Способ получения скандиевого концентрата из красного шлама

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, в частности к способу извлечения скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства. Способ включает многократное последовательное выщелачивание красного шлама карбонатным раствором при пропускании через пульпу газовоздушной смеси, содержащей СО2. Затем ведут отделение и промывку шлама и извлечение скандия из полученного раствора. При этом выщелачивание проводят при пропускании через шламовую пульпу газо-воздушной смеси, содержащей СО2, при давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах. На первой стадии - при температуре не менее 90°C и значении рН 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии - при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до рН≥12,5 и осаждают скандиевый концентрат. Техническим результатом является повышение степени извлечения скандия и увеличение выхода целевого продукта - скандийсодержащего концентрата с более высоким содержанием Sc2O3. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, в частности к извлечению скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства, и может быть использовано в технологии получения скандиевого концентрата.

Известен способ извлечения оксида скандия из красных шламов, включающий многократное, последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, промывку и отделение осадка, введение в полученный раствор оксида цинка, растворенного в гидроксиде натрия, выдержку раствора при повышенной температуре и перемешивании, отделение осадка и его обработку раствором гидроксида натрия при температуре кипения, отделение, промывку и сушку полученного продукта с последующим извлечением оксида скандия известными методами (RU, патент №2247788, С22В 59/00, С22В 3/04, С22В 3/20, C01F 17/00, опубл. 10.03.2005 г.). В процессе выщелачивания через смесь растворов карбоната и гидрокарбоната натрия пропускают газовоздушную смесь, содержащую 10-17% CO2 (по объему), выщелачивание повторяют до получения раствора с концентрацией по оксиду скандия не менее 50 г/м3, далее вводят в раствор твердый гидроксид натрия до концентрации 2-5 кг/м3 по Na2O каустическому и выдерживают при температуре не выше 80°C с последующим добавлением флокулянта, выдержкой и отделением осадка, являющегося титановым концентратом. Полученный раствор подвергают электролизу с твердыми электродами при катодной плотности 2-4 А/дм3, температуре 50-70°C в течение 1-2 часов для очистки от примесей, раствор оксида цинка в гидроксиде натрия добавляют в очищенный после электролиза раствор до соотношения ZnO:Sc2O3=(10-25):1 и вводят флокулянт, выдержку раствора ведут при 100-102°C в течение 4-8 часов, обработку отделенного осадка ведут 5-12%-ным раствором гидроксида натрия при температуре кипения, снова вводят флокулянт, выдерживают и отделяют осадок, который является скандиевым концентратом. Содержание скандия в целевом продукте составляет 2,26 мас.%.

Существенным недостатком известного способа является сложность технологического процесса получения скандиевого концентрата, в частности, дополнительный расход оксида цинка, осуществление стадии электролиза, а также сравнительно низкое содержание оксида скандия в упомянутом целевом продукте - 3,5% Sc2O3 (2,26% Sc).

Известен также способ извлечения скандия при переработке бокситов на глинозем, включающий выщелачивание исходного продукта с последующим отделением раствора от осадка, полученного при добавлении раствора, содержащего гидроксид амфотерного металла-коллектора, последующую фильтрацию осадка и его промывку (RU, патент №2201988, С22В 59/00, C22B 3/04, С22В 3/20, опубл. 10.04.2003 г.). Выщелачивание проводят водой или 5-12%-ным раствором карбоната или гидрокарбоната натрия или их смесью не менее 3 раз при температуре не выше 50°C в течение не менее 2 часов при соотношении Т:Ж=1:2,5-5,0 с использованием каждый раз новых порций продукта переработки бокситов в качестве исходного сырья. В качестве раствора, содержащего гидроксид амфотерного металла-коллектора, при осаждении используют раствор оксида алюминия или цинка в гидроксиде натрия и после его введения раствор выдерживают при температуре не ниже 80°C в течение не менее 2 часов. Осадок отделяют, промывают и обрабатывают 10-25%-ным раствором гидроксида натрия при нагревании до кипения, фильтруют и промывают 1-5%-ным раствором гидроксида натрия, затем полученный осадок растворяют в 1-5%-ной соляной кислоте, фильтруют и фильтрат подвергают обработке раствором аммиака или плавиковой кислоты с получением осадка, его сушкой и прокалкой. Обработку ведут 10-25%-ным раствором аммиака или 2-10%-ным раствором плавиковой кислоты с избытком 1-3% от стехиометрии.

