№21 Скандий

История открытия:

Элемент, предсказанный в 1870 году Д. И. Менделеевым под названием «экабор», был открыт в 1879 г. шведским химиком Л. Нильсоном, который назвал элемент скандием в честь Скандинавии. Однако Нильсон неправильно оценил свойства скандия, считая его четырехвалентным элементом. Все поставил на свои места его соотечественник П. Клеве, который пришел к выводу, что скандий есть «экабор» Менделеева. 19 августа 1879 г. он написал русскому ученому: «Имею честь сообщить Вам, что Ваш элемент экабор выделен. Это скандий, открытый Л. Нильсоном весной этого года».

Получение:

Содержание скандия в земной коре 6*10 -4 %, основные минераллы: тортвейтит Sc₂Si₂O₇ и стереттит ScPO₄*H₂O.
Получают скандий восстановлением ScF₃ или ScCl₃ металлическим кальцием с последующей перегонкой в вакууме.

Физические свойства:

Скандий — легкий металл с характерным желтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом. Металлический скандий имеет удельный вес 2,99 г/см 3 при 20°С (легкий металл), плавится при 1539°С, кипит при 2727°С, хрупок, слабо парамагнитен.

Химические свойства:

Скандий — активный, легко окисляющийся металл, разлагающий воду при нагревании, легко растворяющийся при нормальной температуре в разбавленных кислотах с образованием солей и выделением водорода:
Sc + 3H₂O = Sc(OH)₃ + 3/2H₂ 2Sc + 3H₂SO₄ = Sc₂(SO₄)₃ + 3H₂
При нагревании металлический скандий взаимодействует с кислородом, хлором, бромом, йодом, серой и азотом с образованием соответственно Sc₂O₃, ScCl₃, ScBr₃, ScI₃, Sc₂S₃, ScN.
В соединениях проявляет степень окисления +3 (редко +2). В растворах скандий находится либо в виде катионов Sc 3+ , либо в составе комплексных анионов: [ScF₄] — , [ScF₅] 2- и т.д. Свойства многих соединений скандия близки к свойствам аналогичных соединений алюминия.

Важнейшие соединения:

Оксид скандия Sc₂O₃, получают при нагревании металла в атмосфере кислорода, а также прокаливанием на воздухе гидроксида, нитрата, карбоната или оксалата скандия. Он представляет собой рыхлый белый порошок или бесцветные кубические кристаллы. После сильного прокаливания Sc₂O₃ плохо растворяется в концентрированной HCl. При сплавлении с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов образует скандиаты, напр., LiScO₂. Оксид скандия используют в производстве ферритов, люминофоров, стекла и керамики.
Гидроксид скандия Sc(OH)₃, получают обработкой растворов солей скандия щелочами:
Sc(NO₃)₃ + 3NaOH = Sc(OH)₃ + 3NaNO₃
Гидроксид скандия можно выделить в виде белого аморфного порошка или в виде бесцветных кубических гранецентрированных кристаллов, а также в виде студнеобразного белого осадка, трудно растворимого в воде.
Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств, в концентрированных растворах щелочей образует гидроксоскандиаты, например: Na₃[Sc(OH)₆].
Хлорид скандия ScCl₃, получают действием сухого хлора на металлический скандий при нагревании, на сульфиды, карбиды скандия или смесь Sc₂O₃ c углем. Он представляет собой бесцветные ромбоэдрические кристаллы, растворимые в спирте и гидролизующиеся легче, чем хлориды редкоземельных металлов.
Сульфид скандия Sc₂S₃, получают действием паров серы на металлический скандий, обработкой сероуглеродом оксида скандия или нагреванием безводного сульфата скандия в атмосфере сероводорода. Sc₂S₃ — желтое твердое вещество; устойчив на воздухе, гидролизуется кипящей водой:
Sc₂S₃+6HOH=2Sc(OH)₃+3H₂S.
Гидриды скандия получают взаимодействием скандия с недостатком (ScH₂) или избытком (ScH₃) водорода при нагревании. Твердые вещества серого цвета, электропроводны.
Карбид скандия Sc₄C₃, образуется в виде черных гексагональных кристаллов восстановлением оксида скандия углем при нагревании. Компонент металлокерамики.

