CC BY
199
УДК 546.882, 546.883
ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА КОЛУМБИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА ЗАШИХИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
А.В. Смирнов, А.С. Сибилев, А.В. Нечаев, А.Ю. Спыну
ООО «НПК “Русредмет”», Санкт-Петербург, Россия Аннотация
Изучены условия выщелачивания ниобия и тантала из колумбитового концентрата Зашихинского месторождения раствором фтористоводородной и серной кислот. Показано определяющее влияние на степень извлечения обоих элементов концентрации кислот и температуры раствора, в меньшей степени влияние оказывают дисперсность концентрата и длительность контакта фаз. В условиях, обеспечивающих получение растворов с суммарным содержанием ниобия и тантала не менее 110-130 г/л, проведены крупнолабораторные испытания процесса с извлечением ниобия 97.6% и тантала - 93.7%. В условиях непрерывного экстракционного каскада проведены исследования по разделению ниобия и тантала с использованием экстрагента - октанола-1 - с получением опытных образцов оксида ниобия и оксида тантала. Приведены данные о распределении природных радионуклидов между продуктами процесса выщелачивания.
Ключевые слова:
колумбитовый концентрат, оксид ниобия, оксид тантала, редкоземельные металлы, вскрытие, серная кислота, фтористоводородная кислота, экстракция, октанол-1.
HYDROMETALLURGICAL PROCESSING OF THE ZASHIHINSKY DEPOSIT COLUMBITE CONCENTRATE
A.V. Smirnov, A.S. Sibilev, A.V. Nechaev, A.Yu. Spynu
LTD «RPC “Rusredmet”», Saint-Petersburg, Russia Abstract
Leaching conditions of niobium and tantalum from the columbite concentrate of the Zashikhinsky deposit by solution of fluoric and sulfuric acids are studied. The principal effect on both elements leaching rate of acids concentration and temperature of solution is shown. In a less degree dispersion of the concentrate and duration of phases contact affect. In the conditions providing solutions with the total content of niobium and tantalum not less than 110-130 g/l, enlarged experiment of process with extraction of niobium of 97.6% and tantalum - 93.7% is carried out. In the conditions of the uninterrupted extraction multiple-stage researches of separation of niobium and tantalum with use of an extractant - 1-octanol - with receiving prototypes of niobium oxide and tantalum oxide, are conducted. The information on natural radionuclides distribution among leaching process products is given.
Keywords:
columbite concentrate, niobium oxide, tantalum oxide, rare-earth elements, leaching, sulfuric acid, fluoric acid, extraction, 1-octanol.
После распада СССР Россия утратила целый ряд производств, в том числе значительную часть редкометаллической промышленности. Наша страна по-прежнему располагает большим сырьевым потенциалом в части ниобия и тантала [1], однако в настоящее время в эксплуатации находится единственное месторождение лопарита на Кольском полуострове. Лопаритовый концентрат (содержание мас. %: Nb2O5 - 7.38.7; Ta2O5 - 0.6-0.7) перерабатывается методом хлорирования на Соликамском магниевом заводе, при этом производственные возможности этой связки (Ловозерский горно-обогатительный комбинат - Соликамский магниевый завод) предприятий ограниченны.
В настоящее время в РФ прилагаются усилия для восстановления редкометалльной отрасли с созданием всей технологической цепочки, включая выпуск широкого спектра продукции, в том числе в виде отдельных металлов и их соединений. Для этого Правительством РФ разработана Государственная программа «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности», предусматривающая создание к 2020 г. полного цикла производства индивидуальных соединений, металлов и их сплавов с выпуском около 20 тыс. т редкоземельной продукции согласно базовому сценарию. Поэтому вовлечение в переработку новых месторождений ниобий- и танталсодержащего сырья является актуальным решением проблемы обеспечения внутреннего рынка импортозамещающей продукцией двойного назначения. В том числе и в рамках упомянутой программы начаты работы и на Зашихинском месторождении тантал-ниобиевых (с цирконием, гафнием и РЗЭ иттриевой группы) руд.