К недостаткам данного способа относятся, во-первых, низкая степень извлечения скандия из исходного продукта - красного шлама, составляющая не более 10% на каждой стадии от содержания Sc2O3 в исходном красном шламе, во-вторых, получение бедного скандиевого концентрата (2-5% Sc2O3), обогащенного рядом вредных примесей (оксиды титана, циркония, алюминия, железа, цинка).

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения оксида скандия из красных шламов, включающий многократное (7 циклов), последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при пропускании через смесь дымовых газов печей спекания, содержащих CO2, отделение, промывку шлама с последующим извлечением оксида скандия из полученного раствора (RU, патент №2483131, С22В 59/00, C22B 3/04, C22B 3/20, C01F 17/00, Опубл. 27.03.2013 г.). В данном способе после выщелачивания осуществляют трехступенчатую выдержку упомянутого раствора при повышенных температурах с селективным отделением осадков после каждой ступени, при этом на первой ступени раствор нагревают до температуры не выше 80°C и выдерживают не менее 1 часа, затем отстаивают в течение не менее 2 часов при естественном охлаждении; на второй ступени раствор доводят до кипения и выдерживают при кипячении и перемешивании не менее 2 часов; на третьей ступени фильтрат упаривают при кипячении до уменьшения объема на 50%, после чего добавляют 46%-ный раствор гидроксида натрия до концентрации Na2Oкаустической 1,5-2,0 кг/м3, выдерживают при кипячении в течение не менее 2 часов и затем отстаивают осадок, содержащий оксид скандия, в течение 10-16 часов при естественном охлаждении.

Содержание оксида скандия в целевом продукте - скандиевом концентрате - составляет ~5,2% Sc2O3 (или 3,40% Sc); количество (выход) скандиевого концентрата составляет ~290 г/т переработанного красного шлама. Извлечение оксида скандия составляло в начале «рециклинг-процесса», представлявшего собой оборачивание получаемого за один цикл чернового Sc-содержащего раствора на карбонизационное выщелачивание скандия из «свежей» партии красного шлама, составляло 15,8% от исходного содержания Sc2O3 в шламе (110 г/т), то сквозное извлечение, в целом, за 7 циклов составило 13,6%.

Таким образом, данный способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства позволяет повысить содержание ценного компонента в целевом продукте - скандиевом концентрате - до 5,2% Sc2O3, однако, существенным недостатком способа является низкая степень извлечения скандия, не превышающая, в целом, 13,6%, что, в свою очередь, обуславливает недостаточный выход целевого продукта (~290 г/т) в данном технологическом процессе.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа получения скандиевого концентрата из красного шлама, характеризующегося улучшенными кинетическими характеристиками процесса выщелачивания скандия из твердой фазы и более высокой растворимостью скандия в растворе.

При этом техническим результатом является повышение степени извлечения скандия из красного шлама и увеличение выхода целевого продукта - скандийсодержащего концентрата с более высоким содержанием Sc2O3.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе получения скандиевого концентрата из красного шлама, включающем многократное последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при пропускании через смесь газовоздушной смеси, содержащей CO2, отделение, промывку шлама с последующим извлечением скандия из полученного раствора, последовательное многократное выщелачивание скандия из красного шлама проводят при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO2, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах, при этом на первой стадии выдержку проводят при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии проводят выдержку раствора при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и осаждают скандиевый концентрат.

Выщелачивание скандия из красного шлама может быть проведено раствором, содержащим 85-100 г/дм3 NaHCO3 и 20,0-45,0 г/дм3 Na2CO3, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95,0 об.% CO2 при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме при значении окружной скорости перемешивания 30-40 м/с в течение 4-6 часов.

Выщелачивание скандия из красного шлама может быть проведено раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3 125 г/дм3, при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей 95 об.% CO2 при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме в течение 4-6 часов.

Выщелачивание скандия может быть проведено раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3 125 г/дм3 при газации пульпы газовоздушной смесью, представляющей собой топочные газы печей спекания, содержащие 8-17% CO2, при повышенном давлении 6,0 ати, температуре 60°C и продолжительности процесса 8 часов.

Благодаря проведению последовательного многократного выщелачивания скандия из красного шлама («рециклинг-процесс») смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO2, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах: при выдержке раствора на первой стадии при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, при выдержке раствора на второй стадии при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и дальнейшим осаждением скандиевого концентрата, обеспечивается:

- Увеличение степени извлечения скандия из красного шлама в продуктивный Sc-содержащий раствор при карбонизационном выщелачивании с 13,6% до 20%;

- Увеличение выхода целевого продукта - первичного скандиевого концентрата из красного шлама на 30% с 290 г/т до 375 г/т.