Применение:

Компонент легких сплавов с высокой прочностью и коррозионной стойкостью, нейтронный фильтр в ядерной технике.

Способ получения оксида скандия из концентрата скандия

Владельцы патента RU 2618012:

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к технологии получения оксида скандия из концентрата скандия, попутно выделяемого, в том числе, при извлечении урана, переработке руд и отходов цветных и редких металлов. Способ получения оксида скандия включает растворение концентрата скандия в серной кислоте с получением продуктивного раствора, выделение из продуктивного раствора ионов циркония проводят с использованием анионита, содержащего первичные аминогруппы, экстракцию из продуктивного раствора ионов скандия на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ с соотношением Ди2ЭГФК:ТБФ=1:1-3, промывку насыщенного экстрагента раствором серной кислоты и перекиси водорода, реэкстракцию скандия щелочным агентом, в качестве которого используют смесь гидроксида натрия и карбоната натрия с соотношением NaOH:Na₂CO₃=1:1-5, с получением осадка скандия и маточника реэкстракции, где маточник реэкстракции донасыщают по щелочному агенту и повторно направляют на реэкстракцию, а осадок скандия перерастворяют в кислоте с осаждением оксалата скандия, который прокаливают до оксида скандия. Изобретение обеспечивает получение более чистого оксида скандия при увеличении степени его извлечения. 1 ил., 4 табл., 4 пр.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к технологии получения оксида скандия (Sc₂O₃) из концентрата скандия, попутно выделяемого, в том числе, при извлечении урана, переработке руд и отходов цветных и редких металлов.

В США при экстракции урана раствором ДДФК (додециловый эфир фосфорной кислоты) в керосине в органическую фазу вместе с ураном из продуктивных растворов переводят скандий, торий, титан, которые после реэкстракции урана соляной кислотой остаются в органической фазе (Технология редкоземельных и рассеянных элементов под ред. К.А. Большакова, 1976 г. т. II, М., Высшая школа, с. 267-268). Двухступенчатой обработкой растворами плавиковой, затем серной кислоты скандий и торий выделяются в виде фторидов, после чего радиационно-опасный концентрат подвергают длительным и трудоемким операциям разделения и очистки

К недостатку указанного способа получения Sc₂O₃ относится низкая селективная способность экстрагента ДДФК, необходимость применения многоступенчатой технологии разделения и очистки скандия от других элементов при наличии радиационной опасности процесса.

Известен способ получения Sc₂O₃ из сбросного раствора гидролизной кислоты производства пигментного диоксида титана сернокислотным способом (Фаворская Л.В., Кошулько Л.П., Преснецова В.А. Технология минерального сырья: Сб. статей. Вып. 2. Алма-Ата. Мингео Каз. ССР, 1975, С. 67-73.). При реализации способа скандий выделяют с помощью экстракции раствором Ди2ЭГФК 0,4 моль/л в керосине и соотношении фаз O : В = 1:100. Скандий реэкстрагируют твердым фтористым натрием (NaF). Содержание Sc₂O₃ в конечном продукте составило до 61%.

Недостатком данного способа является использование экстрагента Ди2ЭГФК, который, несмотря на то, что имеет большую емкость по Sc, обладает незначительной селективностью по Sc в присутствии таких элементов как титан, цирконий, торий, РЗЭ, ванадий. В результате получается достаточно грязный Sc₂O₃. Кроме того, данный экстрагент при его использовании в технологии проявляет склонность к эмульгированию, что затрудняет его эффективное использование.

Известен способ получения Sc₂O₃ из концентрата скандия, выделенного при сернокислотном выщелачивании давидитовых концентратов (Allen R.J., Pullman В.J. // AMDEL Bull., 1968, №5, P. 52-64). Согласно способу скандий экстрагируют раствором Ди2ЭГФК 0,1 моль/л в керосине с добавлением 4% нонилового спирта для предотвращения образования эмульсии. В результате промывки насыщенного экстрагента 9 н серной кислотой (H₂SO₄) отделяют от примесей тория, РЗЭ и ванадия. После этого скандий реэкстрагируют раствором щелочи (NaOH) 2,5 моль/л. По этой схеме извлекают до 80% скандия; чистота Sc₂O₃ 95,8%.

