[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2618024C1 - Method of extracting cerium - Google Patents

Method of extracting cerium Download PDF

Info

Publication number
RU2618024C1
RU2618024C1 RU2015150364A RU2015150364A RU2618024C1 RU 2618024 C1 RU2618024 C1 RU 2618024C1 RU 2015150364 A RU2015150364 A RU 2015150364A RU 2015150364 A RU2015150364 A RU 2015150364A RU 2618024 C1 RU2618024 C1 RU 2618024C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
cerium
temperature
cerium dioxide
precipitate
Prior art date
Application number
RU2015150364A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Азат Шаукатович Бикмурзин
Александр Адольфович Ламберов
Разия Гусмановна Романова
Original Assignee
Александр Адольфович Ламберов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Адольфович Ламберов filed Critical Александр Адольфович Ламберов
Priority to RU2015150364A priority Critical patent/RU2618024C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2618024C1 publication Critical patent/RU2618024C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B59/00Obtaining rare earth metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F17/00Compounds of rare earth metals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method comprises breakage of iron-potassium catalyst waste, calcining the crushed catalyst at a temperature of 650-800°C for 3-6 hours and its subsequent cooling to room temperature, the dissolution of the calcined catalyst in concentrated hydrochloric acid in a ratio of catalyst: acid = 1:8-1:10, heating the resultant solution to boiling, and holding at reflux temperature for 30-120 minutes, extract solution for crystallisation of cerium dioxide for 3-12 hours at negative temperatures down to minus 20°C, obtaining a precipitate, separating the precipitate from the stock solution by decanting and filtering, washing the precipitate on the filter from an iron compound, drying the precipitate to constant weight with obtaining cerium.
EFFECT: increased yield of cerium.
1 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Настоящее изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу переработки отработанных железокалиевых катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов или других материалов аналогичного состава с извлечением из них ценного компонента - церия. Полученный диоксид церия может быть использован либо в производстве железокалиевых катализаторов в качестве исходных веществ, либо, как самостоятельный реактив, в других отраслях промышленности.The present invention relates to the chemical industry, and in particular to a method for processing spent iron-potassium catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons or other materials of a similar composition with the extraction of a valuable component from them - cerium. The obtained cerium dioxide can be used either in the production of iron-potassium catalysts as starting materials, or, as an independent reagent, in other industries.

Отработанные катализаторы являются многотонажными промышленными отходами, часто содержащими в своем составе вещества, обладающие сильным токсическим воздействием на окружающую среду. К таким веществам можно отнести оксиды многих переходных и редкоземельных элементов. Большая часть отработанных катализаторов подвергается простому захоронению, что опасно и невыгодно как с экологической, так и с экономической точки зрения. Отработанные катализаторы являются ценным вторичным сырьем, что обуславливает неэкономичность простого их захоронения; кроме того, для обезвреживания (снижения токсичности отходов) многих катализаторов необходимы специальные технологии, а также специально оборудованные полигоны, затраты на оборудование которых очень велики. Все это указывает на то, что вторичная переработка отработанных катализаторов, или рециклинг, является актуальной задачей.Spent catalysts are multi-ton industrial waste, often containing substances that have a strong toxic effect on the environment. Such substances include oxides of many transition and rare earth elements. Most of the spent catalysts are subjected to simple disposal, which is dangerous and disadvantageous from both an environmental and economic point of view. Spent catalysts are valuable secondary raw materials, which leads to the inefficiency of their simple disposal; In addition, for the neutralization (reduction of toxicity of waste) of many catalysts, special technologies are needed, as well as specially equipped landfills, the equipment costs of which are very high. All this indicates that the recycling of spent catalysts, or recycling, is an urgent task.

Современные катализаторы дегидрирования олефиновых углеводородов по химическому и фазовому составу можно отнести к наиболее сложным в процессах органического синтеза. Их основным компонентом является α-Fe2O3, исходное содержание которого составляет 55-85% масс. Другим обязательным компонентом является какое-либо соединение калия (K2O, K2CO3), концентрация которого составляет 2-20% масс, в пересчете на K2O. В качестве промоторов так же используются оксиды переходных и редкоземельных элементов - молибдена до 2,5%, вольфрама, ванадия, марганца, церия (5-60% масс в виде карбонатов, оксидов, нитратов и гидроксидов) и никеля. Наиболее дорогостоящим из указанных промоторов является церий, так как на долю его соединения приходится порядка 55% от себестоимости катализатора, поэтому первоочередной задачей является извлечение именно этого компонента.Modern catalysts for the dehydrogenation of olefin hydrocarbons in chemical and phase composition can be attributed to the most complex in the processes of organic synthesis. Their main component is α-Fe 2 O 3 , the initial content of which is 55-85% of the mass. Another mandatory component is any potassium compound (K 2 O, K 2 CO 3 ), the concentration of which is 2-20% of the mass, in terms of K 2 O. Oxides of transition and rare-earth elements - molybdenum - are also used as promoters. 2.5%, tungsten, vanadium, manganese, cerium (5-60% of the mass in the form of carbonates, oxides, nitrates and hydroxides) and nickel. The most expensive of these promoters is cerium, since its compound accounts for about 55% of the cost of the catalyst, so the primary task is to extract this particular component.