При проведении последовательного многократного выщелачивания скандия из красного шлама («рециклинг-процесс») смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей СО2, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме увеличивается растворимость CO2 в жидкой фазе гетерогенной системы «красный шлам - раствор карбоната и гидрокарбоната натрия», что сдвигает вправо равновесие химических реакций растворения Sc(ОН)3 из твердой фазы красного шлама и способствует увеличению степени извлечения скандия в раствор:

Кроме того, повышенное содержание CO2 в растворе способствует регенерации частично разложившегося в процессе выщелачивания гидрокарбоната натрия из карбоната натрия

Ведение процесса выщелачивания в виброкавитационном режиме позволяет обеспечить «оттир» или удаление экранирующей пленки гидроалюмосиликата натрия (ГАСН), образовавшегося в процессе обескремнивания шламовых пульп в технологическом процессе глиноземного производства, с поверхности красного шлама, что приводит к улучшению кинетики процесса выщелачивания скандия из твердой фазы и увеличению степени его извлечения.

Проведение многократного последовательного выщелачивания («рециклинг-процесса»), заключающегося в оборачивании чернового Sc-содержащего раствора, получаемого после каждого цикла выщелачивания смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, в голову процесса, в количестве не менее 5-циклов, позволяет не только повысить содержания скандия в целевом продукте, как минимум, на 1,0 мас.% больше при сохранении при этом степени извлечения на уровне 20,0%, но и, в целом, упростить технологический процесс - сократить число необходимых для достижения технического результата циклов, что ведет к снижению операционных затрат.

Проведение двухстадийной выдержкой продуктивного Sc-содержащего раствора (вместо 3-стадийного у прототипа) при повышенных температурах, при выдержке раствора на первой стадии при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, при выдержке раствора на второй стадии при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и дальнейшем осаждении скандиевого концентрата.

Проведение 2-стадийного (вместо 3-стадийного у прототипа) процесса получения первичного скандиевого концентрата из продуктивного Sc-содержащего концентрата, а именно: 1) Осаждение на 1-ой стадии оксидов малорастворимых примесей (Ti, Zr, Fe) в процессе выдержки раствора при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов; 2) Осаждение на 2-ой стадии первичного скандиевого концентрата в процессе выдержки раствора при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 обеспечивает повышение содержания оксида скандия в целевом продукте до уровня ~6,50%, а также упрощение технологического процесса и сокращение энергозатрат за счет исключения стадии упаривания продуктивного Sc-содержащего раствора (у прототипа).

Проведение выщелачивания скандия из красного шлама раствором, содержащим 85-100 г/дм3 NaHCO3 и 20,0-45,0 г/дм3 Na2CO3, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95 об.% CO2, при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме при значении окружной скорости перемешивания 30-40 м/с в течение 4-6 часов способствует существенному, на 3,0-8,5% относительно прототипа, увеличению степени извлечения скандия из красного шлама в продуктивный Sc-содержащий раствор. Установлено, что при температуре ниже 50°C снижается степень извлечения скандия из раствора за счет ухудшения кинетики лимитирующей стадии диффузионного процесса карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлам, в то же время при температуре выше 60°C также наблюдается снижение степени извлечения скандия в раствор вследствие снижения устойчивости анионных карбонатных комплексов скандия. Снижение концентрации NaHCO3 ниже 80 г/дм3 и повышение концентрации Na2CO3 выше 45,0 г/дм3 способствует снижению концентрации комплексообразующего лиганда (HCO3)-, что существенно снижает степень извлечения скандия из красного шлама. Оптимальная продолжительность процесса карбонизационного выщелачивания составляет 4-6 часов, т.к. при продолжительности процесса меньше 4 часов степень извлечения скандия значительно меньше, при продолжительности более 6 часов степень извлечения скандия практически не изменяется вследствие достижения равновесной концентрации скандия в растворе при данных условиях процесса.

Проведение выщелачивания скандия из красного шлама раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3 125 г/дм3, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95 об.% CO2 при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме в течение 4-6 часов обеспечивает значительное повышение степени извлечения скандия за счет более высокой концентрации комплексообразующего лиганда (HCO3)-, способствующего переходу в скандия из твердой фазы красного шлама в раствор. Повышение концентрации гидрокарбоната натрия выше 125 г/дм3 практически не влияет на степень извлечения скандия, поэтому увеличение расхода выщелачивающего агента экономически и технологически нецелесообразно.