Недостатком данного способа является неудовлетворительная очистка Sc₂O₃ от таких примесей, как титан и цирконий. Кроме того, значительные потери скандия происходят при реэкстракции раствором NaOH из-за неполного осаждения Sc в осадок скандия вследствие образования растворимых гидроксокомплексов скандия.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ получения оксида скандия из концентрата скандия, выделенного при сернокислотной переработке отходов алюминиевого производства (Weiwei Wang, Yoko Pranolo, Chu Yong Cheng Recovery of scandium from synthetic red mud leach solutions by solvent extraction with D2EHPA // Separation and Purification Technology 108 (2013) 96-102), включающий растворение концентрата скандия в серной кислоте (H₂SO₄) с концентрацией 50-200 г/дм 3 с получением продуктивного раствора, выделение из продуктивного раствора циркония с применением экстрагента — первичного амина марки Primene JMT, экстракцию скандия из рафината на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ при соотношении Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:0.5, промывку насыщенного экстрагента раствором H₂SO₄=50-200 г/дм 3 и перекиси водорода (Н₂О₂)=5-20 г/дм 3 , реэкстракцию скандия раствором NaOH, с получением осадка скандия и маточника реэкстракции, где маточник реэкстракции донасыщают по щелочному агенту и повторно направляют на реэкстракцию, а осадок скандия перерастворяют в кислоте с осаждением оксалата скандия, который прокаливается до оксида скандия.

Несмотря на такие эффективные технологические приемы как: предварительная очистка от ионов циркония, использование смеси Ди2ЭГФК и ТБФ для понижения эмульгирования органической фазы, дополнительная очистка от ионов титана за счет введения в промывной сернокислый раствор перекиси водорода, к недостаткам данного способа следует отнести: использование для выделения циркония экстрагента — первичного амина марки Primene JMT, что усложняет процесс, т.к. первичный амин имеет большую растворимость в водных растворах. Это уменьшает степень извлечения циркония и усложняет последующую переработку рафината экстракции циркония, а, также при жидкостной экстракции экстрагент захватывает большее количество примесей, что отражается на чистоте получаемого Sc₂O₃. Кроме того, значительные потери скандия происходят при реэкстракции раствором NaOH из-за неполного осаждения Sc в осадок скандия вследствие образования растворимых гидроксокомплексов скандия.

В основу изобретения положена задача по созданию высокорентабельного технологического процесса получения Sc₂O₃ из концентрата скандия.

При этом техническим результатом заявляемого изобретения является получение более чистого Sc₂O₃ при увеличении степени извлечения Sc₂O₃.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения оксида скандия согласно изобретению выделение из продуктивного раствора циркония проводят с использованием анионита, содержащего первичные аминогруппы, экстракцию скандия из продуктивного раствора ведут на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ с соотношением Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:1÷3, реэкстракцию скандия проводят щелочным агентом состоящим из смеси растворов гидроксида натрия (NaOH) и карбоната натрия (Na₂CO₃) с соотношением NaOH : NaCO₃ = 1:1÷5.

Использование анионита с первичными аминогруппами имеет преимущество над жидкими анионообменными экстрагентами, содержащими первичные алифатические структуры, такие как:

— твердая матрица анионитов нерастворима в водных и органических средах, что повышает степень извлечения целевого компонента и позволяет избежать загрязнение водных продуктивных растворов органикой;

— твердая матрица анионита легко промывается. Это позволяет отделять анионит от маточного раствора, что позволяет получать более чистые конечные продукты.

Использование для экстракции скандия смеси Ди2ЭГФК и ТБФ с увеличенным соотношением Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:1÷3, позволяет не только подавить эмульгирование экстракционной системы, но и более эффективно очиститься от тория, так как при таком соотношении увеличиваются коэффициенты разделения скандия и тория.