Известен способ выделения церия [Заявка РФ 2000122097 А, МПК 7 C01F 17/00, G21C 56/00, G21C 19/46, опубл. 20.08.2002], в котором выделение осуществляют из растворов облученных материалов, включающий экстракцию церия (IV) или берклия (IV) раствором Д2ЭГФК и реэкстракцию их азотнокислыми растворами. Перед реэкстракцией церия или берклия в органическую фазу вводят простые насыщенные спирты до концентрации, обеспечивающей полноту восстановления церия или берклия, далее реэкстрагируют их раствором азотной кислоты (~2 моль/л), не содержащей восстановителя. Недостатками этого способа являются использование органических растворителей, которые являются токсичными, и невозможность использования способа в силу различной природы извлекаемых элементов из смеси ионов в катализаторе в соответствии с изобретением.A known method for the separation of cerium [RF Application 2000122097 A, IPC 7 C01F 17/00, G21C 56/00, G21C 19/46, publ. 08/20/2002], in which the separation is carried out from solutions of irradiated materials, including extraction of cerium (IV) or berkelium (IV) with a D2EGFK solution and reextraction with nitric acid solutions. Before re-extraction of cerium or berkelium, simple saturated alcohols are introduced into the organic phase to a concentration that ensures complete recovery of cerium or berkelium, then they are re-extracted with a solution of nitric acid (~ 2 mol / L) that does not contain a reducing agent. The disadvantages of this method are the use of organic solvents that are toxic, and the inability to use the method due to the different nature of the recoverable elements from the mixture of ions in the catalyst in accordance with the invention.

Известен способ выделения церия [RU 2373299 С1, МПК С22В 59/00, B03D 1/00, опубл. 20.11.2009], который касается получения чистых редкоземельных металлов (РЗМ) или их оксидов из бедного или техногенного сырья с помощью метода ионной флотации. Способ извлечения ионов церия и иттрия из раствора включает ионную флотацию с использованием в качестве собирателя поверхностно-активного вещества. В качестве собирателя используют додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрической реакции: Me+3+3DS-=Me[DS-]3, где Ме+3 - катион церия или иттрия, DS - додецилсульфат-ион. При этом для селективного извлечения иттрия и разделения ионов иттрия и церия ионную флотацию осуществляют при рН=5. Техническим результатом является повышение процента извлечения и разделения ионов церия и иттрия.A known method for the allocation of cerium [RU 2373299 C1, IPC C22B 59/00, B03D 1/00, publ. November 20, 2009], which relates to the production of pure rare-earth metals (REM) or their oxides from poor or man-made materials using the ion flotation method. A method for extracting cerium and yttrium ions from a solution involves ion flotation using a surfactant as a collector. Sodium dodecyl sulfate at a concentration corresponding to the stoichiometric reaction is used as a collector: Me + 3 + 3DS- = Me [DS-] 3, where Me + 3 is the cerium or yttrium cation, DS is the dodecyl sulfate ion. Moreover, for selective extraction of yttrium and separation of yttrium and cerium ions, ion flotation is carried out at pH = 5. The technical result is to increase the percentage of extraction and separation of cerium and yttrium ions.

Наиболее близким аналогом заявленному изобретению является Способ извлечения церия, патент РФ №2495147, МПК С22В 59/00, С22В 3/10, B01J 23/10, опубликовано 10.10.2013, в котором церий извлекают из отработанных железокалиевых катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов. В указанном способе извлечение церия проводят следующим образом:The closest analogue to the claimed invention is the Cerium extraction method, RF patent No. 2495147, IPC С22В 59/00, С22В 3/10, B01J 23/10, published October 10, 2013, in which cerium is extracted from spent iron-potassium olefinic hydrocarbon dehydrogenation catalysts. In the specified method, the extraction of cerium is carried out as follows:

- проводят измельчение отработанного катализатора;- spend grinding the spent catalyst;

- измельченный катализатор прокаливают при температуре 650-800°С в течение 3-6 часов;- the crushed catalyst is calcined at a temperature of 650-800 ° C for 3-6 hours;

- после окончания прокаливания катализатор охлаждают до комнатной температуры;- after calcination, the catalyst is cooled to room temperature;

- после чего проводят извлечение соединения церия, для чего:- then carry out the extraction of the cerium compounds, for which:

- проводят растворение прокаленного катализатора в концентрированной соляной кислоте;- spend the dissolution of the calcined catalyst in concentrated hydrochloric acid;

- нагревают раствор до кипения и выдерживают раствор при температуре кипения (100-110°С) в течение 30-120 минут;- heat the solution to a boil and maintain the solution at the boiling point (100-110 ° C) for 30-120 minutes;

- проводят выдержку раствора для кристаллизации диоксида церия в течение 3-12 часов при температуре 0-+20°С;- spend the exposure of the solution for crystallization of cerium dioxide for 3-12 hours at a temperature of 0- + 20 ° C;

- после получения осадка его отделяют от маточного раствора фильтрованием, проводя слив раствора с поверхности осадка на фильтр с размером пор фильтрующего материала не более 2 мкм;- after receiving the precipitate, it is separated from the mother liquor by filtration, draining the solution from the surface of the precipitate onto the filter with a pore size of the filter material of not more than 2 microns;

- осадок на фильтре промывают от соединения железа и сушат до постоянной массы с получением диоксида церия.- the filter cake is washed from the iron compound and dried to constant weight to obtain cerium dioxide.

Для растворения берут концентрированную соляную кислоту в соотношении катализатор:кислота, равном 1:8-1:10.For dissolution take concentrated hydrochloric acid in the ratio of catalyst: acid, equal to 1: 8-1: 10.

Описанный способ обеспечивает лишь неполное извлечение церия за счет большой степени растворимости диоксида церия при температуре 0-+20°С в процессе его кристаллизации и ухода этой части вместе с маточным раствором при фильтровании.The described method provides only the incomplete extraction of cerium due to the high degree of solubility of cerium dioxide at a temperature of 0- + 20 ° C during its crystallization and the departure of this part together with the mother liquor during filtration.