Проведение выщелачивания скандия раствором гидрокарбоната натрия NaHCO3 125 г/дм3 при газации пульпы газо-воздушной смесью, представляющей собой топочные газы печей спекания, содержащие 8-17% CO2, при повышенном давлении 6,0 ати, температуре 60°C и продолжительности процесса 8 часов позволяет обеспечивает снижение операционных затрат вследствие использования топочных газов печей спекания глиноземного производства вместо товарного CO2 и позволяющее снизить экологическую нагрузку в районе местоположения глиноземного предприятия.

Способ получения скандиевого концентрата осуществляется следующим образом.

Карбонизационное выщелачивание скандия проводят из производственной пульпы исходного красного шлама, имеющей следующий, средний, химический состав:

- твердая фаза, мас.%: 46,5 Fe2O3общ, 12,0 Al2O3, 8,0 СаО, 10,0 SiO2, 4,50 TiO2, 0,0135 Sc2O3, 0,10 ZrO2;

- жидкая фаза, г/дм3: 5,0 Na2Ообщ, 4,0 Na2Oкст, 3,0 Al2O3, значение pH 12,5 ед; отношение Т:Ж в пульпе равно, в среднем, 1,0:4,0.

Пульпу красного шлама обрабатывают карбонатным раствором, содержащим 100-125 г/дм3 NaHCO3 и/или 20-45 г/дм3 Na2CO3, при одновременной газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей 8,0-95,0 об.% CO2, при повышенном давлении PCO2 3,0-6,0 ати и при температуре 50-60°C, в виброкавитационном режиме при окружной скорости перемешивания пульпы 30-40 м/с в течение 4-6 часов.

Полученный скандийсодержащий раствор выдерживают при температуре 90-95°C, значениях pH 9,0-9,5 и продолжительности не менее 3,0 часов с целью осаждения примесных компонентов (титан, цирконий, железо) и получения очищенного (продуктивного) скандийсодержащего раствора.

Далее проводят осаждение малорастворимых соединений скандия из очищенного (продуктивного) скандийсодержащего раствора при температуре 100-110°C (кипячение), значениях pH 12,0-12,5 и продолжительности не менее 3,0 часов.

Возможность осуществления заявляемого способа получения скандиевого концентрата из красного шлама показана следующими примерами.

Пример 1. В карбонизаторе (Vраб=40,0 дм3), совмещенном с виброкавитационной мешалкой (Vраб=5,0 дм3), проводится выщелачивание скандия из красного шлама при дозировке NaHCO3 90-125 г/дм3 пульпы, при температуре 50-60°C, при одновременной газации шламовой пульпы углекислым газом (100,0% об. СО2) под давлением 3-6 ати; общая продолжительность процесса выщелачивания (газации) составляет 4-6 часов, при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы посредством ее прокачки через совмещенный контур «карбонизатор - виброкавитационная мешалка», значение окружной скорости ротора перемешивающего устройства в виброкавитационной мешалке 30 м/с.

После окончания процесса выщелачивания скандия откарбонизированную шламовую пульпу фильтруют на фильтр-прессе (Sф=0,5 дм3) под давлением, равным давлению (PCO2) газации, и полученный черновой Sc-содержащий раствор направляют на следующий цикл «рециклинг-процесса» - выщелачивание «свежей» порции красного шлама (см. Пример 3).

В табл. 1 приведены результаты опытов по карбонизационному выщелачиванию - степень извлечения скандия из красного шлама за 1-й цикл - согласно заявляемому изобретению, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.

Таблица 1
Результаты опытов по извлечению скандия из красного шлама при карбонизационном выщелачивании в оптимальном режиме при прочих равных условиях (см. в тексте)
№ опыта Технологические параметры выщелачивания Степень извлечения SC2O3, %
PCO2, ати Температура, °C Концентрация NaHCO3, г/дм3 Продолжительность, час
По прототипу 15,80
Оптимальные пределы параметров
1 3,0 60 130 6 18,5
2 4,0 60 100 5,5 20,5
3 4,0 50 125 6 22,0
4 6,0 50 125 6 26,0
5 6,0 60 100 4 23,5
При выходе за оптимальные пределы параметров
6 1,0 (атм) 60 125 6,0 16,0
7 3,0 45 85 6,0 13,5
8 3,0 60 125 3,0 13,0
9 4,0 45 125 6,0 15,5
10 4,0 60 85 6,0 15,0
11 6,0 45 85 3,0 14,8
12 6,0 70,0 125 6,0 16,0
13 7,0 60 85 3,0 16,2
14 7,0 70,0 140,0 7,0 17,0

Как видно из табл. 1, оптимальные условия карбонизационного выщелачивания скандия раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO3) следующие (оп. 1-5):

- Концентрация NaHCO3 100-130 г/дм3;

- Температура 50-60°C;

- Продолжительность 4-6 часов;

- Газация шламовой пульпы углекислым газом при PCO2=3,0-6,0 ати.

