CC BY
23
УДК 669.793.061.34
Есимканова У.М., Матаев М.М., Алехина М.Б., Кумарбекова А.Т.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СКАНДИЯ ИЗ УРАНОВОЙ РУДЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫМ МЕТОДОМ
Есимканова У.М., PhD докторант 2 курса факультета химии и химической технологий e-mail: umitka.89@mail.ru;
Казахский национальный университет имени аль-Фараби, г. Алматы, Республика Казахстан 050040, г. Алмааты, ул. аль-Фараби, д.71
Матаев М.М., старший научный сотрудник, e-mail: mataev_06@mail.ru; ТОО «Институт высоких технологий», г. Алматы, Республика Казахстан
Алехина М.Б., профессор, кафедра "Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов", e-mail: mbalekhina@yandex.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9.
Кумарбекова А.Т., старший научный сотрудник, e-mail: a.t.kumarbekova@iht.kz ТОО «Институт высоких технологий», г. Алматы, Республика Казахстан,
Казахстанская минерально-сырьевая база обладает довольно широким спектром месторождений редких и редкоземельных металлов, в том числе, таких как рений, скандий, ванадий, селен и РЗМ, использующихся в производстве высокотехнологичных материалов для авиакосмической и электронной промышленности. В работе проведены эксперименты по выщелачиванию урановой руды с использованием фильтрационного метода, который позволяет получить более полную информацию о процессе выщелачивания. В данном случае, при моделировании подземного скважинного выщелачивания выдерживается основной принцип технологии - фильтрация растворителя через слой урановой руды.
Ключевые слова: скандий, РЗМ, фильтрационное выщелачивание
STUDYING OF THE SCANDIUM LEADING PROCESS FROM URANIUM ORE BY THE FILTRATION METHOD
Yessimkanova U.M.*, Mataev М.М. **, А1екЫпа М.В *** Кumarbekova А.Т.**
*Al-Farabi Kazakh National University, Faculty of Chemistry and Chemical Technologies, Almaty, Republic of Kazakhstan.
** LLP "Institute of High Technologies", Almaty, Republic of Kazakhstan. ***D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Kazakhstan's mineral resource base has a fairly wide range of rare and rare earth metal deposits, including such as rhenium, scandium, vanadium, and selenium and rare-earth metals used in the manufacture of high-tech materials for the aerospace and electronic industries. In this paper, experimented on leaching of uranium ore using the filtration method, which allows obtaining more complete information about the leaching process. In this case, when modeling the underground leaching, the basic principle of the technology is maintained - filtering the solvent through a layer of uranium ore.
Keywords: scandium, REM, filtration leaching
Известно, что при подземном скважинном выщелачивании (ПСВ) урана попутно в продуктивный раствор извлекаются и другие полезные компоненты, в том числе рений, скандий и РЗМ, которые в настоящее время практически не извлекаются, а находятся в циркуляции по схеме: «продуктивный раствор - маточный раствор сорбции - выщелачивающий раствор - руда - продуктивный раствор» [1,2]. Поэтому, по количественному содержанию данных попутных полезных компонентов (ППК- мг/дм3) в продуктивном растворе, образующемся в условиях действующего сернокислотного режима ПСВ на урановых месторождениях, можно косвенно оценить уровень присутствия их в урановой руде.
Среднее содержание скандия в рудных залежах варьирует от 1,9 до 4,7 г/т. Содержание суммы редкоземельных элементов в среднем 106 г/т, в том числе иттрия 13 г/т. Данные элементы не образуют
эпигенетических концентраций, и содержание их в урановых залежах соответствует геохимическому фону.
В данном случае, при моделировании ПСВ выдерживается основной принцип технологии -фильтрация растворителя через слой урановой руды.
Для проведения экспериментов по выщелачиванию в фильтрационном режиме (колонках) применялся метод фильтрации рабочего раствора с постоянной скоростью, которую поддерживали за счет задания постоянного расхода растворителя на входе в колонку.
Выщелачивание урановой руды в экспериментах осуществлялось в 2 стадии:
1) Водная обработка или водное выщелачивание;
2) Сернокислотное выщелачивание из маточных растворов сорбции урана (H2SO4 - 15 г/л).
Рис. 1. Кривая сернокислотного фильтрационного выщелачивания скандия из урановой руды.
Кривая на рис. 1 характеризует изменение концентрации скандия в растворе при модельном сернокислотном фильтрационном выщелачивании урановой руды.
