CC BY
31
УДК 542.61:546.62
Хтет Йе Аунг, Маунг Маунг Аунг, Бояринцев А.В., Степанов С.И.
БЕЗАВТОКЛАВНОЕ ЩЕЛОЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ АЛЮМИНИЯ ИЗ КРАСНЫХ ШЛАМОВ
Хтет Йе Аунг, аспирант 2 года обучения кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе, e-mail:htetyeaung61058@gmail.com;
Маунг Маунг Аунг, аспирант 4 года обучения кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе; Бояринцев Александр Валентинович, к.х.н, доцент кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе;
Степанов Сергей Илларионович, д.х.н, профессор, заведующий кафедрой технологии редких элементов и наноматериалов на их основе.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Представлены результаты по выщелачиванию алюминия из красных шламов переработки бокситов растворами гидроксида натрия при различных условиях.
Ключевые слова: скандий, красные шламы, гидроксид натрия, выщелачивание. NON-AUTOCLAVE ALKALINE LEACHING OF ALUMINIUM FROM RED MUD Htet Ye Aung, Maung, Maung Aung, Boyarintsev A.V., Stepanov S.I. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The results of leaching of aluminum from red mud of bauxite processing with sodium hydroxide under different conditions was presented.
Keywords: scandium, red mud, sodium hydroxide, leaching.
В настоящее время актуальным представляется решение проблемы вовлечения в переработку альтернативных, техногенных, сырьевых источников РЗМ и других металлов, в частности отходов мокрой магнитной сепарации железо-ванадиевых руд, красных шламов (КШ) переработки бокситов, золошлаковых отходов (ЗШО) сжигания энергетических углей и др. источников.
КШ это токсичные, нерастворимые отходы глиноземного производства, которые являются огромной проблемой, как для производителя, так и для сопредельных территорий, представляя угрозу населению и окружающей среде. С одной стороны, в настоящее время отсутствует эффективная технология утилизации КШ, а с другой -наблюдается устойчивая тенденция к наращиванию производства глинозема, и, следовательно, увеличению объёмов КШ. На данное время в мире накопилось уже свыше 1,5 миллиарда тонн КШ [1]. Такие объёмы представляют реальную экологическую угрозу территориям, прилегающим к шламохранилищам.
В ряде работ [2-4], КШ рассматривается как сырье для получения соединений алюминия, железа, титана, скандия, циркония, иттрия и др. Первоначально, основные исследования
проводились в направлении развития новых способов переработки КШ для более глубокого извлечения глинозема и щелочи [2]. Для этого предлагалось проводить специальные операции с добавками на стадии выщелачивания боксита или же применять гидротермическую обработку самого КШ. В настоящее время в центре внимания находятся вопросы, связанные с комплексной переработкой КШ, с извлечением наиболее ценных
полезных компонентов, а наибольшие усилия уделяются извлечению скандия - металла, имеющего не только высокую стоимость в денежном выражении, но и чрезвычайно важного в плане технического применения [3, 4]. КШ могут служить важным промышленно значимым источником титана (ТЮ2 - 2,65%), ванадия (V2O5 - 0,15%), ниобия (0,002%), циркония - 0,12%), галлия
(0,005%), скандия (0,010%), иттрия (0,030%), лантаноидов - 0,14%), извлечение которых
может быть рентабельно лишь при комплексной переработке. Совершенно очевидно, что в настоящее время назрела необходимость разработки такой технологии, применение которой позволит извлечь максимальное количество полезных компонентов из КШ, а саму основу направить для использования в смежные отрасли промышленности.
Существенный вклад в экономику глиноземного производства может внести доизвлечение глинозема из КШ, в котором содержится около 13,5% А1^3. При извлечении алюминия в процессе щелочной переработки КШ будет происходить концентрирование скандия, железа и других не растворимых в растворах NaOH компонентов КШ, что может упростить дальнейшую их переработку. Например, обезалюминенный КШ с содержанием железа 50-60% может быть направлен на получение окатышей в черную металлургию.
Целью настоящей работы явилось изучение процесса безавтоклавного выщелачивания алюминия и красных шламов водными растворами гидроксида натрия.
В работе использовали КШ, химический анализ которого представлен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав образца КШ, в % масс.
А1 Ре 7г Т1 8с У Се Рг № 8т
8,9 39,9 0,2 1,1 0,024 0,056 0,067 0,016 0,041 0,013
Ей Gd ть Dy Но Ег Тт УЬ Ьи -
0,024 0,056 0,019 0,022 0,017 0,018 0,014 0,015 0,012 -
Гранулометрический состав КШ был следующим: >180 мкм - 36,6%, 125-180 мкм -29,2%, 90-125 мкм - 17,0%, 63-90 мкм - 15,4%, 4563 мкм - 2,6%, <45 мкм - 0,2%.
В соответствии с данными РФА, в составе КШ, было идентифицировано наличие следующих фаз: Ге20з (JCPDS карта № 73-2234), А10(0Н) (7СРБ8 карта № 81-0465), (Ре^)АЪ8Ю206(0Н)4 (1СРБ8 карта № 33-0655), (Ре,А1^,Мп)6(81,А1)40ю(0Н)8 (JCPDS карта № 13-0029),
(Мв1,5?е7,9А12,6)(816,2А11,8)(0Н)16 (JCPDS карта № 851356), СаА1407/Са0-2ЛЬ03 (JCPDS карта № 231037), ¥3801^3,95012 (JCPDS карта № 71-0699), (У2,748с0,26)(8с1,780а0,22)(0а2,798с0,15)012 (JCPDS карта № 77-1064), У2,97Рг0: 0э8с0,8ре4,2012, GdзSc2A1з0l2 (JCPDS карта № 70-2028).