Задачей данного изобретения является повышение степени извлечения церия как дорогостоящего компонента из отработанных железокалиевых катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов с получением соединений церия высокой чистоты.The objective of the invention is to increase the degree of extraction of cerium as an expensive component from spent iron-potassium catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons to obtain high-purity cerium compounds.

Технический результат - увеличение выхода церия за счет уменьшения растворимости диоксида церия при снижении температуры кристаллизации.The technical result is an increase in the yield of cerium due to a decrease in the solubility of cerium dioxide with a decrease in the crystallization temperature.

Задача решается, и технический результат достигается заявленным способом извлечения церия из отработанных железокалиевых катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов, в которомThe problem is solved, and the technical result is achieved by the claimed method of extracting cerium from spent iron-potassium catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons, in which

- проводят измельчение отработанного катализатора;- spend grinding the spent catalyst;

- измельченный катализатор прокаливают при температуре 650-800°С в течение 3-6 часов;- the crushed catalyst is calcined at a temperature of 650-800 ° C for 3-6 hours;

- после окончания прокаливания катализатор охлаждают до комнатной температуры;- after calcination, the catalyst is cooled to room temperature;

- проводят растворение прокаленного катализатора в концентрированной соляной кислоте;- spend the dissolution of the calcined catalyst in concentrated hydrochloric acid;

- нагревают раствор до кипения и выдерживают раствор при температуре кипения (100-110°С) в течение 30-120 минут;- heat the solution to a boil and maintain the solution at the boiling point (100-110 ° C) for 30-120 minutes;

-проводят выдержку раствора для кристаллизации диоксида церия в течение 3-12 часов;- spend the exposure of the solution for crystallization of cerium dioxide for 3-12 hours;

- после получения осадка его отделяют от маточного раствора фильтрованием, проводя слив раствора с поверхности осадка на фильтр (декантация) с размером пор фильтрующего материала не более 2 мкм;- after receiving the precipitate, it is separated from the mother liquor by filtration, draining the solution from the surface of the precipitate to the filter (decantation) with a pore size of the filter material of not more than 2 microns;

- осадок на фильтре промывают от соединения железа и сушат до постоянной массы с получением диоксида церия.- the filter cake is washed from the iron compound and dried to constant weight to obtain cerium dioxide.

Для растворения берут концентрированную соляную кислоту в соотношении катализатор:кислота, равном 1:8-1:10.For dissolution take concentrated hydrochloric acid in the ratio of catalyst: acid, equal to 1: 8-1: 10.

Отличием изобретения от прототипа является выдержка растворенного катализатора в концентрированной соляной кислоте для кристаллизации диоксида церия при отрицательных температурах не ниже минус 20°С до получения осадка диоксида церия.The difference between the invention and the prototype is the exposure of the dissolved catalyst in concentrated hydrochloric acid for crystallization of cerium dioxide at negative temperatures not lower than minus 20 ° C to obtain a precipitate of cerium dioxide.

Процесс фильтрации желательно проводить при температуре кристаллизации, но если такая техническая возможность отсутствует, можно проводить его при комнатной температуре, но быстро, не давая нагреться раствору и раствориться осадку. Для установления равновесия нужна длительная выдержка; фактически декантацию проводили при температуре кристаллизации.It is desirable to carry out the filtration process at a crystallization temperature, but if this technical possibility is not available, it can be carried out at room temperature, but quickly, without allowing the solution to heat up and the precipitate to dissolve. To establish equilibrium, a long exposure is needed; in fact, decantation was carried out at crystallization temperature.

За счет низкой температуры снижается растворимость диоксида церия в кислоте и при кристаллизации большее количество его переходит в осадок, тем самым увеличивается выход диоксида церия в процессе его извлечения.Due to the low temperature, the solubility of cerium dioxide in acid decreases and during crystallization a greater amount of it passes into the precipitate, thereby increasing the yield of cerium dioxide in the process of its extraction.

В способе использованы следующие продукты и реагенты:The method used the following products and reagents:

- отработанные железокалиевые катализаторы дегидрирования олефиновых углеводородов (изоамиленов в изопрен):- spent iron-potassium catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons (isoamylenes in isoprene):

- S6-34, Basf, Германия;- S6-34, Basf, Germany;

- КДОМ-08, Россия, ТУ 2173-134-5766801-2005;- KDOM-08, Russia, TU 2173-134-5766801-2005;

- КДО, Россия, ТУ 2173-134-5766801-2005;- KDO, Russia, TU 2173-134-5766801-2005;

- КДОМ, Россия, ТУ 2173-134-5766801-2005;- KDOM, Russia, TU 2173-134-5766801-2005;

- ЖКД, Россия, ТУ 2173-163-05766801-2011;- LCD, Russia, TU 2173-163-05766801-2011;

- соляная кислота, класс А, ГОСТ 3118-77;- hydrochloric acid, class A, GOST 3118-77;

- вода дистиллированная, ГОСТ 6709-726709-72.- distilled water, GOST 6709-726709-72.

Способ переработки железокалиевого катализатора дегидрирования олефиновых углеводородов с извлечением церия проводят следующим образом.A method of processing iron-potassium catalyst for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons with the extraction of cerium is carried out as follows.

