CC BY
1ИЗВЛЕЧЕНИЕ РЕДКИХ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЭС
Хамдамов Д.Х., Бекмуратова М.Г.,Камолова М.Т.,Рахматова Н.Ш.,Камолов Т.О.
Ташкенский государственный технический университет им. Ислама Каримова Гусударственноеунитарное предприятие «Фан ва тараккиёт» Тошкент кимё-технология институти https://doi.org/10.5281/zenodo.10849635 На сегодняшний день в мировом масштабе разработана экономичная технология обогащения золошлаковых отходов, которая позволяет получать из отходов экоминеральные продукты, которые имеют ряд уникальных свойств и возможность использования в различных отраслях промышленности. В Республике Узбекистан принимаются широкомасштабные меры по улучшению экологического состояния территорий и использованию природных ресурсов, обеспечивающих комплексную переработку рудных и техногенных отходов, которые имеют научное и практическое значение.
Извлечение редкоземельных элементов изучалось на примере церия, т.к. все лантаноиды обладают схожими свойствами.
Процесс взаимодействия СеО2 с раствором серной кислоты можно представить следующим уравнением:
CeÜ2 + 4 H+ = Ce3+ + 2 H2O A G289 = - 153,06 кДж/моль (1) Полученное значение стандартной энергии Гиббса показывает самопроизвольность протекания реакции по приведенному механизму (AG289< 0).
Полученные результаты опытов по изучению влияния концентрации серной кислоты на процесс извлечения церия, алюминия и железа представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Зависимость степени извлечения церия, алюминия и железа от концентрации
Ск, г/л 50 100 200 300
Al С, г/л 0,12 0,17 0,21 0,19
а, % 0,5 0,7 0,9 0,8
Fe С, г/л 0,12 0,14 0,13 0,14
а, % 1,3 1,5 1.4 1,4
Ce С, г/л 9,5 11,9 9,2 7,1
а, % 71 89 69 53
Результаты опытов показали отсутствие зависимости степени извлечения основных золообразующих элементов от концентрации серной кислоты в интервале 50 - 300 г/л. Средняя степень извлечения для алюминия составляет 0,7% и для железа - 1,4%. В то же время, степень извлечения церия достаточно высока - при концентрации раствора серной кислоты 100 г/л она достигает 89%.
С целью интенсификации процесса выщелачивания металлов дополнительно изучалось влияние добавки хлорида натрия в сернокислый раствор, поскольку это должно было увеличить извлечение церия в среднем на 6-8%. Подобный эффект может быть объяснен малым размером иона СГ, благодаря чему он легко проникает в частицу золы, реагируя с микроэлементами с образованием легкорастворимых хлоридов. Данные приведены в табл. 2 и рис. 1.
Из результатов, приведенных в табл. 2 видно, что введение добавки хлорида натрия активно влияет на процесс выщелачивания церия. Использование раствора серной кислоты с концентрацией добавленного №С1 50 г/л при 85°С позволяет извлечь из золы 90% церия и 26% галлия. Увеличение степени извлечения галлия (кроме описанных выше свойств
хлорид-иона) объясняется и образованием комплекса тетрахлоргаллата ^аСЦ]", в то время как в раствор серной кислоты он переходит в виде иона Ga3+.
Таблица 2
Зависимость степени извлечения макро- и микрокомпонентов от температуры раствора. Условия опытов: Ск = 200 г/л, т = 2 ч, Т:Ж = 1:5
t, °С NaCl, г/л Al Fe Ce Ga
m, мг W, % m, мг W, % m, мг W, % M, мг W, %
25 - 9,68 0,40 12,22 1,3 0,05 0,35 0,010 1,2
55 - 29,04 1,2 37,6 4,0 0,62 46,3 0,052 6,1
70 - 36,3 1,5 73,32 7,8 0,88 66,0 0,083 9,6
85 - 36,3 1,5 78,96 8,4 1,10 82 0,14 16,3
85 5 38,72 1,6 84,6 9,0 1,18 88 0,22 24
85 50 38,72 1,6 85,54 9,1 1,21 90 0,21 25,6
На реакции образования тетрахлоргаллата основан солянокислотный способ извлечения галлия из золы. Изучение влияния температуры на степень извлечения церия проводилось в интервале 20 - 80°С. Как показали результаты опытов степень извлечения церия линейно возрастает при увеличении температуры с 20 до 80°С и достигает 90% при 80°С для соотношения Т:Ж=1:5 и 44% для соотношения Т:Ж=1:2. Дальнейшее повышение температуры нецелесообразно из-за значительного упаривания растворов.
Поскольку время также значительно влияет на процесс выщелачивания, то золу обрабатывали сернокислотными растворами до полного выделения церия. Как показали результаты опытов (рис. 1), извлечение церия до 99 % достигается за 6 часов, в то время как до 80 % выщелачивается за 2 часа.
Рис. 1. Зависимость степени извлечения церия от соотношения Т:Ж
Условия опытов: Ск=200 г/л, т=2,0 ч, t=850C
Рис.2. Зависимость степени извлечения церия от времени.
Условия опытов: Ск = 200 г/л, t = 85 ^ Т:Ж=1:5
С целью определения оптимального соотношения твердой и жидкой фаз была проведена обработка золы различной массы (от 100 до 20 г золы на 200 мл раствора) при постоянном объеме кислоты.
Как и следовало ожидать, при уменьшении соотношения Т:Ж с 1:10 до 1:2 уменьшается степень извлечения церия из золы, что связано с высокой вязкостью получаемой пульпы. Следовательно, оптимальное соотношение для выщелачивания церия находится в пределах Т:Ж = 1:5 - 10. В условиях максимального извлечения церия (Ск=100 г/л, t = 85 ± 5°С, Т:Ж = 1:5) было определено количество урана и тория в растворе и твердом остатке после обработки растворами кислоты. Степень извлечения урана и тория в раствор в условиях оптимального извлечения церия составила 87 % и 86 % соответственно (рис.2).
Таким образом, описанные выше способы совместного извлечения редкоземельных и радиоактивных металлов из золы-уноса экибастузского угля могут быть использованы также и для подготовки золы к использованию в строительной индустрии.