Применение для реэкстракции щелочного агента, состоящего из смеси растворов гидроксида натрия (NaOH) и карбоната натрия (Na₂CO₃), обусловлено уменьшением растворимости гидроксокомплексов скандия в присутствии избытка карбонат ионов, что позволяет исключить потери скандия, т.е. увеличить общую степень извлечения. Кроме того, в результате использования данной смеси с указанным соотношением, удается получить легкофильтруемые осадки, что приводит к более эффективной последующей переработке маточников реэкстракции.

Осуществление заявляемого способа подтверждается следующими примерами.

Пример 1. Навеску концентрата скандия, содержащего в пересчете на оксиды: Sc₂O₃ — 20%, TiO₂ — 20%, ZrO₂ — 2%, ThO₂ — 40%, Fe₂O₃ — 18%, растворяли в серной кислоте с концентрацией 100 г/дм 3 до концентрации скандия в полученном растворе 1 г/дм 3 . Полученный раствор делили на 2 части. Одну часть пропускали через пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную анионитом, содержащим первичные аминогруппы, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час, другую часть приводили в контакт 0.025 М раствором экстрагента Primene JMT в Shellsol D70. Соотношение фаз и в том и другом случае составляло 1:5. Водные растворы после обработки анализировали на содержание компонентов.

Результаты исследований приведены в Таблице 1.

Из данных таблицы 1 видно, что использование анионита позволяет увеличить степень извлечения ZrO₂ и при этом уменьшить захват (потери) Sc₂O₃ более чем в три раза.

Пример 2. Навеску концентрата скандия, содержащего в пересчете на оксиды: Sc₂O₃ — 20%, TiO₂ — 20%, ZrO₂ — 2%, ThO₂ — 40%, Fe₂O₃ — 18%, растворяли в серной кислоте с концентрацией 100 г/дм 3 до концентрации скандия в полученном растворе 1 г/дм 3 . Полученный раствор пропускали через пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную анионитом, содержащим первичные аминогруппы, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час. Равные порции полученного продуктивного раствора приводили в контакт с экстрагентом, содержащим Ди2ЭГФК и различное количество ТБФ. Полученные рафинаты экстракции анализировали на содержание компонентов.

Результаты исследований приведены в Таблице 2.

Из данных таблицы 2 видно, что использование экстрагента с соотношением Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:1÷3 позволяет значительно очиститься от TiO₂, при этом время расслаивания системы уменьшается в 1,5-2 раза.

Пример 3. Навеску концентрата скандия, содержащего в пересчете на оксиды: Sc₂O₃ — 20%, TiO₂ — 20%, ZrO₂ — 2%, ThO₂ — 40%, Fe₂O₃ — 18%, растворяли в серной кислоте с концентрацией 100 г/дм 3 до концентрации скандия в полученном растворе 1 г/дм 3 . Полученный раствор пропускали через пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную анионитом, содержащим первичные аминогруппы, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час. Полученный продуктивный раствор приводили в контакт с экстрагентом, содержащим Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:3. Насыщенный экстрагент отмывали раствором серной кислоты с концентрацией 100 г/дм 3 и перекиси водорода с концентрацией = 10 г/дм 3 . Отмытый экстрагент делили на равные порции и реэкстрагировали щелочным агентом с разным содержанием NaOH : Na₂CO₃. Полученные маточники экстракции анализировали на содержание компонентов.

Результаты исследований приведены в Таблице 3.

Из данных таблицы 3 видно, что использование щелочного агента с соотношением Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:1÷5 позволяет значительно сократить потери скандия.

