THE DILUENT’S ROLE IN THE EXTRACTION OF RARE EARTH ELEMENTS

Abstract

Редкоземельные элементы — критически важные для наукоёмких технологий металлы, на территории России содержащиеся главным образом в апатите. Фосфорная кислота, образующаяся при его разложении, имеет огромный потенциал как сырьё для их побочного получения и в представленной статье стала объектом исследований. В работе рассмотрено извлечение редкоземельных элементов на примере эрбия и иттербия из фосфорнокислых растворов методом жидкостной экстракции ди-2-этилгексилфосфорной кислотой. Процесс экстракции существенно зависит как от самого экстрагента, так и от разбавителя, состав и физико-химические свойства которого непосредственно влияют на ключевые показатели эффективности экстракции: степень извлечения, коэффициенты распределения и разделения, стойкость образующейся эмульсии и время разделения водной и органической фаз. В статье проводится сравнение трёх видов разбавителей: традиционно использующегося керосина и алифатических разбавителей Elixore 205 и Isane Biolife 58 производства TotalEnergies. Выявлено значительное улучшение экстракции при использовании смеси экстрагента с разбавителями TotalEnergies по сравнению с керосином. Наилучшее извлечение эрбия наблюдается при использовании разбавителя Isane Biolife 58: соотношение Vэкстрагент:Vразбавитель = 1:10 обеспечивает извлечение в 1,5–2 раза выше, чем при использовании керосина, а степень извлечения в 80 % достигается при соотношении 1:4, при котором в случае с керосином степень извлечения составляет 65 %. Коэффициент разделения эрбия и иттербия при использовании разбавителей TotalEnergies оказался в 1,5 и более раз выше, чем для керосина. ИК-спектры смесей экстрагента и разбавителей свидетельствуют о способствовании всех трёх разбавителей процессу димеризации экстрагента, а также объясняют различия в их экстракционной способности. Rare earth elements are critically important metals for high-tech technologies. Phosphoric acid, which is the resulting solution of apatite decomposition process in the fertilizers production, contains up to 0.1 % of rare earth elements and can be a raw material for their obtaining as by-products. Thus, the paper considers the solvent extraction of erbium and ytterbium from phosphoric acid solutions with di-2-ethylhexylphosphoric acid as an extractant. Besides the extractant, the extraction process depends also on a diluent, the composition and physical-chemical properties of which directly affect the extraction degree, distribution and separation coefficients, the stability of the resulting emulsion and the separation time of aqueous and organic phases. The article compares three types of diluents: traditionally used kerosene and aliphatic diluents Elixore 205 and Isane Biolife 58 produced by TotalEnergies. A significant improvement in extraction parameters was revealed when using a mixture of extractant with diluents by TotalEnergies compared to kerosene. The best extraction of erbium is observed when using the Isane Biolife 58: ratio Vextargent:Vdiluent= 1:10 provides extraction 1.5–2 times higher, and the extraction degree of 80% is achieved at a ratio of 1:4. The separation coefficient for erbium and ytterbium turned out to be 1.5 or more times higher than for kerosene. The IR spectra of the extragent and diluents mixtures indicate that all three diluents contribute to the extragent dimerization process and explain the differences in its extraction ability.