Одним из потенциальных источников редких металлов может служить Зашихинское месторождение в Иркутской области, располагающее крупными запасами тантал-ниобиевых (с цирконием, гафнием и РЗЭ иттриевой группы) руд и благоприятными условиями их отработки открытым способом [2]. Запасы категории Q по Nb2O5 оцениваются в 24.6 тыс. т, по Ta2O5 - в 2.83 тыс. т, еще одним привлекательным фактором является уникальное для отечественного сырья содержание иттрия в колумбитовом концентрате месторождения - более 66%. В сумме редких земель концентрата также хорошо представлена среднетяжелая группа «критических» РЗЭ (Eu, Tb, Dy) - более 8%. Очевидно, что освоение Зашихинского месторождения и переработка его колумбитового концентрата не является
94
альтернативой лопариту Ловозера. Напротив, с точки зрения государственных интересов это позволит нарастить производство тантала, пентаоксида ниобия, в том числе металлургического сорта, и дать потребителям дефицитные в стране и мире тяжелые РЗМ с освобождением от импортной зависимости и без создания, в то же время, избытка труднореализуемых редких земель цериевой группы.
Промышленной переработки собственных колумбитовых концентратов в нашей стране не было, а опыт переработки лопарита к колумбиту малоприменим из-за существенного отличия состава. Применительно к колумбиту Малышевского месторождения (заметно отличающемуся по составу от зашихинского) было выполнено исследование [3, 4], но промышленной реализации разработки не последовало. В отличие от нашей страны, колумбит является одним из широко распространенных источников получения ниобия и тантала в остальном мире. Методы их извлечения, разделения и очистки неоднократно рассматривались и обобщались в литературе, к наиболее близким по времени обобщающим работам относятся [5, 6]. Анализ мировой практики переработки колумбита и танталит-колумбита показывает, что наиболее эффективный способ вскрытия такого сырья заключается в выщелачивании его смесью серной и плавиковой кислот [7]. Опыт разработки альтернативных пирометаллургических подходов рассмотрен в работе [8], где сообщается о единственном примере их практического осуществления применительно к колумбиту бразильского месторождения Питинга весьма специфического состава. Отмечается, что существенно разнящиеся набор и содержание примесных элементов в колумбитах различных месторождений не позволяет унифицировать технологию их переработки и вынуждает разработчиков в каждом отдельном случае искать собственные подходы. Целью настоящего исследования являлась разработка технологического процесса, обеспечивающего эффективное комплексное извлечение в товарные продукты основных полезных составляющих колумбитового концентрата Зашихинского месторождения - ниобия, тантала и РЗМ. Для этого предложено использовать выщелачивание ниобия и тантала смесью серной и фтористоводородной кислот с последующим разделением их методом жидкостной экстракции и самостоятельную переработку твердого остатка для извлечения редких земель.
Эксперименты проводили с колумбитовым концентратом состава, мас. %: Nb2O5 - 50.5; Та205 - 4.1; Fe -12.6; Mn - 1.9; W - 0.5; Si - 3.6; Al - 0.35; Са - 0.07; Ti - 1.7; Zr - 0.6; Sn-<0.2; Ln203 - 3.7. Установлено, что температура, концентрация и расход фтористоводородной кислоты, а также содержание в смеси до 400 г/л серной кислоты положительно влияют на степень извлечения ниобия и тантала. При использовании фтористоводородной кислоты в избытке 30-34% от стехиометрически необходимого, через 6 ч в раствор переходит более 90% Nb2O5 и Ta2O5. Наименьшее извлечение Nb2O5 и Ta2O5 в раствор отмечено в опытах, характеризующихся низкой концентрацией серной кислоты в растворе - 0 г/л и 100 г/л, а также низкой температурой - 50°С (извлечение падает до 58.1-60.8%). Для колумбитового концентрата, полученного после обогащения исходного сырья, характерно высокое содержание мелких фракций (фракция -250 мкм более 60%). Поскольку влияние этого фактора не играет решающей роли, с целью снижения производственных затрат дополнительное измельчение проводить не рекомендуется. Вероятно, повышение температуры раствора выщелачивания более 80°С приведет к дальнейшему росту концентрации целевых компонентов и некоторому росту извлечения, однако потребует применения гораздо более дорогих материалов в аппаратурном оформлении процесса, что едва ли оправдано с экономической точки зрения. Достигнутая в ряде лучших опытов концентрация ниобия и тантала в растворе вполне удовлетворяет требованиям последующего процесса их экстракционного разделения. С этой точки зрения нецелесообразно увеличивать и соотношение жидкой и твердой фаз при вскрытии концентрата с останвокой на величине Т:Ж на уровне 4.5-5.0.