Пример 4. Навеску концентрата скандия, содержащего в пересчете на оксиды: Sc₂O₃ — 20%, TiO₂ — 20%, ZrO₂ — 2%, ThO₂ — 40%, Fe₂O₃ — 18%, растворяли в серной кислоте с концентрацией 100 г/дм 3 до концентрации скандия в полученном растворе 1 г/дм 3 . Полученный раствор пропускали через пластиковую колонку диаметром 10 мм и высотой 30 мм, заполненную анионитом, содержащим первичные аминогруппы, со скоростью 3 объема раствора через объем анионита в час. Полученный продуктивный раствор приводили в контакт с экстрагентом, содержащим Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:3. Насыщенный экстрагент отмывали раствором серной кислоты с концентрацией 100 г/дм 3 и перекиси водорода с концентрацией = 10 г/дм 3 . Отмытый экстрагент делили на равные порции и реэкстрагировали щелочным агентом с разным содержанием NaOH : Na₂CO₃ = 1:3. Другую навеску концентрата скандия обработали согласно прототипу (использовали для выделения циркония 0.025 М раствор экстрагента Primene JMT в Shellsol D70; экстракцию скандия проводили экстрагентом, содержащим Ди2ЭГФК : ТБФ = 1:0,5; реэкстракцию проводили раствором NaOH). Полученные осадки скандия в обоих случаях отфильтровывали, растворяли в кислоте, осаждали оксалаты скандия, оксалаты скандия прокаливали до оксидов. Полученные оксиды анализировали на содержание компонентов.

Результаты исследований приведены в Таблице 4.

Способ получения оксида скандия из концентрата скандия, включающий растворение концентрата скандия в серной кислоте с получением продуктивного раствора, выделение из продуктивного раствора циркония, экстракцию из продуктивного раствора скандия на экстрагенте, состоящем из смеси Ди2ЭГФК и ТБФ, промывку насыщенного экстрагента раствором серной кислоты (H₂SO₄) и перекиси водорода (Н₂О₂), реэкстракцию скандия щелочным агентом с получением осадка скандия и маточника реэкстракции, где маточник реэкстракции донасыщают по щелочному агенту и повторно направляют на реэкстракцию, а осадок скандия перерастворяют в кислоте с осаждением оксалата скандия, который прокаливают до оксида скандия, отличающийся тем, что выделение из продуктивного раствора ионов циркония проводят с использованием анионита, содержащего первичные аминогруппы, экстракцию из продуктивного раствора ионов скандия ведут на экстрагенте с соотношением Ди2ЭГФК:ТБФ=1:1÷3, в качестве щелочного агента используют смесь гидроксида натрия (NaOH) и карбоната натрия (Na₂CO₃) с соотношением NaOH:Na₂CO₃=1:11÷5.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ Российский патент 2005 года по МПК C01F17/00

Описание патента на изобретение RU2257348C1

Предлагаемое изобретение относится к области технологии неорганических веществ и может быть использовано на предприятиях гидрохимического и гидрометаллургического профиля для получения чистых (более 99%) соединений скандия, в частности оксида скандия высокой чистоты (>99,99%) из скандийсодержащих промпродуктов и концентратов.

Известен (А.С. СССР №191503; МКИ C 01 F 17/00; 1967 г.) способ получения оксида из белитового шлама — продукта переработки красных шламов алюминиевого производства. Известный способ заключается в следующем. Белитовый шлам, содержащий %: 0,008÷0,01 скандия, 3,2 оксида железа, 4,3 оксида титана, 33,0 оксида кальция, 15,5 оксида кремния и др., после измельчения сульфатизируют серной кислотой и выщелачивают водой при Ж:Т=2:1. Фильтрат обрабатывают избытком 10%-ного раствора гидроксида натрия для отделения алюминия. Для отделения скандия от титана и некоторых других металлов четвертой-шестой групп гидратный кек растворяют в серной кислоте, взятой с 20%-ным избытком от теоретически необходимого количества. Образовавшиеся сульфаты прокаливают при 700°С в течение 3-4 ч, после чего обрабатывают водой (Ж:Т=10:1) при комнатной температуре в течение 30 мин. В раствор переходят соединения скандия, натрия, РЗЭ и др. Раствор обрабатывают щелочным реагентом до рН 5,3 при этом осаждаются гидроксиды и гидроксокарбанаты скандия, железа и частично марганца. Полученный осадок растворяют в соляной кислоте, и после отделения осадка от кремниевой кислоты раствор нейтрализуют до рН 1-3 и обрабатывают равным объемом 20%-ного раствора карбоната натрия при 20÷23°С. Осадок — железистый кек — направляют в отвал, фильтрат подкисляют соляной кислотой и осаждают раствором аммиака гидроксиды. Осадок растворяют в соляной кислоте и доводят рН раствора до 2,5, после чего фторидом натрия осаждают комплексный фторид скандия-натрия. Этот осадок обрабатывают серной кислотой для удаления избытка серного ангидрида. Сульфат скандия растворяют в воде и раствором аммиака осаждают гидроксиды, которые затем растворяют в соляной кислоте и проводят эфирную экстракцию роданида скандия. Последний выделяют из эфирного слоя и окончательно очищают щавельной кислотой. После прокалки оксалата получают оксид скандия с содержанием основного вещества свыше 99,7% и выходом 60÷80%.

