Статья посвящена изучению поведения редкоземельных металлов в карбонатно-щелочных системах. Представлены результаты экспериментальных исследований в области извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса – крупнотоннажного промышленного отхода, который образуется при производстве фосфорной кислоты. Методом выщелачивания в жидкую фазу удалось суммарно извлечь более 53 % редкоземельных элементов из старого и более 69 % из свежего фосфогипса за счет обработки твердой фазы раствором карбоната калия концентрацией 4 моль/л при температуре 90 °С. Охарактеризовано поведение модельного фосфата церия (III) в карбонатно-щелочной среде: получена изотерма растворимости, а также зависимости степени извлечения церия в раствор от температуры, концентрации карбонат-иона, межфазного отношения, интенсивности перемешивания и pH. Установлена возможность растворимых комплексов редкоземельных элементов выпадать со временем в осадок, что подтверждено на примере церия и неодима. В течение 240 ч после окончания эксперимента из жидкой фазы удалось осадить примерно 25 % церия и 17 % неодима. Подобное свойство было замечено у представителей легкой группы и не зафиксировано у элементов тяжелой группы. Способность к самоосаждению в будущем может послужить основой для разработки альтернативного подхода к разделению редкоземельных металлов на группы после извлечения в среде карбонат-иона. Также на основе анализа полученных экспериментальных данных охарактеризован механизм растворения фосфата церия (III) в карбонатно-щелочной среде. Выдвинуто предположение о том, что фосфаты редкоземельных металлов растворяются последовательно, переходя в нерастворимый карбонат, а затем в растворимый карбонатный комплекс.

The article investigates the behaviour of rare earth metals in carbonate-alkaline systems. The results of experimental studies on rare earth element extraction from phosphogypsum, a large-tonnage industrial waste forming in production of phosphoric acid are presented. Using the liquid phase leaching method, it was possible to extract more than 53 % of rare earth elements from old phosphogypsum and more than 69 % from fresh phosphogypsum due to solid phase treatment with a 4 mol/l potassium carbonate solution at temperature 90 °C. The behaviour of model cerium (III) phosphate in a carbonate-alkaline medium is characterized: a solubility isotherm is obtained as well as the dependences of the degree of cerium extraction into solution on temperature, carbonate ion concentration, interphase ratio, stirring intensity, and pH. The ability of soluble rare earth element complexes to precipitate over time was established, which was confirmed using cerium and neodymium as an example. Within 240 h after the end of the experiment, approximately 25 % of cerium and 17 % of neodymium were precipitated from the liquid phase. A similar property was recorded in representatives of the light group and was not noted in elements of the heavy group. The ability to self-precipitate in future can serve as a basis for developing an alternative approach to separating rare earth metals into groups after extraction in a carbonate ion medium. Also, based on the analysis of experimental data, the mechanism of cerium (III) phosphate dissolution in a carbonate-alkaline medium was characterized. An assumption was made that rare earth metal phosphates dissolve sequentially passing into an insoluble carbonate and then into a soluble carbonate complex.