Поведение большинства примесей в процессе выщелачивания колумбитового концентрата коррелирует с поведением ниобия и тантала, но в целом следует отметить, что отношение концентрации целевых компонентов к примесям в растворе выщелачивания выше, чем в концентрате. Неприятную роль в последующих звеньях технологической цепочки может сыграть кремний, концентрация которого достигает 8-9 г/л. Г идролиз кремнефторида с образованием мелкодисперсного оксида кремния, отлагающегося на стенках оборудования, потребует специальных мер по их очистке.
В результате в оптимальных условиях после объединения фильтрата и промывных вод содержание целевых компонентов составило, г/л: Nb2O5 - 126.3; ТаЛ - 10.1; при степени извлечения для Nb2O5 - 97.6% и Та^5 - 93.7%. Раствор данного состава использовался для исследований экстракционного разделения ниобия и тантала.
Для переработки растворов была выбрана схема с коллективной экстракцией ниобия и тантала октанолом-1, промывкой насыщенного экстракта и последующим разделением элементов на стадии селективной реэкстракции, в качестве экстрагента использовался октанол-1.
Проведены укрупненные непрерывные испытания предлагаемой технологии на лабораторном 47-ступенчатом экстракционном каскаде типа смеситель - отстойник, на котором отработаны режимы экстракции, промывки и реэкстракции ниобия и тантала с получением реэкстрактов ниобия и тантала требуемого для получения оксида ниобия (99.8%) и оксида тантала (99.5%) качества. Изучено распределение Nb2O5 и Ta2O5 в органической и водной фазах по камерам экстракционного каскада. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что процесс экстракции идет эффективно на 11 -12 ступенях. Для стадии промывки насыщенного экстракта достаточно 5-6 ступеней, для селективной реэкстрации ниобия -20 ступеней; для реэкстракции тантала - 8 ступеней. Установлено, что в оптимальных условиях экстракционного процесса содержание целевых компонентов в реэкстракте ниобия: Nb2O5 - 70-75 г/л, Та^5 -<0.1 г/л; в реэкстракте тантала: Та^5 - 15-25 г/л, Nb2O5 - <0.1 г/л. Потери целевых компонентов с рафинатом не
95
превышают 0.1%. После осаждения, промывки, просушки и прокалки были получены опытные партии оксида ниобия чистотой не менее 99.8% и оксида тантала чистотой не менее 99.5%.
Осадок со стадии вскрытия спекали с гидроксидом натрия, выщелачивали спек азотной кислотой с извлечением РЗЭ на уровне 86-88%, а после дезактивации осаждали их и прокаливали для получения суммарного концентрата состава (мас. % оксидов): La - 0.64; Се - 1.98; Pr - 0.53; Nd - 1.38; Sm - 3.65; Eu - 1.04; Gd - 3.20; Tb - 1.53; Dy - 5.90; Ho - 1.53; Er - 5.81; Tm - 0.05; Yb - 10.31; Lu - 0.80; Y - 60.6.