Переработке в соответствии с предлагаемым способом подлежат отработанные катализаторы дегидрирования алкилароматических и олефиновых углеводородов дегидрирования изоамиленов в изопрен состава, близкого катализаторам марок S6-34 (BASF, Германия), КДОМ-08 (РФ), КДОМ (РФ), КДО (РФ), ЖКД (РФ), которые представляют собой полидисперсную смесь целых, разрушенных и спекшихся гранул, а так же порошкообразной массы черного цвета со следующим после прокаливания химическим составом, установленным методом атомно-абсорбционной спектроскопии:In accordance with the proposed method, spent catalysts for the dehydrogenation of alkyl aromatic and olefin hydrocarbons for the dehydrogenation of isoamylenes to isoprene of a composition close to catalysts of the grades S6-34 (BASF, Germany), KDOM-08 (RF), KDOM (RF), KDO (RF), LCD are subject to processing (RF), which is a polydisperse mixture of whole, broken and sintered granules, as well as a powdery mass of black color with the following chemical composition after calcination, established by atomic absorption spectroscopy:

Figure 00000001
Figure 00000001

Используемый отработанный катализатор предварительно измельчают на дезинтеграторе. Желательно, чтобы измельчение отработанного катализатора было проведено до фракционного состава частиц не более 0,2 мм, что приводит к ускорению процесса растворения - чем меньше размер частиц, тем больше их поверхность, и тем быстрее протекает реакция.Used spent catalyst is pre-crushed on a disintegrator. It is desirable that the spent catalyst is milled to a fractional particle composition of not more than 0.2 mm, which leads to an acceleration of the dissolution process — the smaller the particle size, the larger their surface, and the faster the reaction.

Далее измельченный катализатор подвергают прокаливанию при температуре от 650 до 800°С. Прокаливание отработанного катализатора необходимо для увеличения разницы в способности растворяться в соляной кислоте оксидных соединений, входящих в состав железокалиевого катализатора. При прокаливании происходит реакция превращения магнетита Fe3O4 - основного компонента железокалиевых катализаторов - в растворимую в кислотах форму в соответствии с уравнением реакции:Next, the crushed catalyst is calcined at a temperature of from 650 to 800 ° C. Annealing the spent catalyst is necessary to increase the difference in the ability of the oxide compounds that are part of the iron-potassium catalyst to dissolve in hydrochloric acid. During calcination, a reaction occurs of the conversion of magnetite Fe 3 O 4 - the main component of iron-potassium catalysts - into an acid-soluble form in accordance with the reaction equation:

4Fe3O4+O2→6Fe2O3.4Fe 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3 .

Магнетит - Fe3O4 мало растворим в растворах сильных неорганических кислот, в отличие от гематита Fe2O3.Magnetite - Fe 3 O 4 is slightly soluble in solutions of strong inorganic acids, in contrast to hematite Fe 2 O 3 .

Кроме того, при прокаливании отработанного катализатора также происходит окисление Ce2O3 в CeO2, а растворимость CeO2 в минеральных кислотах существенно ниже, чем растворимость Ce2O3.In addition, when calcining the spent catalyst, Ce 2 O 3 is also oxidized in CeO 2 , and the solubility of CeO 2 in mineral acids is significantly lower than the solubility of Ce 2 O 3 .

Таким образом, операцией прокаливания изменяют степень растворимости соединений железа от соединений церия для лучшего их отделения.Thus, the degree of solubility of iron compounds from cerium compounds is changed by the calcination operation to better separate them.

После прокаливания проводят извлечение соединения церия в виде диоксида церия, для чего в термостойкую плоскодонную колбу с обратным водяным холодильником заливают концентрированную соляную кислоту в соотношении катализатор:кислота, кг/л, от 1:8 до 1:10 и засыпают подготовленный катализатор. Проводят растворение катализатора в концентрированной соляной кислоте путем перемешивания при температуре 30-110°С в течение 5-30 минут. При этом основная часть железосодержащего катализатора переходит в раствор, а диоксид церия находится в виде тонкодисперсных взвешенных частиц. Продолжают нагревание раствора и выдерживают раствор при температуре кипения (100-110°С) в течение 30-120 минут, при этом кристаллизуется осадок диоксида церия. По истечении времени проводят выдержку раствора для формирования кристаллов диоксида церия в течение 3-12 часов при температуре 0--20°С. Для формирования кристаллов диоксида церия раствор помещают в морозильную камеру с установкой указанной минусовой температуры. Возможно применение другого устройства или способа, обеспечивающего заданную температуру. При такой температуре растворимость CeO2 в минеральных кислотах существенно ниже, чем при положительных температурах прототипа 0-+20°С, и большая по сравнению с прототипом часть диоксида кремния выпадает в осадок и кристаллизуется.After calcination, the cerium compound is removed in the form of cerium dioxide, for which concentrated hydrochloric acid is poured into a heat-resistant flat-bottomed flask with a reflux condenser in the ratio catalyst: acid, kg / l, from 1: 8 to 1:10 and the prepared catalyst is poured. The catalyst is dissolved in concentrated hydrochloric acid by stirring at a temperature of 30-110 ° C for 5-30 minutes. In this case, the bulk of the iron-containing catalyst passes into the solution, and cerium dioxide is in the form of finely divided suspended particles. The heating of the solution is continued and the solution is kept at the boiling temperature (100-110 ° C) for 30-120 minutes, while the cerium dioxide precipitate crystallizes. After the time has passed, the solution is aged for the formation of cerium dioxide crystals for 3-12 hours at a temperature of 0--20 ° С. To form crystals of cerium dioxide, the solution is placed in a freezer with the specified minus temperature. It is possible to use another device or method that provides a given temperature. At this temperature, the solubility of CeO 2 in mineral acids is significantly lower than at positive temperatures of the prototype 0- + 20 ° C, and a large part of the silicon dioxide, compared with the prototype, precipitates and crystallizes.