При выходе за оптимальные пределы в меньшую сторону (оп. 7, 8, 9, 10, 11) степень извлечения скандия 13,5-15,5%, т.е. меньше, чем у прототипа (15,8%), в среднем на 1,3%. Это объясняется либо недостаточной концентрацией выщелачивающего реагента NaHCO3 (лиганда ) - оп. 8 и 10, либо пониженной температурой процесса (45°C - оп. 7, 9, 10).

При выходе за оптимальные пределы в большую сторону (оп. 12, 13, 14) извлечения скандия относительно прототипа повышается на 0,2-1,2%, в среднем на 0,7%, т.е. незначительно при существенном увеличении энергозатрат (давлении при газации до PCO2=7,0 ати - оп. 13 и/или температуры 70°C - оп. 12) и расходе реагента - до 140 г/дм3 (оп. 14) - что экономически нецелесообразно.

Пример 2. Производится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама аналогично пр. 1, но смешанным карбонатным раствором, содержащим 85-100 г/дм3 и 20,0-45,0 г/дм3 Na2CO3, при газации шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO2) при PCO2=6,0 ати, температуре 60°C и общей продолжительности процесса 6-8 часов при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы.

После окончания процесса выщелачивания скандия откарбонизированную шламовую пульпу фильтруют на фильтр-прессе (Р=6,0 ати) и получают черновой Sc-содержащий раствор, содержащий, г/дм3: 20,0 Na2CO3, 95,0 NaHCO3, 0,05 Al, 0,400 Ti, 0,16 Zr, 0,04 Fe, 6,0 мг/дм3 Sc, pH=8,0-8,5. Полученный раствор направляют на выщелачивание «свежей» порции красного шлама - «рециклинг-процесс» (см. Пример 3).

В табл. 2 приведены результаты опытов по карбонизационному выщелачиванию скандия смешанным карбонатным раствором за 1 (один) цикл - согласно заявляемому изобретению, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.

Таблица 2
Результаты опытов по извлечению скандия из красного шлама при карбонизационном выщелачивании смешанным карбонатным раствором в оптимальном режиме при прочих равных условиях (см. в тексте)
№ опыта Технологические параметры Степень извлечения скандия из КШ, %
CNaHCO3, г/дм3 CNa2CO3, г/дм3 Продолжительность, час
по прототипу 15,80
оптимальные пределы параметров
1 100,0 20,0 6,0 22,0
2 90,0 20,0 6,0 21,0
3 90,0 35,0 6,0 21,5
4 90,0 45,0 8,0 20,0
5 85,0 45,0 8,0 19,0
при выходе за оптимальные пределы параметров
6 75,0 20,0 8,0 14,5
7 85,0 45,0 4,0 15,5
8 90,0 35,0 4,0 16,0
9 75,0 45,0 6,0 14,0
10 110,0 55,0 4,0 20,0
11 0,00 75,0 8,0 13,0

Итак, как видно из табл. 2, оптимальные условия карбонизационного выщелачивания скандия смешанным карбонатным раствором при прочих равных условиях следующие:

- концентрация гидрокарбоната натрия (NaHCO3) и карбоната натрия в смешанном растворе соответственно 85,0-100,0 г/дм3 и 20,0-45,0 г/дм3;

- продолжительность процесса 6-8 часов.

При этом достигается степень извлечения 19,0-22%, т.е. на 3,2-6,2% больше, чем у прототипа.

При выходе за оптимальные пределы параметров в меньшую сторону (оп. 7, 8, 10) степень извлечения скандия 14,0-15,5%, т.е. меньше, чем у прототипа, в среднем, на 1%. Это объясняется либо недостаточной продолжительностью процесса - 4 часа (оп. 8), либо недостаточной концентрацией лиганда - иона, обладающего большей комплексообразующей способностью к Sc3+ - иону, по сравнению с - ионом.

Проведение карбонизационного выщелачивания карбонатным раствором - CNa2CO3 75.0 г/дм3 - дает наименьшее значение степени извлечения - 13,0%, т.е. на 2,8% меньше; хотя опыт проводился при PCO2=6 ати.