Известный способ характеризуется рядом недостатков, основными из которых являются сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки.

Известен (Байбеков М.К. и др. Производство четыреххлористого титана — М.: Металлургия, 1987 г., с.113-116) способ получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов — промпродуктов технологии переработки отходов титанового производства. Способ заключается в следующем. Скандийсодержащий (40÷60%) концентрат (технический оксид скандия), полученный в результате переработки отходов титанового производства, обрабатывают соляной кислотой, раствор подвергают контрольной фильтрации и направляют на экстракционную очистку скандия от примесей с использованием трибутилфосфата, из реэкстракта щавелевой кислотой осаждают оксалат скандия. Промытый оксалат скандия прокаливают при 700°С и растворяют в азотной кислоте. Раствор обрабатывают йодатом калия, осадок йодатов тория, циркония и др. примесей отделяют фильтрованием. Из раствора аммиаком осаждают гидроксид скандия, который затем растворяют в соляной кислоте. Полученный раствор обрабатывают щавелевой кислотой, выделившийся осадок оксалата скандия отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают при 700°С с получением оксида скандия (99,0% и 99,9%). Выход оксида скандия из концентратов в товарный продукт 70-80%.

Недостатками этого способа также являются сложность и многостадийность процесса; высокие потери скандия в процессе переработки концентратов.

Известен (А.С. СССР №1683920 с приоритетом от 06.02.1989 по заявке МКИ С 01 F 17/00) способ получения оксида скандия, заключающийся в следующем.

Первичный скандиевый концентрат, полученный от переработки отработанного плава титановых хлораторов, выщелачивают солянокислым раствором. Полученный скандиевый раствор очищают от примесей (Th, Zr и др.) путем введения в солянокислый раствор хлорида бария в количестве, обеспечивающем его массовое отношение к сумме осаждаемых примесей, равное (30÷50):1, при содержании в растворе серной кислоты в количестве 110÷160% от стехиометрически необходимого на образование сульфата бария и 200÷300 г/л хлорида натрия и/или кальция при пересчете на хлорид-ион.

Образовавшийся осадок, содержащий металлы-примеси, отделяют и в очищенный раствор вводят щавелевую кислоту, осаждают оксалат скандия и прокаливают. Выход скандия в конечный продукт составил 95%, содержание основного вещества — 98,5%.

Недостатком этого способа является неудовлетворительная чистота получаемого оксида скандия.

Из известных аналогов близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является известный (патент РФ №2069191 по заявке №93037884/26 с приоритетом от 23.07.1993 г. зарегистрирован и опубл.: 20.11.1996 г.; бюл. №32, МКИ С 01 F 17/00) способ получения оксида скандия — принят за ПРОТОТИП.

Способ получения оксида скандия по прототипу заключается в следующем.

