Ионный обмен

Метод ионного обмена в технологии редких металлов применяют как для выделения их соединений из разбавленных растворов, так и для очистки от примесей. При изучении сорбции (на фосфорнокислых ионитах) из бедных растворов установлена зависимость извлечения некоторых элементов и скандия от кислотности среды. Она показывает возможность при сорбции из сильнокислой среды отделить скандий от железа, алюминия, олова, не сорбирующихся при рН > 2-4.

Недостатки – небольшая производительность, дорогостоящие реагенты, трудности десорбции.

Метод ионного обмена рекомендован для получения чистых соединений скандия. Лучше всего этим методом очищать скандий от наиболее трудно отделяемых примесей (РЗЭ, Y, Th). Простой метод ионного обмена в этом случае мало эффективен. Поэтому ионообменное разделение применяют в сочетании с комплексообразованием, т. е. используется ионообменная хроматография. Чаще всего разделение осуществляется на катионитах.

Одним из первых десорбентов для очистки скандия от РЗЭ стала лимонная кислота. Устойчивость цитратов (как и многих других комплексных соединений) повышается в ряду La < Y < Yb < Sc. При десорбции комплексообразователем в первую очередь вымывается скандий. Процесс состоит из: 1) пропускания раствора с разделяемой смесью через колонку со смолой в аммонийной или водородной форме:

Sc³⁺ + 3NH₄R ↔ ScR₃ + 3NH₄⁺;

2) десорбции ионов Sc³⁺ 5 %-ным раствором лимонной кислоты (или другим комплексообразователем) при рН 2, 8:

ScR₃ + 2H₃C₆H₅O₇ ↔ H₃[Sc(C₆H₅O₇)₂] + 3HR₃.

Проведение процесса указанным способом дает возможность из оксида скандия с 7 % примесей РЗЭ получить продукт, в котором менее 0, 5 % РЗЭ даже в последних фракциях, где концентрируется больше всего РЗЭ.

Для эффективного отделения от тория в качестве десорбента был применен 1%-ный раствор гидразинуксусной кислоты при рН = 7.

Эффективнее применение в качестве десорбента аминополиуксусных кислот: нитрилтриуксусной N(CH₂COOH)₃ (комплексон I), этилендиаминтетрауксусной (CH₂)₂N₂(CH₂COOH)₄ (ЭДТА, Трилон А) и других кислот. По сравнению с лимонной и гидразинуксусной кислотой применение аминополиуксусных кислот дает возможность повысить концентрацию скандия в исходных и получаемых растворах, т. е. увеличить производительность процесса.

Адсорбцию проводят из солянокислых растворов при рН = 1, 8 на катионите в водородной форме. Во избежание выпадения в осадок малорастворимой аминополиуксусной кислоты перед десорбцией смолу переводят в аммонийную форму, пропуская 5 %-ный раствор NH₄Cl. После промывания колонки водой проводят десорбцию указанным комплексообразователем при рН = 4.

Для отделения скандия от РЗЭ и Th, а также от Zr, Fe, Ti, Al, Ca можно проводить сорбцию на катионите в водородной форме с последующей десорбцией скандия солянокислым раствором тиоцианата аммония в виде комплексного соединения Sc(CNS)₂Cl. Если применять в качестве десорбента 1М раствор NH₄CNS в 5М соляной кислоте, то в первую очередь вымываются Al, Ti, Zr. Торий и РЗЭ, оставшиеся на колонке, извлекают 2М раствором NH₄CNS в 0, 5М растворе HCl.

Существует возможность отделения скандия от Y, РЗЭ, Th, U и на анионитах. Скандий хорошо сорбируется анионитами из растворов, содержащих 1моль/л HF и переменное количество HCl, что дает возможность использовать фторидные растворы для отделения скандия от Th, Al и РЗЭ. При десорбции 4-8М растворами HCl дополнительно удается отделить скандий от Fe³⁺, Sn, Nb, Ta, U.

Для отделения от V, As, Ti проводят адсорбцию на анионитах из 0, 5-2, 5М растворов HF. Десорбируют скандий 15 М HF; выход составляет 90-100 %.

Для очистки от Cu²⁺, Co²⁺, Zn²⁺, и Cd²⁺ рекомендуется адсорбировать скандий на анионитах из сильнокислой среды. От тория и урана скандий отделяют следующим образом. Адсорбцию проводят из 2-3М раствора Mg(NO₃)₂ на сильноосновном анионите. Десорбируют скандий раствором нитрата магния, а торий и уран – 2, 4 М соляной кислотой. Уран и железо отделяют от скандия также и при адсорбции из соляной кислоты на сильноосновном анионите, обработанном предварительно 7 М HCl.