Выщелачивание алюминия из образцов КШ растворами №0Н проводили в реакторе из нержавеющей стали, оборудованным механической мешалкой футерованной фторопластом. Ректор устанавливали в глицериновую баню, нагрев которой осуществляли электрической плиткой. Температуру контролировали и поддерживали с помощью контактного термометра и электрического реле-прерывателя нагрева. Реактор также был оборудован обратным холодильником. В реактор помещали требуемое количество раствора №0Н, нагревали до температуры 85^120°С и при интенсивном перемешивании добавляли порциями навеску КШ. Температуру реакционной смеси поддерживали с точностью 1^50С. В кинетических экспериментах осуществляли отбор реакционной пульпы из реактора через отвод без остановки мешалки. Суммарный объем всех проб отбираемой пульпы не превышал 10% от основной массы реакционной смеси.
Концентрацию алюминия в щелочных растворах определяли титриместическим методом с ацетатом цинка. Концентрацию кремния в щелочных растворах определяли спектрофотометрическим методом, основанном на образовании желтого кремнемолибденового комплекса, его
восстановлением аскорбиновой кислотой до кремнемолибденовой сини и измерении оптической плотности окрашенного раствора. Оптическую плотность измеряли при 825 нм,
С^Ю2)=10,3^1+0,98, R=0,98.
При изучении кинетики выщелачивания алюминия из КШ растворами №0Н, было установлено, что за 240-300 мин, в системе наблюдается выход на равновесие, рис. 1. Также было установлено, что аА1 возрастает с 5% до 16% с ростом концентрации Ыа0Н от 0,5 М до 4,0-7,0 М.
Рис. 1. Кинетические кривые выщелачивания А1 из красного шлама водными растворами №ОН. Условия: Т:Ж=1:5, 1=85°С, скорость перемешивания пульпы - 1000 об/мин.
1 - 0,5 М №ОН; 2 - 1,0 М М №ОН; 3 - 2,0 М №ОН; 4 - 4,0 М №ОН; 5 - 7,0 М №ОН.
При повышении температуры процесса с 85°С до 100-120°С, аА1 за ступень возрастала на 2-5%, рис. 2. Повышение концентрации №0Н с 4,0 М до 10 М не приводило к существенному повышению аА1. При 2-х стадийном выщелачивании, аА1 за 2 ступени составила 20-25% в условиях 4,0 М №0Н и 1=100°С. Также при изучении выщелачивания при различных Т:Ж, было установлено, что при изменений Т:Ж с 1:3 до 1:10 в пользу жидкой фазы, аА1 возрастала на 5-7%.
Рис. 2. Кинетические кривые выщелачивания А1 из красного шлама водными растворами №ОН. Условия: Т:Ж=1:5, скорость перемешивания пульпы -1000 об/мин.
1 - 4,0 М №ОН, t=100°С; 2 - 10,0 М №ОН, t=120°С.
Механообработка КШ приводит к повышению аА1 до 24%. При этом время процесса сокращается до 30 мин. Кинетическая кривая выщелачивания алюминия проходит через максимум, рис. 3.
Рис. 3. Кинетические кривые выщелачивания Al (1) и Si (2) из механлоактивированного красного шлама водными растворами NaOH Условия: 7,0 М NaOH Т:Ж=1:5, ^85°С
скорость перемешивания пульпы - 1000 об/мин. Условия механообработки: Pulverisette 5, отношении масс мелющие тела:проба КШ=10:1, время обработки 30 мин., центробежное ускорение - 20g, мелющие тела - стальные шары, DШ=25 мм.
Снижение содержания алюминия в щелочном растворе с увеличением времени перемешивания пульпы связано, по-видимому, с образованием малорастворимых гидроалюмосиликатов,
выпадающих в виде вторичных осадков [5]. Подтверждением этому служат данные по выщелачиванию кремния в данной системе, рис. 3.
Кинетическая кривая выщелачивания кремния так же проходит через максимум.
Список литературы
1. Hausberg J. Evaluation of bauxite availability / J. Hausberg, F.M. Meyer, J. Grassmann and H. Sievers // Light Metals. 2001. P. 91-96.
2. Грачев В.В. Определение различных форм серы в гидроалюмосиликатах натрия и красных шламов /В.В. Грачев, Н.В. Шевченко, Т.Н. Северухина // Цветная металлургия. 1986. №1. С.30-32.
3. Сабирзянов Н.А. Гидрохимические способы комплексной переработки бокситов/ Н.А. Сабирзянов, С.П. Яценко.- Екатеринбург: УрО РАН, 2006.386с.
4. Анашкин В.С. Разработка технологических схем безотходной и комплексной переработки низкокачественных бокситов и красных шламов /В.С. Анашкин, Э.С.Фомин, С.П. Яценко/ Тез.докл. II Междунар. Научнопракт. Конференции «Металлургия легких металлов, проблемы и перспективы, М.:22-23.11.2006. С.41-45.
5. Туманов Ю.Н. Электротехнологии нового поколения в производстве неорганических материалов: экология, энергосбережение, качество / Ю.Н. Туманов . - М. : Физматлит, 2013 . - 816 с.