Скандийсодержащий концентрат растворяют в минеральной кислоте, раствор обрабатывают серной кислотой до ее концентрации в растворе 260÷400 г/дм 3 . Осадок отделяют от раствора, промывают, растворяют в воде. Осаждают малорастворимые соединения скандия — гидроксиды и/или оксалаты скандия, осадки отфильтровывают, промывают, сушат и прокаливают с получением товарного оксида скандия высокой чистоты (99,99%). Недостатками способа-прототипа являются сложность технологии и весьма существенные (10-12%) потери скандия.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении процесса и снижении потерь скандия в процессе переработки концентрата. Данная задача решается предлагаемым способом получения оксида скандия, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков:

— растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной (соляной, серной, азотной) кислоте; преимущественно 250÷300 г/дм при 80÷120° в течение 1-4 часов; (раствора пульпы сульфатсодержащим неорганическим соединением, например H₂SО₄ и/или Na₂SО₄ и затем BaCl₂);

— очистка скандиевого раствора от примесей, путем обработки;

— обработка очищенного скандиевого раствора щелочными реагентами: NaOH, NН₄OH, Na₂CO₃, (NН₄)₂CO₃ с концентрацией 20-120 г/дм 3 , осаждение из раствора малорастворимых соединений скандия: оксигидрата скандия или гидроксокарбоната скандия;

— фильтрование пульпы, отделение скандиевого осадка от раствора;

— обработка осадка муравьиной кислотой в количестве, обеспечивающем ее концентрацию в суспензию 60÷90%, преимущественно 70÷80%;

— отделение осадка формиата скандия от маточного раствора;

— регенерация муравьиной кислоты из маточного раствора и ее возврат в технологический процесс получения оксида скандия;

— промывка осадка формиата скандия муравьиной кислотой, сушка и прокалка осадка с получением товарного оксида скандия.

Выбор вышеуказанных условий, реагентов и параметров процесса, последовательности операций осуществлен на основании результатов сравнительных опытов и испытаний различных способов получения оксида скандия. Экспериментально было установлено, что совокупность технических приемов по предлагаемому способу обеспечивает получение технического результата, заключающегося в упрощении технологии, сокращении потерь скандия с отходами производства и увеличением степени его извлечения в товарный оксид скандия чистотой >99,99%.

Таким образом, анализ совокупности признаков заявленного изобретения и достигаемого при этом результата показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в том, что осуществление процесса получения оксида скандия в строго определенных вышеуказанных условиях, режимах и параметрах процесса: последовательность операций, наличие новых действий, использование определенных веществ, определенное количество (концентрация) реагентов и строго определенный порядок введения реагентов, обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в упрощении технологии, сокращении потерь скандия и увеличении “выхода” — степени извлечения скандия в товарный продукт — оксид скандия высокой чистоты (>99,99%).

При нарушении вышеуказанных режимов процесса, последовательности действий и пр. вышеуказанный технический результат не достигается.

Анализ патентной и научно-технической документации свидетельствует о том, что в источниках информации не обнаружено описание способов, аналогичных предложенному и совпадающих с заявленным техническим решением по совокупности существенных признаков.

Анализ уровня техники в отношении совокупности всех существенных признаков заявленного технического решения показывает, что предложенный способ соответствует критерию новизны.

Проверка соответствия заявленного изобретения требованию “изобретательского уровня” в отношении совокупности существенных признаков свидетельствует о том, что предлагаемый способ не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники.

Результатом сравнительных испытаний эффективности известного способа (прототип) и предлагаемого технического решения приведены в примерах.

Скандийсодержащий концентрат, полученный в результате переработки отходов титанового производства, имел следующий химический состав, мас.%: 38,0 скандия (58,0 оксида скандия), 2,6 железа, 4,2 циркония, 1,2 тория, 4,0 кальция и др. С этим концентратом проведены опыты по его переработке с получением оксида скандия в соответствии с известным (по прототипу) и предлагаемым способами.

Пример 1 (по известному способу-прототипу)

