффициенты распределения лантана между МТС1600 и фосфорной кислотой по сравнению с ионами железа и алюминия различаются практически в 100 раз, что позволит в рамках технологии селективно извлекать РЗМ из экстракционной фосфорной кислоты и при наличии подходящего десорбирующего реагента получить концентрат РЗМ практически без примесей.

В работе принимали участие магистранты РХТУ им. Д. И. Менделеева Нгуен Тхи Ван Ань, А. А. Шурлова, А. Г. Быкова.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, задание № 10.3814.2017/ПЧ.

1. Эрлих Г. В., Лисичкин Г. В. Сорбция в химии редкоземельных элементов // Журнал общей химии. 2017. Т. 87, № 6. С. 1001–1027.
2. Ильин А. П., Кочетков С. П., Попова А. В., Смирнов Н. Н., Смирнова Д. Н. Очистка экстракционной фосфорной кислоты и попутное извлечение редкоземельных элементов на угольных сорбентах // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2014. Т. 57, № 12. С. 3–10.

3. Папкова М. В., Михайличенко А. И., Конькова Т. В., Сайкина О. Ю. Сорбционное извлечение редкоземельных металлов из растворов фосфорной кислоты // Цветные металлы. 2016. № 8. С. 57–62.
4. Фирсов А. В., Артамонов А. В., Смирнова Д. Н., Ильин А. П., Кочетков С. П. Сорбция редкоземельных металлов из неупаренной дигидратной экстракционной фосфорной кислоты на сильнокислотном макропористом катионите // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2016. Т. 59, № 4. С. 50–54.
5. Хамизов Р. Х., Крачак А. Н., Груздева А. Н., Болотоков А. А., Хамизов С. Х., Смирнов А. А., Жигулева Т. И. Сорбционное концентрирование и выделение РЗЭ из экстракционной фосфорной кислоты // Сорбционные и хроматографические процессы. 2012. Т. 12, № 1. С. 29–39.
6. Lokshin E. P., Tareeva O. A., Elizarov I. R. On Sorption Extraction of Rare-Earth Elements in the Nitric Acid Processing of Khibiny Apatite Concentrate // Russian Journal of Applied Chemistry. 2016. Vol. 89, No. 4. P. 570–576.
7. Kumar B. N., Radhika S., Reddy B. R. Solid-liquid extraction of heavy rare-earths from phosphoric acid solutions using Tulsion CH-96 and T-PAR resins // Chemical Engineering Journal. 2010. Vol. 160, No. 1. P. 138–144.
8. Reddy B. R., Kumar J. R. Rare Earths Extraction, Separation, and Recovery from Phosphoric Acid Media // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2016. Vol. 34, No. 3. P. 226–240.
9. Wang Z., Ma G., Li D. Extraction and separation of heavy rare earth (III) with extraction resin cоntaining Di(2,4,4-trimethyl) phosphinic acid (Cyanex 272) // Solvent Extraction and Ion Exchange. 1998. Vol. 16, No. 3. P. 813–828.
10. Власовских Н. С., Хамизов С. Х., Хамизов Р. Х., Крачак А. Н., Груздева А. Н., Цикин М. Н., Долгов В. В. Извлечение примесей РЗМ и других металлов из фосфорной кислоты // Сорбционные и хроматографические процессы. 2013. Т. 13, № 5. С. 605–617.
11. Al-Thyabat S., Zhang P. REE extraction from phosphoric acid, phosphoric acid sludge, and phosphogypsum // Minerals Processing and Extractive Metallurgy. 2015. Vol. 124, No. 3. P. 143–150.
12. Sultanbayeva G. S., Holze R., Chernyakova R. M., Jussipbekov U. Z. Removal of Fe²⁺, Cu²⁺, Al³⁺ and Pb²⁺-ions from phosphoric acid by sorption on carbonate-modified natural zeolite and its mixture with bentonite // Microporous and Mesoporous Materials. 2013. Vol. 170. P. 173–180.
13. Локшин Э. П., Тареева О. А., Елизарова И. Р. Разделение редкоземельных элементов и тория в процессе сорбционной конверсии фосфатного редкоземельного концентрата азотнокислотной переработки хибинского апатитового концентрата // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90, № 4. С. 423–428.
14. Папкова М. В., Михайличенко А. И., Конькова Т. В. Сорбционное извлечение редкоземельных металлов и других элементов из растворов фосфорной кислоты // Сорбционные и хроматографические процессы. 2016. № 2. С. 163–172.
15. Папкова М. В., Конькова Т. В., Самиева Д. А., Василенко С. А. Получение концентрата редкоземельных металлов из экстракционной фосфорной кислоты // Журнал прикладной химии. 2018. Т. 91, № 3. С. 339–343.