После получения осадка его отделяют от маточного раствора фильтрованием - сливают раствор с поверхности осадка на фильтр с размером пор фильтрующего материала не более 2 мкм. Осадок на фильтре промывают дистиллированной водой объемом, равным объему соляной кислоты, желательно, при перемешивании осадка на фильтре для лучшего отмывания от хлорида железа. После промывки осадка в нем остается влажный диоксид церия, который направляют на сушку в сушильном шкафу при температуре 105°С до постоянной массы с получением церийсодержащего готового продукта - диоксида церия. Выдержка в соляной кислоте катализатора при температуре ниже минус 20°С может привести к кристаллизации основных компонентов маточного раствора, например, солей железа и загрязнению ими диоксида церия.After receiving the precipitate, it is separated from the mother liquor by filtration - the solution is drained from the surface of the precipitate onto the filter with a pore size of the filter material of not more than 2 μm. The filter cake is washed with distilled water with a volume equal to the volume of hydrochloric acid, preferably while stirring the filter cake to better wash off the iron chloride. After washing the precipitate, moist cerium dioxide remains in it, which is sent for drying in an oven at a temperature of 105 ° C to constant weight to obtain a cerium-containing finished product - cerium dioxide. Exposure of the catalyst in hydrochloric acid at a temperature below minus 20 ° C can lead to crystallization of the main components of the mother liquor, for example, iron salts and their contamination with cerium dioxide.

Заявляемый способ позволяет извлечь из отработанных катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов наиболее дорогостоящий компонент с высоким выходом и получить продукт высокой чистоты.The inventive method allows to extract from the spent catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons the most expensive component with a high yield and to obtain a product of high purity.

Выход (степень извлечения) продукта считается как отношение содержания диоксида церия в катализаторе к фактически извлеченному диоксиду церия.The yield (degree of recovery) of the product is considered as the ratio of the cerium dioxide content in the catalyst to the actually recovered cerium dioxide.

Чистота полученных соединений рассчитывается из результатов их анализа рентгенофлуоресцентным или атомно-абсорбционным методами [ГОСТ 23862.0-79. Редкоземельные металлы и их окиси. Общие требования к методам анализа. М.: ИПК Издательство стандартов. 2003; Международный стандарт ИСО 12677:2003 «Химический анализ огнеупоров рентгенофлуоресцентным методом (XRF) с использованием плавленолитых дисков» (ISO 12677:2003 Chemical analysis of refractory products by X-ray fluorescence (XRF) - Fused cast bead method); ГОСТ 12364-84. Стали легированные и высоколегированные. Методы определения церия; ГОСТ 23862.2-79. Редкоземельные металлы и их окиси. Прямой спектральный метод определения примесей окисей редкоземельных элементов].The purity of the obtained compounds is calculated from the results of their analysis by X-ray fluorescence or atomic absorption methods [GOST 23862.0-79. Rare earth metals and their oxides. General requirements for analysis methods. M .: IPK Publishing house of standards. 2003; International standard ISO 12677: 2003 “Chemical analysis of refractory products by X-ray fluorescence (XRF) - Fused cast bead method"; X-ray fluorescence chemical analysis of refractories (XRF); GOST 12364-84. Steel alloyed and high alloyed. Methods for the determination of cerium; GOST 23862.2-79. Rare earth metals and their oxides. Direct spectral method for the determination of impurities of rare earth oxides].

Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.The invention is illustrated by examples of specific performance.

В Таблице приведены примеры извлечения церия из различных отработанных катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов и результаты извлечения церия в различных условиях.The table shows examples of the extraction of cerium from various spent catalysts for the dehydrogenation of olefinic hydrocarbons and the results of the extraction of cerium under various conditions.

Пример 1 (по прототипу).Example 1 (prototype).

Измельчали в дезинтеграторе около 120 г отработанного катализатора фирмы Basf, Германия, марки S6-34, содержащего 9,60% масс, диоксида церия, до размера частиц, не превышающих 0,20 мм. Измельченный катализатор подвергали прокаливанию в муфельной печи при температуре 650°С в течение 3-х часов, после чего прокаленный катализатор охлаждали до комнатной температуры.About 120 g of spent catalyst from Basf, Germany, grade S6-34, containing 9.60% by weight, cerium dioxide, was crushed in a disintegrator to a particle size not exceeding 0.20 mm. The crushed catalyst was calcined in a muffle furnace at a temperature of 650 ° C for 3 hours, after which the calcined catalyst was cooled to room temperature.

В коническую плоскодонную колбу с обратным водяным холодильником заливали цилиндром 800 мл концентрированной соляной кислоты (35% масс), т.е. соотношение объема кислоты к массе катализатора составило 8:1 мл/г. Далее в эту же колбу засыпали взвешенную на аналитических весах с точностью до 0,01 г навеску прокаленного катализатора массой 100,00 г. Проводили растворение катализатора в концентрированной соляной кислоте путем перемешивания магнитной мешалкой при температуре 30°С в течение 30 минут. Далее продолжали нагревание раствора до кипения (110°С) и выдерживали раствор при этой температуре в течение 120 минут, при этом в осадок выпадал диоксид церия. По истечении времени охлаждали раствор с осадком до температуры +20±3°С и выдерживали раствор при этой температуре для формирования кристаллов диоксида церия в течение 6 часов.In a conical flat-bottomed flask with a reflux condenser, a cylinder of 800 ml of concentrated hydrochloric acid (35% by mass) was filled in, i.e. the ratio of acid volume to catalyst weight was 8: 1 ml / g. Then, a sample of a calcined catalyst weighing 100.00 g weighed on an analytical balance was poured into the same flask to an accuracy of 0.01 g. The catalyst was dissolved in concentrated hydrochloric acid by stirring with a magnetic stirrer at a temperature of 30 ° C for 30 minutes. Then, the solution was further heated to boiling (110 ° С) and the solution was kept at this temperature for 120 minutes, while cerium dioxide precipitated. After time, the solution with the precipitate was cooled to a temperature of + 20 ± 3 ° C and the solution was kept at this temperature to form cerium dioxide crystals for 6 hours.