В лаборатории радиоэкологического мониторинга Радиевого института им. В.Г.Хлопина было проведено исследование распределения природных радионуклидов при вскрытии колумбита. Для измельченного колумбитового концентрата измеренные значения Аэфф составили 46400±6200 Бк/кг, МАЭД - 0.9 мкЗв/ч, что позволяет отнести его к материалам IV класса опасности. Основной вклад в удельную радиоактивность вносит Th-232 - 33380±3540 Бк/кг, что превышает минимально значимые удельные активности (МЗУА), и в соответствии с ОСПОРБ-99/2009 (п. 3.8.2) обращение с концентратом должно выполняться по III классу работ. При вскрытии колумбитового концентрата смесью фтористоводородной и серной кислот более 98% Th-232 остается в нерастворившемся остатке в виде труднорастворимых фторидов; при этом до 1% его попадает в фильтрат. Выход Ra-226 в нерастворившийся остаток составляет 95.18%, в фильтрат —0.83%. Радиационные характеристики твердого остатка при выщелачивании составили: Аэфф - 252485±26700 Бк/кг, МАЭД -
0. 8.мкЗв/ч, он относится к радиоактивным отходам и обращение с ним также должно выполняться по III классу работ. Фильтраты и промывные воды содержат незначительное количество радионуклидов, удельные активности их менее МЗУА, работа с ними радиационно безопасна.
Выводы
Показано, что основными факторами, определяющими полноту извлечения тантала и ниобия из колумбитового концентрата Зашихинского месторождения, являются концентрация фтористоводородной и серной кислот и температура раствора выщелачивания. В меньшей степени на процесс влияют дисперсность концентрата и время его проведения в определенных пределах.
Предложены условия ведения процесса выщелачивания, обеспечивающие извлечение обоих целевых компонентов на уровне 93-97% и суммарную концентрацию их в растворе не менее 110-130 г/л.
При работе непрерывного экстракционного каскада из раствора после вскрытия получены реэкстракты ниобия и тантала, из которых по осадительной технологии выделены опытные партии оксида ниобия чистотой не менее 99.8% и оксида тантала чистотой не менее 99.5%.
Приведены данные изучения распределения природных радионуклидов при вскрытии колумбита.
Литература
1. Перспективы рационального освоения комплексных тантал-ниобий-редкоземельных месторождений России / Г.А. Машковцев, Л.З. Быховский, А.А. Рогожин, А.В. Темнов // Разведка и охрана недр. 2011. № 6. С. 9-13.
2. Перфильев В.В. Зашихинское редкометалльное месторождение. Латеральная и вертикальная зональность оруденения // Повышение инвестиционной привлекательности комплексных редкометалльных месторождений с целью подготовки их к лицензированию и освоению: тез. докл. конф. (Москва, 24-25 апреля 2014 г.). М.: ИМГРЭ, 2014. С. 62-63.
3. Технология переработки колумбитового концентрата Малышевского рудоуправления / В.Г. Майоров,
В.К. Копков, И.В. Бакланова и др. // Химическая технология. 2000. № 7. С. 23-27.
4. Разделение и очистка ниобия и тантала экстракцией октанолом из растворов переработки отечественного колумбитового концентрата / И.В Бакланова., В.Г. Майоров, В.К. Копков, и др. // Химическая технология.
2001. № 2. С. 28-32.
5. Gupta C.K., Suri A.K. Extractive Metallurgy of Niobium. Florida, USA: CRC Press, 1994. 272 p.
6. Ayanda O.S., Adekola F.A. A review of niobium-tantalum separation in hydrometallurgy // Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering. 2011. Vol. 10, No. 3. Р. 245-256.
7. Eckert J. Hydrometallurgical processing of tantalum and niobium compounds // Proc. Int. Symp. on Tantalum and Niobium (Goslar, 18-20 Aug. 1995). Goslar, 1995. P. 51-64.
8. Поляков Е.Г., Полякова Л.П. Современные тенденции производства тантала и ниобия // Металлург. 2003. № 1. С. 54-59.