50,0 г. скандийсодержащего концентрата обрабатывали 350 см 3 соляной кислоты 300 г/дм 3 в течение 1ч при кипячении. Кислотонерастворимый остаток отделили от раствора фильтрованием. Полеченный раствор обрабатывали концентрированной серной кислотой до ее концентрации в скандийсодержащем растворе 350 г/дм 3 . Выделившийся осадок сульфата скандия отделяли от раствора, промывали раствором серной кислоты (350 г/дм 3 ) и растворяли в воде. Полученный раствор подвергали контрольной фильтрации для отделения мути (сульфата кальция). Скандийсодержащий раствор после корректировки кислотности (рН 2,0) нагрели до 80°С и обработали щавелевой кислотой. Оксалат скандия отделяли от раствора, промывали, высушили и прокалили при 700°С. Полученный оксид скандия проанализировали на содержание примесей, мас.%: 0,007 SiO₂, 0,02 P₂O₅, 0,0004 MnО₂, 0,001 Fe₂O₃, 0,004 MgO, 3 НСl 300 г/дм 3 в течение 1 часа при кипячении. Для очистки скандиевых растворов от основной массы примесей (Th, Zr, Hf и др.) в раствор (пульпу) вводили Na₂SO₄ и BaCl₂, пульпу фильтровали, осадок (кислотонерастворимый остаток, сумма сульфатов Ва/Са с “захваченными” металлами-примесями) отделяли от очищенного скандиевого раствора. Из этого раствора осаждали оксигидрат скандия путем обработки щелочным реагентом — раствором NaOH (40 г/дм 3 ). Осадок оксигидрата скандия отфильтровывали, промывали на фильтре водой, отжимали — удаляли избыток влаги из осадка и затем обрабатывали муравьиной кислотой, которую брали в количестве, обеспечивающем содержание свободной муравьиной кислоты в суспензии 75±2%. В этих условиях практически все соли металлов-примесей переходят из твердой фазы в раствор муравьиной кислоты, а скандий остается в твердой фазе в форме формиата скандия. Полученную таким образом суспензию фильтровали, осадок формиата скандия промывали муравьиной кислотой и затем сушили (90÷120°С) и прокаливали при 700±10°С с получением товарного оксида скандия высокой чистоты (99,99%). Результаты химического анализа при проведении балансовых опытов показали, что сумма всех примесей в товарном продукте (Sc₂O₃) по предлагаемому способу не превышает 0,004%, а потери Sс₂O₃ составляют в среднем 2,5÷0,5%, что значительно меньше, чем в способе-прототипе (10÷12%).

Таким образом, предлагаемый способ, обеспечивая получение Sс₂O₃ высокой чистоты ( RU2257348C1

Реферат патента 2005 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА СКАНДИЯ

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ. Способ получения оксида скандия включает растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандиевого раствора от примесей и отделение осадка от скандиевого раствора. Полученный осадок обрабатывают щелочным реагентом, фильтруют пульпу и отделяют осадок оксигидрата скандия от раствора. Осадок оксигидрата скандия обрабатывают муравьиной кислотой, суспензию фильтруют, осадок формиата скандия отделяют от маточного раствора, промывают, сушат и прокаливают. Техническим результатом является упрощение технологического процесса и снижение потерь скандия в процессе переработки концентрата. 4 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 257 348 C1

1. Способ получения оксида скандия, включающий растворение скандийсодержащего концентрата в минеральной кислоте, очистку скандиевого раствора от примесей, отделение осадка от скандиевого раствора, его обработку щелочным реагентом, фильтрование пульпы, отделение осадка оксигидрата скандия от раствора, отличающийся тем, что осадок оксигидрата скандия обрабатывают муравьиной кислотой, суспензию фильтруют, осадок формиата скандия отделяют от маточного раствора — муравьиной кислоты, промывают, сушат и прокаливают. 2. Способ по п.1 отличающийся тем, что растворение скандий содержащего концентрата ведут в растворе соляной кислоты с концентрацией 250÷300 г/дм 3 при 80÷120°С в течение 1÷4 ч. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку скандиевых растворов от примесей ведут путем обработки растворов сульфатсодержащим неорганическим соединением, например, H₂SО₄ и/или Na₂SО₄ и затем BaCl₂. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента для осаждения малорастворимых соединений скандия используют гидроксид или карбонат натрия и/или аммония с концентрацией 20÷120 г/дм 3 . 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осадка оксигидрата скандия ведут муравьиной кислотой, взятой в количестве, обеспечивающем ее содержание в суспензии 60÷90%, преимущественно 70÷80%, а из маточного раствора после фильтрования суспензии муравьиную кислоту регенерируют и возвращают на стадию обработки оксигидрата скандия.