По истечении времени выдержки последовательно сливали раствор с поверхности осадка и осадок на фильтр с размером пор фильтрующего материала не более 2 мкм. Осадок на фильтре промывали дистиллированной водой объемом 800 мл, при перемешивании осадка на фильтре для лучшего отмывания от хлорида железа. После промывки осадок сушили в сушильном шкафу при температуре 105°С до постоянной массы в течение 3-х часов.After the exposure time, the solution was successively poured from the surface of the precipitate and the precipitate onto a filter with a pore size of the filter material not more than 2 μm. The filter cake was washed with distilled water with a volume of 800 ml, while the filter cake was stirred to better wash off the iron chloride. After washing, the precipitate was dried in an oven at a temperature of 105 ° C to constant weight for 3 hours.

После охлаждения осадка, представляющего собой диоксид церия, его взвешивали и анализировали его состав. Масса полученного осадка диоксида церия составила 7,75 г.After cooling the precipitate, which is cerium dioxide, it was weighed and its composition was analyzed. The mass of the obtained cerium dioxide precipitate was 7.75 g.

Содержание элементов в катализаторе и в осадке определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа. Для анализа брали измельченный и высушенный до постоянной массы катализатор, а состав диоксида церия определяли в образце после высушивания. Согласно результатам, в 100 г исходного образца катализатора содержалось 9,60 г CeO2, а в прокаленном остатке полученного из него диоксида церия содержалось в пересчете на оксиды 99,6% CeO2 и 0,4% Fe2O3, что характеризует чистоту диоксида церия. Таким образом, чистота продукта составила 99,6%.The content of elements in the catalyst and in the sediment was determined by x-ray fluorescence analysis. For analysis, the catalyst was ground and dried to constant mass, and the cerium dioxide composition was determined in the sample after drying. According to the results, 100 g of the initial catalyst sample contained 9.60 g of CeO 2 , and the calcined residue obtained from it contained cerium dioxide in terms of oxides of 99.6% CeO 2 and 0.4% Fe 2 O 3 , which characterizes the purity cerium dioxide. Thus, the purity of the product was 99.6%.

Выход считается как отношение содержания диоксида церия в катализаторе к фактически извлеченному диоксиду церия. Расчет выхода проводили следующим образом.The yield is considered as the ratio of the cerium dioxide content of the catalyst to the actually recovered cerium dioxide. The yield calculation was carried out as follows.

Из 100 г катализатора получено 7,75 г диоксида церия. Содержание диоксида церия в продукте составляет 99,6%, следовательно, масса CeO2 равна 7,75*0,996=7,72 г. Выход составил: 7,72*100/9,60=80,4%.From 100 g of catalyst, 7.75 g of cerium dioxide was obtained. The cerium dioxide content in the product is 99.6%, therefore, the mass of CeO 2 is 7.75 * 0.996 = 7.72 g. The yield is: 7.72 * 100 / 9.60 = 80.4%.

Указанный пример извлечения церия по прототипу проводился и для других катализаторов КДОМ, КДОМ-08, КДО, при температуре прокаливания 650-800°С в течение 3-6 часов при соотношении массы катализатора к объему кислоты 1:8-1:10, при температуре растворения катализатора 30-110°С, времени кипячения 30-120 мин с температурой кристаллизации 0-+20°С в течение 3-12 часов. При этом содержание диоксида церия в катализаторе составляло 7,1-11,4 г, масса диоксида церия в высушенном осадке составила 5,74-9,32 г, % выхода составил 80,3-81,7. Это нашло отражение в Таблице, пример 1.The specified example of the extraction of cerium by the prototype was carried out for other catalysts KDOM, KDOM-08, KDO, at an annealing temperature of 650-800 ° C for 3-6 hours at a ratio of the weight of the catalyst to the volume of acid 1: 8-1: 10, at a temperature dissolution of the catalyst 30-110 ° C, boiling time 30-120 min with a crystallization temperature of 0- + 20 ° C for 3-12 hours. The cerium dioxide content in the catalyst was 7.1-11.4 g, the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 5.74-9.32 g, and the yield was 80.3-81.7%. This is reflected in the Table, example 1.

Пример 2.Example 2

Пример 2 осуществляли в соответствии с примером 1 со следующими изменениями.Example 2 was carried out in accordance with example 1 with the following changes.

Катализатор брали S6-34, температура прокаливания 650°С в течение времени прокаливания 3 часа, соотношение объема кислоты к массе катализатора 8:1, температура растворения 30°С, время кипячения 120 мин, температура кристаллизации -1°С, время выдержки для кристаллизации 12 часов; при этом содержание диоксида церия в катализаторе было 9,60 г, а масса диоксида церия в высушенном осадке составила 7,87 г. Выход диоксида церия составил 82,0%.The catalyst was taken S6-34, the calcination temperature was 650 ° С during the calcination time of 3 hours, the ratio of the acid volume to the mass of the catalyst was 8: 1, the dissolution temperature was 30 ° С, the boiling time was 120 min, the crystallization temperature was -1 ° С, and the crystallization hold time 12 hours; the cerium dioxide content in the catalyst was 9.60 g, and the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 7.87 g. The yield of cerium dioxide was 82.0%.