Проведение карбонизационного выщелачивания при максимальных значениях параметров - концентрация NaHCO3 и Na2CO3 соответственно 110,0 и 55,0 г/дм3 дает значение степени извлечения 20,0%, т.е. на 4,2% выше, чем у прототипа, но проведение процесса при таких условиях (и еще при повышенном давлении) - экономически нецелесообразно из-за высоких расходов на реагенты.

Пример 3. Производится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама аналогично пр. 1 смешанным карбонатным раствором, содержащим 90,0 г/дм3 NaHCO3 и 35,0 г/дм3 Na2CO3 при газации шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO2) при PCO2=6,0 ати, температуре 60°C, общей продолжительности процесса 6 часов при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы при значении окружной скорости ω=30 м/с, при этом осуществляют «рециклинг-процесс» - оборачивание получаемого чернового Sc-содержащего раствора на карбонизационное выщелачивание «свежей» порции красного шлама.

После проведения «рециклинг-процесса» проводили предварительную очистку первичного Sc-содержащего раствора от примесных элементов (Ti, Zr, Fe) при следующих условиях:

- значение pH - 9,5

- температура 95°C

- продолжительность - 3 часа.

После отделения осадка примесей, из очищенного первичного Sc-содержащего раствора проводили осаждение первичного скандиевого концентрата при следующих условиях:

- значение pH - 12,5

- температура 105°C (кипячение)

- продолжительность - 3 часа.

В табл. 3 приведены результаты опытов: извлечение скандия из красного шлама, содержание Sc2O3 в первичном скандиевом концентрате и суммарный выход (количество) скандия из всей массы отработанного красного шлама - по прототипу и согласно заявляемому изобретению.

Таблица 3
Результаты опытов карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама при осуществлении «рециклинг-процесса»
№ опытов «Рециклинг-процесс» Число цикло в Степень извлечения скандия из КШ, % Содержание Sc2O3 в концентрате, масс.% Выход (количество) Sc2O3, г/т КШ (в концентрат)
По прототипу 7 13,60 5,20 104,7
1 По заявляемому изобретению 3 19,5 6,7 80,0
2 5 18,0 6,20 121,5
3 7 16,0 5,20 151,2

Итак, согласно данным табл. 3 - при проведении 5-ти циклов «рециклинг-процессе» по разработанному согласно заявляемому изобретению процесса карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама - достигаются значительно лучшие технологические показатели по сравнению с прототипом: содержание скандия в целевом продукте - первичном скандиевом концентрате - на 1,0% больше и выход (количество) извлекаемого скандия условно из 5,0 т красного шлама (5 циклов) значительно больше, чем из 7,0 т (7 циклов) - соответственно 121,5 г напротив 104,7 г, т.е. на 16,0%. Кроме того, снижение числа циклов с 7 до 5 упрощает технологический процесс за счет, в частности, уменьшения количества циклов фильтрации откарбонизированной пульпы.

Согласно данным, приведенным в табл. 3, проведения 3-х циклов выщелачивания недостаточно: технологические показатели во выходу скандия ниже, чем у прототипа.

Проведение 7-и циклов карбонизированного выщелачивания скандия согласно заявляемому изобретению еще больше увеличивает выход скандия, на 44,4%, из одинакового количества переработанного красного шлама (условно по 7,0 т), но не упрощает аппаратурно-технологической схемы процесса.

Пример 4. Проводится получение первичного скандиевого концентрата из красного шлама по разработанной технологической схеме при оптимальных условиях:

Карбонизационное выщелачивание (навеска красного шлама в каждом цикле по 5 кг):

- состав «смешанного» карбонатного раствора: 90,0 г/дм3 NaHCO3 и 35,0 г/дм3 Na2CO3;

- газация шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO2) при PCO2=6,0 ати;

- температура - 60°C;

- число циклов рециклинг-процесса - 5;

- виброкавитационная обработка при значении окружной скорости ω=30 м/с.

После фильтрации полученный продуктивный Sc-содержащий раствор содержал, г/дм3:

20,0 Na2CO3, 95,0 NaHCO3, 0,20 Al, 1,30 Ti, 0,40 Zr, 0,35 Fe, 26,5 мг/дм3 Sc, значение pH~9,0.

Из данного раствора проводили предварительное выделение (очистку) основных примесных элементов (Ti, Zr, Fe) при следующих условиях:

- значение pH - 9,5

- температура - 95°C

- продолжительность - 3 часа.