Сведения об авторах
Смирнов Александр Всеволодович,
к.т.н., ООО «НПК “Русредмет”», г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected] Сибилев Александр Сергеевич,
ООО «НПК “Русредмет”», г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected] Нечаев Андрей Валерьевич,
к.т.н., ООО «НПК “Русредмет”», г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected] Спыну Александр Юрьевич,
к.т.н., ООО «НПК “Русредмет”», г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
96
Smirnov Aleksandr Vsevolodovich,
PhD (Engineering), LTD «RPC “Rusredmet”», Saint-Petersburg, Russia, [email protected] Sibilev Aleksandr Sergeevich,
LTD «RPC “Rusredmet”», Saint-Petersburg, Russia, [email protected] Nechaev Andrej Valeryevich,
PhD (Engineering), LTD «RPC “Rusredmet”», Saint-Petersburg, Russia, [email protected] Spynu Aleksandr Yuryevich,
PhD (Engineering), LTD « RPC “Rusredmet”», Saint-Petersburg, Russia, [email protected]
УДК 332.122:338.45:001.895
РЕАЛИЗАЦИЯ ИДЕЙ АКАДЕМИКА В.Т. КАЛИНИКОВА В РАЗРАБОТКЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ ИННОВАЦИОННОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЗВИТИЯ СЕВЕРА И АРКТИКИ
В.А. Цукерман
Институт экономических проблем им. Г.П. Лузина Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация
Рассмотрены идеи академика В.Т. Калинникова по разработке научных основ инновационного промышленного развития Севера и Арктики. Сформулированы основные внешние и внутренние факторы, влияющие на научнотехнический и инновационный потенциал северных и арктических регионов. Определено, что между бизнесом, наукой и государством на Севере пока не сложились партнерские отношения. Показаны направления реализации идей Владимира Трофимовича по решению проблем модернизации промышленности Севера и Арктики.
Ключевые слова:
инновационное развитие, модернизация, научные основы, Север и Арктика, разработка, управление.
IMPLEMENTATION OF THE ACADEMICIAN V.T. KALINIKOV’S IDEAS TO DEVELOP SCIENTIFIC BASIS FOR INNOVATIVE INDUSTRIALIZED NORTH AND THE ARCTIC
V.A. Tsukerman
G.P. Luzin Institute for Economic Studies of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia Abstract
The article discusses the ideas of Academician V.T. Kalinnikova to develop scientific bases for innovative industrial growth of the North and the Arctic. The basic external and internal factors effecting the scientific, technological and innovation potential of the northern and Arctic regions. It was determined that among business, science and the state in the North has not been formed partnership. The direction of implementing the ideas of Vladimir Trofimovich to address the modernization of the industry of the North and the Arctic is shown.
Keywords:
innovative development, modernization, scientific bases, the North and the Arctic, development, management.
Академик В.Т. Калинников с момента работы в Кольском научном центре РАН огромное внимание уделял теоретическим основам технологического развития и практической реализации инновационных проектов на территории Севера и Арктики. В своих многочисленных трудах Владимир Трофимович предлагал конкретные разработки, основанные на глубоких научных исследованиях. В некоторых из этих работ в период становления инновационной экономики Российской Федерации автору посчастливилось участвовать [1-4].
Владимир Трофимович обосновывал, что перевод экономики на инновационный путь развития возможен лишь при условии комплексного реформирования научно-технической сферы от фундаментальных исследований до производства наукоемкой продукции и выхода с ней на мировой рынок. Основная цель государственной политики на Севере связана с формированием институциональных условий, позволяющих обеспечить режим устойчивого и комплексного социально-экономического развития территорий на основе ускоренного перехода от политики преимущественного освоения сырьевых ресурсов к сбалансированному развитию отраслей промышленности, созданием механизмов поддержки внедрения достижений научнотехнического прогресса, стимулированием действующих и созданием новых территориальнопроизводственных комплексов.
Реализация многочисленных концепций и постановлений Правительства последних лет, связанных со стратегией перевода экономики России на инновационный путь развития, потребует от федеральных и региональных органов управления беспрецедентных усилий по развитию, поддержке и координации
97