Степень чистоты полученного диоксида церия подтверждает дифрактограмма CeO2, полученного из отработанного катализатора, приведенная на фигуре, которую сравнивали с дифрактометрическими данными из [Кристаллографическая база данных WWW-Минкрист. http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/; Crystallography Open Database http://sdpd.univ-lemans.fr/cod/].The purity of the obtained cerium dioxide is confirmed by the X-ray diffraction pattern of CeO 2 obtained from the spent catalyst, shown in the figure, which was compared with diffractometric data from [Crystallographic database WWW-Minkrist. http://database.iem.ac.ru/mincryst/rus/; Crystallography Open Database http://sdpd.univ-lemans.fr/cod/].

Все пики на данной дифрактограмме относятся к CeO2, при этом практически идентичны данным кристаллографической базы данных не только значения межплоскостных расстояний, но и значения относительной интенсивности пиков, что свидетельствует о высокой степени чистоты получаемого вещества.All peaks in this diffraction pattern belong to CeO 2 , while they are almost identical to the data of the crystallographic database, not only the values of interplanar spacings, but also the relative intensities of the peaks, which indicates a high degree of purity of the obtained substance.

Пример 3.Example 3

Пример 3 осуществляли в соответствии с примером 1 со следующими изменениями.Example 3 was carried out in accordance with example 1 with the following changes.

Катализатор КДОМ-08, температура прокаливания 700°С в течение 3 часов, соотношение массы катализатора к объему кислоты 1:10, температура растворения 110°С, время кипячения 30 мин, температура кристаллизации -10°С, время выдержки для кристаллизации 3 часа; при этом содержание диоксида церия в катализаторе было 11,40 г, а масса диоксида церия в высушенном осадке составила 10,78 г. Выход диоксида церия составил 94,6%.Catalyst KDOM-08, calcination temperature 700 ° С for 3 hours, the ratio of the mass of the catalyst to the volume of acid 1:10, the dissolution temperature 110 ° С, the boiling time 30 min, the crystallization temperature -10 ° С, the exposure time for crystallization 3 hours; the cerium dioxide content in the catalyst was 11.40 g, and the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 10.78 g. The yield of cerium dioxide was 94.6%.

Пример 4.Example 4

Пример 4 осуществляли в соответствии с примером 1 со следующими изменениями.Example 4 was carried out in accordance with example 1 with the following changes.

Катализатор КДО, температура прокаливания 800°С в течение 3 часов, соотношение объема кислоты к массе катализатора 8:1, температура растворения 100°С, время кипячения 60 мин, температура кристаллизации -20°С, время выдержки для кристаллизации 6 часов; при этом содержание диоксида церия в катализаторе было 7,10 г, а масса диоксида церия в высушенном осадке составила 7,03 г. Выход диоксида церия составил 99,0%.KDO catalyst, calcination temperature 800 ° С for 3 hours, the ratio of acid volume to catalyst weight 8: 1, dissolution temperature 100 ° С, boiling time 60 min, crystallization temperature -20 ° С, holding time for crystallization 6 hours; the cerium dioxide content in the catalyst was 7.10 g, and the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 7.03 g. The yield of cerium dioxide was 99.0%.

Пример 5.Example 5

Пример 5 осуществляли в соответствии с примером 1 со следующими изменениями.Example 5 was carried out in accordance with example 1 with the following changes.

Катализатор КДОМ, температура прокаливания 700°С в течение 6 часов, соотношение объема кислоты к массе катализатора 10:1, температура растворения 110°С, время кипячения 120 мин, температура кристаллизации -10°С, время выдержки для кристаллизации 6 часов; при этом содержание диоксида церия в катализаторе было 7,10 г, а масса диоксида церия в высушенном осадке составила 6,82 г. Выход диоксида церия составил 96,1%.KDOM catalyst, calcination temperature of 700 ° C for 6 hours, the ratio of acid volume to mass of catalyst 10: 1, dissolution temperature of 110 ° C, boiling time 120 min, crystallization temperature -10 ° C, holding time for crystallization 6 hours; the cerium dioxide content in the catalyst was 7.10 g, and the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 6.82 g. The yield of cerium dioxide was 96.1%.

Пример 6.Example 6

Пример 6 осуществляли в соответствии с примером 1 со следующими изменениями.Example 6 was carried out in accordance with example 1 with the following changes.

Катализатор ЖКД, температура прокаливания 700°С в течение 3 часов, соотношение объема кислоты к массе катализатора 10:1, температура растворения 30°С, время кипячения 120 мин, температура кристаллизации -20°С, время выдержки для кристаллизации 12 часов; при этом содержание диоксида церия в катализаторе было 9,20 г, а масса диоксида церия в высушенном осадке составила 9,06 г. Выход диоксида церия составил 98,5%.LCD catalyst, calcination temperature 700 ° С for 3 hours, the ratio of acid volume to mass of catalyst 10: 1, dissolution temperature 30 ° С, boiling time 120 min, crystallization temperature -20 ° С, holding time for crystallization 12 hours; the cerium dioxide content in the catalyst was 9.20 g, and the mass of cerium dioxide in the dried precipitate was 9.06 g. The yield of cerium dioxide was 98.5%.