По характеру кривой, представленной на рис. 1, видно, что активное выщелачивание скандия приходилось на диапазон ж:т от 0,2 до 1,2. Достижение наиболее высоких концентраций скандия в растворе 0,714 г/дм3 Sc и 0,77 г/дм3 Бе отмечалось при соотношении ж:т 0,6 - 0,8, соответственно, т.е. в процессе проведения первой половины фильтрационного сернокислотного выщелачивания урановой руды. После снижения ж:т до значения 1,2 процесс растворения скандия заметно замедлился и к моменту достижения значения ж:т = 2,0, которое является предельным значением параметра в режиме ПСВ урана на данном месторождении, он практически завершился. Увеличение ж:т от 2 до 2,8 не повлияло существенно на изменение концентрации скандия в растворе, что, как известно, говорит о прекращении процесса его растворения из урановой руды при данных условиях сернокислотной обработки.
Однопиковый, а не двухпиковый характер кривой на рис. 1 может свидетельствовать, по мнению автора [3], об отсутствии в данном образце
урановой руды эпигенетического скандия (легкорастворимого) и наличии сингенетического (трудно вскрываемого).
В ходе осуществления в фильтрационном режиме водного выщелачивания в диапазоне изменения ж:т 0,4-2,0 не было обнаружено содержания скандия в растворе. Эксперименты показали, что при водной обработке скандий в раствор не переходил, что говорит об отсутствии в урановой руде водорастворимых соединений скандия.
В таблице 1 представлены значения концентрации скандия в растворе и степени извлечения, полученные в ходе осуществления в фильтрационном режиме сернокислотного выщелачивания.
Как видно из результатов, при сернокислотной обработке скандий из урановой руды выщелачивается, но ограниченно. Суммарная степень извлечения скандия из урановой руды в данном месторождении составила - 24,43 %, что выше по значению данных диапазона степени извлечения 3 - 12 %, приведенных в источнике [3] для урановой руды, содержащей сингенетический скандий, но укладывается в диапазон 20 - 50 % для эпигенетического скандия.
Таблица 1. Данные эксперимента по сернокислотному выщелачиванию урановой руды в фильтрационном режиме.
Наименование Ж:Т при сернокислотном выщелачивании Суммарное извлечение, % 24,43
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8
Концентрация Бе в растворе, мг/дм3 - 0,05 0,71 0,77 0,51 0,41 0,37 0,36 0,36 0,35 0,34 0,34 0,34 0,34
Степень извлечения Бе, % 0,0 0,23 3,32 3,57 2,37 1,93 1,74 1,68 1,66 1,61 1,59 1,58 1,58 1,57
В данном процессе возможно использование в качестве выщелачивающего раствора маточного раствора сорбции урана, содержащего в своем составе компоненты - окислители. Например, железо (III), активизировало процесс выщелачивания урановой руды, что как следствие, отразилось и на вскрываемости скандия.
Как и все ^-металлы, скандий проявляет ярко выраженную способность к изоморфизму [5] не только в отношении своих полных аналогов III группы (У, La, REE, Т^ и), но и к элементам соседней IV группы: Т^ Zr, Н£ Кроме того, по кристаллохимическим характеристикам скандий близок к Fe (размеры ионных радиусов у Sc 3+— 0,083 нм, у Fe 2+ — 0,082 нм).
В виде изоморфной примеси скандий присутствует во многих породообразующих, рудных и акцессорных минералах, при этом возможны как гетеровалентные, так и изовалентные замещения. Гетеровалентные замещения происходят легче в тех минералах, где замещаемые элементы находятся в 6-координации (характерно для гранатов) и редко в четверной координации.
Такие особенности скандия обусловливают существование большого количества скандиеносных минералов, особенно это минералы У и КБЕ.
Скандий малоподвижный в большинстве геохимических обстановок, слабо мигрирует с
органическими комплексами, частично - в сильнокислой среде.
Эксперименты, проведенные в фильтрационном режиме (в колонке), позволили установить, что процесс выщелачивания скандия из урановой руды укладывается в диапазон ж : т от 0 до 2,0, заложенного как параметр в технологический режим данного месторождения для выщелачивания урана. Степень извлечения скандия при этом составила - 24,4 %.
Список литературы
1. Петров Н.Н.,Язиков В.Г., Аубакиров Х.Б., Плеханов В.Н., Вершков А.Ф., Лухтин В.Ф. Алматы: Гылым, 1995. 264 с.
2. Плеханов В.Н. Урановые месторождения в меловых отложениях в Чу-Сарысуйской депрессии Казахстана.// Известия Уральского государственного горного университета. 2012. Вып. 27-28. С.21-30
3. Лаверов Н.П. Подземное выщелачивание полиэлементных руд. М.: Изд-во Академии горных наук, 1998. 446 с.
4. Комиссарова Л.Н. Неорганическая и аналитическая химия скандия. М.: Эдиториал УРСС. 2001. 512 с.
5. Беликова Г.И. К геохимии скандия и его полных структурных аналогов. Часть 1.// Геологический сборник. 2014. № 11. С 153 - 158.