После отделения «примесного» осадка, содержащего после промывки и сушки 48,5% TiO2 и 7,5% ZrO2, из очищенного продуктивного Sc-содержащего раствора, имеющего следующий химический состав, мг/дм3: 65,0 Ti, 40,0 Zr, 38,0 Fe, 25,7 Sc, значение pH=10 - проводили осаждение первичного скандиевого концентрата при следующих условиях:

- значение pH=12,5 (подщелачивание 45%-раствором NaOH);

- температура 105°C (кипячение);

- продолжительность - 3 часа.

Выделенный осадок отделяли от маточного раствора фильтрацией, промывали и сушили при температуре 150°C в течение 2 часов.

Полученный первичный скандиевый концентрат имеет следующий химический состав, мас.%: 6,5 Sc2O3 (4,3 Sc), 10,0 ZrO2, 12,5 TiO2, 3,0 Al2O3, 7,5 Fe2O3, 8,0 Na2O, 3,5 CaO.

Количество целевого продукта - 10,0 г. Сквозное извлечение скандия из исходного красного шлама в целевой продукт - первичный скандиевый концентрат - 20,0%.

Пример 5. Проводится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама при одновременной газации шламовой пульпы топочными газами печей спекания глиноземного производства, содержащими 8,0-17,0 об.% CO2, при прочих равных условиях:

- температура - 60°C;

- концентрация NaHCO3 - 125 г/дм3;

- давление подачи газов - 6,0 ати;

- продолжительность - 8 часов;

- постоянная виброкавитационная обработка пульпы при значении окружной скорости ω=30 м/с;

- один цикл выщелачивания.

Степень извлечения скандия из красного шлама равна при этом 20,5%, а концентрация скандия в полученном первичном Sc-содержащем растворе - 4,5 мг/дм3 (7,0 мг/дм3 Sc2O3).

Таким образом, благодаря проведению карбонизационного выщелачивания при одновременной газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO2, при повышенном давлении и виброкавитационной обработкой, проведению «рециклинг-процесса», фильтрации откарбонизированной шламовой пульпы с получением продуктивного Sc-содержащего раствора, из которого осуществляют осаждение малорастворимых соединений скандия, при этом вначале ведут осаждение малорастворимых соединений примесных компонентов с отделением осадка, являющегося титан-циркониевым концентратом, а затем проводят осаждение первичного скандиевого концентрата обеспечивается, в целом, происходит повышение сквозного извлечения оксида скандия в целевой продукт (концентрат), в среднем, до ~24,0 мг/т КШ относительно 15 мг/т КШ (у прототипа) или на ~37,5% больше при одновременном повышении содержания оксида скандия в концентрате на ~1,0%.

1. Способ получения скандиевого концентрата из красного шлама, включающий многократное последовательное выщелачивание красного шлама карбонатным раствором при пропускании через шламовую пульпу газовоздушной смеси, содержащей CO2, отделение и промывку шлама с последующим извлечением скандия из полученного продуктивного раствора, отличающийся тем, что последовательное многократное выщелачивание скандия из красного шлама проводят при пропускании через шламовую пульпу газовоздушной смеси, содержащей CO2, при повышенном давлении, равном 3,0-6,0 ати, в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах, при этом на первой стадии выдержку проводят при температуре не менее 90°C и значении рН 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии проводят выдержку раствора при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до рН≥12,5 и осаждают скандиевый концентрат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание скандия из красного шлама ведут карбонатным раствором, содержащим 85-100 г/дм3 гидрокарбоната натрия NaHCO3 и 20,0-45,0 г/дм3 карбоната натрия Na2CO3, при пропускании через шламовую пульпу газовоздушной смеси, содержащей 95,0 об.% СО2, при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме при значении окружной скорости перемешивания 30-40 м/с в течение 4-6 часов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание скандия из красного шлама ведут карбонатным раствором, содержащим 125 г/дм3 гидрокарбоната натрия NaHCO3, при пропускании через шламовую пульпу газовоздушной смеси, содержащей 95,0 об.% CO2, при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме в течение 4-6 часов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание скандия ведут раствором, содержащим 125 г/дм3 гидрокарбоната натрия NaHCO3, при пропускании через пульпу газовоздушной смеси, представляющей собой топочные газы печей спекания, содержащие 8-17% CO2, при повышенном давлении, равном 6,0 ати, температуре 60°C и продолжительности процесса 8 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к извлечению редкоземельных элементов из природного фосфата. Способ включает сернокислотное разложение фосфата на минеральные удобрения с получением фосфогипса.