Как видно из примеров и Таблицы к ним, процент выхода диоксида церия значительно повысился, что подтверждает реализацию заявленного технического результата и решение поставленной задачи. Увеличение выхода церия при отрицательных температурах проведения операции кристаллизации объясняется уменьшением растворимости диоксида церия в маточном растворе и большей кристаллизацией его количества.As can be seen from the examples and the Table to them, the percentage of cerium dioxide output has increased significantly, which confirms the implementation of the claimed technical result and the solution of the problem. The increase in cerium yield at negative temperatures during crystallization is explained by a decrease in the solubility of cerium dioxide in the mother liquor and a greater crystallization of its amount.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Способ извлечения церия, в котором проводят измельчение отработанного железокалиевого катализатора с содержанием церия, измельченный катализатор прокаливают при температуре 650-800°C в течение 3-6 часов, после окончания прокаливания катализатор охлаждают до комнатной температуры, проводят растворение прокаленного катализатора в концентрированной соляной кислоте, нагревают раствор до кипения и выдерживают раствор при температуре кипения в течение 30-120 минут, проводят выдержку раствора для кристаллизации диоксида церия в течение 3-12 часов, после получения осадка его отделяют от маточного раствора декантацией и фильтрованием, осадок на фильтре промывают от соединения железа и сушат до постоянной массы с получением диоксида церия, для растворения берут концентрированную соляную кислоту в соотношении катализатор:кислота, равном 1:8-1:10, отличающийся тем, что выдержку растворенного катализатора в концентрированной соляной кислоте для кристаллизации диоксида церия проводят при отрицательных температурах от минус 4°C до минус 20°C.A cerium extraction method in which the spent iron-potassium catalyst with cerium content is ground, the ground catalyst is calcined at a temperature of 650-800 ° C for 3-6 hours, after the end of calcination, the catalyst is cooled to room temperature, the calcined catalyst is dissolved in concentrated hydrochloric acid, heat the solution to a boil and hold the solution at the boiling point for 30-120 minutes, hold the solution for crystallization of cerium dioxide for 3-12 hours after receiving the precipitate, it is separated from the mother liquor by decantation and filtration, the filter cake is washed from the iron compound and dried to constant weight to obtain cerium dioxide, concentrated hydrochloric acid in the ratio catalyst: acid equal to 1: 8-1: 10 is taken for dissolution characterized in that the exposure of the dissolved catalyst in concentrated hydrochloric acid for crystallization of cerium dioxide is carried out at negative temperatures from minus 4 ° C to minus 20 ° C.
RU2015150364A 2015-11-24 2015-11-24 Method of extracting cerium RU2618024C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150364A RU2618024C1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Method of extracting cerium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015150364A RU2618024C1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Method of extracting cerium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2618024C1 true RU2618024C1 (en) 2017-05-02

Family

ID=58697751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015150364A RU2618024C1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Method of extracting cerium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618024C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1148458A (en) * 1966-01-03 1969-04-10 Molybdenum Corp Improvements in and relating to the extraction of rare earths
RU2000122097A (en) * 2000-08-18 2002-08-20 Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов METHOD FOR ISOLATING CERIUM OR BERKLIA FROM SOLUTIONS OF IRRADIATED MATERIALS
RU2373299C1 (en) * 2008-06-26 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method of extracting and separating cerium and yttrium ions
RU2495147C1 (en) * 2012-09-13 2013-10-10 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Cerium extraction method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2186732C2 (en) * 2000-08-18 2002-08-10 Государственный научный центр - Научно-исследовательский институт атомных реакторов Method of isolation of cerium and berkelium from irradiated materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1148458A (en) * 1966-01-03 1969-04-10 Molybdenum Corp Improvements in and relating to the extraction of rare earths
RU2000122097A (en) * 2000-08-18 2002-08-20 Государственный научный центр-Научно-исследовательский институт атомных реакторов METHOD FOR ISOLATING CERIUM OR BERKLIA FROM SOLUTIONS OF IRRADIATED MATERIALS
RU2373299C1 (en) * 2008-06-26 2009-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)" Method of extracting and separating cerium and yttrium ions
RU2495147C1 (en) * 2012-09-13 2013-10-10 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Cerium extraction method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pepper et al. Comprehensive examination of acid leaching behaviour of mineral phases from red mud: Recovery of Fe, Al, Ti, and Si
RU2595178C2 (en) Method of extracting rare-earth elements and rare metals
US9945009B2 (en) Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials
Jandová et al. Processing of zinnwaldite waste to obtain Li2CO3
Liu et al. Extraction of gallium and germanium from zinc refinery residues by pressure acid leaching
Um et al. Dissolution behavior of La2O3, Pr2O3, Nd2O3, CaO and Al2O3 in sulfuric acid solutions and study of cerium recovery from rare earth polishing powder waste via two-stage sulfuric acid leaching
Innocenzi et al. Treatment of fluid catalytic cracking spent catalysts to recover lanthanum and cerium: Comparison between selective precipitation and solvent extraction
RU2579843C2 (en) Method of red mud processing
CA2925921C (en) Deriving high value products from waste red mud
Kaußen et al. Phase characterization and thermochemical simulation of (landfilled) bauxite residue (“red mud”) in different alkaline processes optimized for aluminum recovery
WO2013145455A1 (en) Method for recovering rare-earth element
Padhan et al. Separation of molybdenum and cobalt from spent catalyst using Cyanex 272 and Cyanex 301
US10294117B2 (en) Extraction of products from titanium-bearing minerals
BR112016026448B1 (en) process to extract rare earth and remove thorium from ores containing monazite and bastnasite
RU2618024C1 (en) Method of extracting cerium
RU2504594C1 (en) Method of extracting molybdenum and cerium from spent iron oxide catalysts for dehydrogenating olefin and alkyl aromatic hydrocarbons
RU2495147C9 (en) Cerium extraction method
CA3156959A1 (en) Dissolution process
You et al. Synthesis of high purity ammonium alum crystallized from solutions containing impurities
WO2018227674A1 (en) Method for removing radioactive thorium element in rare earth mineral
RU2511375C2 (en) Method of photometric determination of rare earth elements
RU2477758C1 (en) Method of extracting americium
da Rocha Pereira et al. Production of High-Purity Alumina by Combining Solvent Extraction and Precipitation Techniques
Froisland et al. Acid sulfation of alunite
Jiang et al. Solvent extraction of scandium from chlorination system with EHPAEH

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181125