Изобретение относится к области биогидрометаллургии, в частности к биотехнологии извлечения ценных компонентов и редкоземельных элементов из продуктов сжигания угля - зольно-шлакового материала.

Изобретение относится к области переработки фосфатного сырья, в частности к способам извлечения редкоземельных металлов из апатитового концентрата при азотнокислотной переработке концентрата на комплексные удобрения и может быть использовано в химической и сопутствующих отраслях промышленности.
Изобретение относится к способу переработки фосфогипса. Способ включает водную обработку, выщелачивание фосфогипса раствором серной кислоты с концентрацией 3-6 мас.% с переводом РЗЭ, кальция и тория в раствор выщелачивания и с получением гипсового продукта, извлечение РЗЭ, кальция и тория из раствора выщелачивания сорбцией сульфоксидным катионитом.

Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано при переработке железосодержащего и другого фосфатного редкоземельного сырья.

Изобретение относится к технологии редких и радиоактивных элементов и может быть использовано для получения концентратов редких и редкоземельных элементов из монацита.

Изобретение относится к способу извлечения самария (III) из бедного или техногенного сырья, в частности флотоэкстракцией из водных фаз. В процессе флотоэкстракции самария (III) в качестве органической фазы используют изооктиловый спирт, а в качестве собирателя - ПАВ анионного типа додецилсульфат натрия в концентрации, соответствующей стехиометрии реакции: Sm+3+3NaDS=Sm(DS)3+3Na+,где Sm+3 - катион самария (III), DS- - додецилсульфат-ион.

Изобретение относится к способу извлечения катионов европия (III) из бедного или техногенного сырья с помощью жидкостной экстракции. Способ извлечения катионов европия (III) включает жидкостную экстракцию из водно-солевых растворов с использованием в качестве экстрагента изооктилового спирта.

Изобретение относится к способу переработки доманиковых образований. Способ включает агитационную нейтрализацию-декарбонизацию обработкой пульпой измельченной руды или нейтрализатором укрепленного раствора, очищенного от алюминия, с получением продуктивного раствора и декарбонизированного кека.

Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Способ включает использование анионита фосфатно-смешанной формы в циклическом процессе сорбции-десорбции.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к способу аффинажа серебра. Способ включает химическое растворение исходного сырья, очистку раствора от примесей и получение чистого серебра из очищенного раствора.
Изобретение относится к способам выделения концентрата редкоземельных элементов (PЗЭ) из экстракционной фосфорной кислоты, получаемой в дигидратном процессе переработки апатитового концентрата, и может быть использовано в химической промышленности.
Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из радиоактивных отходов химико-металлургического производства. Способ включает растворение отходов в концентрированной азотной кислоте, оксалатное осаждение из раствора, сушку и прокаливание оксалата америция до диоксида америция.

Настоящее изобретение относится к способам комплексной переработки отработанных катализаторов. Заявлен способ, в котором извлечение молибдена и церия проводят в две стадии, на первой стадии проводят извлечение соединения молибдена, после чего проводят стадию извлечения соединения церия.

Изобретение относится к области гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано для извлечения золота из хвостов золотоизвлекательных установок, перерабатывающих углистые сорбционно-активные руды и продукты обогащения.

Изобретение относится к области получения цветных металлов, в частности, никеля из сульфидных руд окислительным выщелачиванием с последующей очисткой раствора выщелачивания и электроэкстракцией.
Изобретение относится к аналитической химии, в частности к способу количественного определения церия в стали и сплавах. .
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, а именно к получению оксида скандия из красного шлама производства глинозема. .
Изобретение относится к способам извлечения америция в виде диоксида америция из растворов. .

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности молибдена, и может быть использовано для переработки молибденитовых концентратов. Способ включает обжиг концентрата с хлоридом натрия, улавливание в конденсаторе образующегося диоксихлорида молибдена с переработкой его на парамолибдат аммония.

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, в частности к способу извлечения скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства. Способ включает многократное последовательное выщелачивание красного шлама карбонатным раствором при пропускании через пульпу газовоздушной смеси, содержащей СО2. Затем ведут отделение и промывку шлама и извлечение скандия из полученного раствора. При этом выщелачивание проводят при пропускании через шламовую пульпу газо-воздушной смеси, содержащей СО2, при давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах. На первой стадии - при температуре не менее 90°C и значении рН 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии - при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до рН≥12,5 и осаждают скандиевый концентрат. Техническим результатом является повышение степени извлечения скандия и увеличение выхода целевого продукта - скандийсодержащего концентрата с более высоким содержанием Sc2O3. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 4 пр.

Наверх