CC BY
30
УДК 669.85
Трошкина И.Д., Вацура Ф.Я., Жукова О.А., Тарганов И.Е., Руденко А.А. ИЗВЛЕЧЕНИЕ СКАНДИЯ ИЗ НЕТРАДИЦИОННОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО СЫРЬЯ
Трошкина Ирина Дмитриевна, профессор, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: oban1@yandex.ru;
Вацура Фёдор Ярославович, аспирант, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе email: vatsura_aye@mail.ru;
Жукова Ольга Александровна, инженер, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: olliemelancholy@gmail.com;
Тарганов Игорь Евгеньевич, ст. лаборант, кафедра технологии редких элементов и наноматериалов на их основе e-mail: targanov.igor@yandex.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, д. 9
Руденко Алексей Анатольевич, главный специалист отдела геотехнологической оценки месторождений rudall2007@yandex.com
Федеральное бюджетное государственное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского, Москва, Россия 119017, город Москва, Старомонетный переулок, дом 31
Изучены гидрометаллургические процессы извлечения скандия из нетрадиционного железорудного сырья. Ключевые слова: скандий, железорудное сырье, агитационное выщелачивание, сорбция, экстракция
RECOVERY OF SCANDIUM FROM NON-TRADITIONAL IRON ORE RAW MATERIALS
Troshkina I.D., Vatsura F.Ya., Zhukova O.A., Targanov I.E., Rudenko A.A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Federal State Unitary Enterprise All-Russian Scientific-Research Institute of Mineral Resources named after N.M. Fedorovsky, Moscow, Russia
Hydrometallurgical processes recovery of scandium from non-traditional iron ore was studied. Key words: scandium, iron ore, agitation leaching, sorption, extraction
Скандий, один из самых рассеянных элементов, в промышленности его извлекают попутно при переработке руд цветных и редких металлов [1-4].
Скандий, в силу своей высокой теплостойкости, легкости, высокой прочности и химической стойкости является перспективным
конструкционным материалом для авиа-и ракетостроения и спортивного инвентаря. Добавка скандия, например, в количестве 0,4 %, к сплавам алюминий-магний повышает временное
сопротивление разрыву на 35 %, а предел текучести на 65-84 %. Наиболее емкими областями потребления скандия, кроме легких сплавов, являются производство твердооксидных топливных элементов и мощных металлогалогенных ламп, лазерная техника, специальная керамика. Промышленное использование скандия
ограничивается его высокой ценой, обусловленной низким содержанием в сырье и сложной технологией получения.
Основными источниками скандия являются хвосты обогащения ильменитовых концентратов; титаномагнетитовых и ильменит-
титаномагнетитовых руд, а также монацитовых, циркониевых, урановых, вольфрам-молибденовых руд. Известен скандий-редкоземельно-ниобиевый тип руд в корах выветривания карбонатитов
(Томторское месторождение, Россия). Высокими концентрациями скандия характеризуется «красный шлам», образующийся в процессе промышленной обработки боксита, а также латеритные коры выветривания основных и ультраосновных пород (Лейк Иннес, Нинган в шт. Новый Южный Уэльс, Австралия) [5].
Для попутного извлечения скандия из растворов, образующихся при гидрометаллургической переработке этих сырьевых источников с содержанием 1-200 г/т, используются, как правило, сорбционные и экстракционные методы [1-4].
Выщелачивание - одна из важнейших операций для получения продуктивных растворов при переработке минерального сырья. Поскольку скандий - один из рассеянных элементов, важной задачей является его количественное извлечение из минералов концентраторов, в которых он изоморфно замещает Al, Fe, Y и другие атомы и их ионы в узлах кристаллической решетки минералов без нарушения ее структуры.
Цель работы - оценка возможности извлечения скандия из нетрадиционного железорудного сырья гидрометаллургическим методом.
Элементный состав представительной пробы железорудного сырья приведен на рис. 1.
Рис. 1. Элементный состав пробы железорудного сырья
Содержание скандия в пробе составляло 73,3 г/т. Фракционный состав представительной пробы, определенный в работе, отражен в табл. 1.
Фракция, мм Масса фракции, г Доля фракции, %
-0,1 56,05 11,21
-0,1 - -0,25 73,18 14,64
+0,25 - -0,5 57,06 11,41
+0,5 - -1,0 41,65 8,33
+1 - -2,0 103,18 20,64
+2 - 5,0 124,67 24,93
+5,0 44,21 8,84
Сумма 500 100
Как видно из таблицы, в пробе преобладают фракции +2 - 5,0 и +1 - -2,0 с долей 24,93 и 20,64 %. Доля фракции находится в интервале 8,33-24,94%. Поскольку она сравнительно незначительно
изменяется, для проведения выщелачивания исходную пробу не фракционировали.
Идентификацию и распределение скандия в материале пробы проводили с использованием рентгеноспектрального микроанализатора (с электронным зондом) Jeol JXA-8100 (Япония, Jeol Ltd.), оснащенного 3-мя кристалл-дифракционными и энергодисперсионным (Link Pentafet, Oxford Inst., Великобритания) спектрометрами (ФГБУ «ВИМС»).
Идентификация минералов по результатам спектрографии показала, что скандий не приурочен к титансодержащим минералам (например, ильмениту), он тяготеет к гидрооксидам железа, каолиниту, бариту и глинистому цементу.
Растровые снимки, полученные на микрозонде, дают картину распределения скандия в материале коры выветривания в виде равномерно рассеянных частиц размером менее 1 мкм (рис. 2).
Opeiation |
Рис. 2. Матрица материала коры выветривания и распределение скандия
В работе изучали:
• агитационное выщелачивание скандия из материала пробы в естественном и измельченном состояниях, влияние времени контакта, температуры пульпы и концентрации выщелачивающих реагентов на извлечение скандия в раствор;
• выщелачивание в условиях RIP;
• методы интенсификации выщелачивания:
- выщелачивание с кислотным замесом при варьировании концентрации кислоты при определенном соотношении фаз и температуре; -ультразвуковое воздействие на процесс;
• промывку кека растворами различного состава с оптимизацией по количеству ступеней [6];
• сорбцию скандия из растворов выщелачивания сорбентами различного типа и состава с использованием 20 образцов;
• равновесные и кинетические характеристики сорбентов с построением изотерм сорбции и определением времени полусорбции;
• сорбцию скандия из растворов выщелачивания при корректировке исходного состава;
• десорбцию скандия с выбранных сорбентов элюентами различного состава;
• экстракцию скандия из растворов выщелачивания с помощью экстрагентов различного типа при варьировании состава экстрагента, разбавителя, соотношения фаз;
• равновесные характеристики экстрагентов с построением изотерм экстракции и расчетом оптимального количества ступеней контакта;
• реэкстракцию скандия с варьированием состава раствора, его температуры, соотношения фаз.
• осаждения скандия из элюатов или растворов после реэкстракции с использованием различных реагентов;
• концентрирование скандия с целью получения скандиевого чернового концентрата;
• определение примесного состава чернового концентрата.
К основным полученным результатам можно отнести следующие:
1. Определены режимы количественного выщелачивания скандия из неизмельченной пробы с получением раствора с концентрацией 19,4 мг/л.
2. Максимальная степень экстракции скандия из растворов элюатов составила 91 %.
3. Проведение экспериментов в условиях RIP показало, что степень сорбции скандия достигает 78,4 %.
4. Получен черновой концентрат скандия с содержанием 9,9 % (по оксиду скандия).
На основании полученных результатов по выщелачиванию, сорбционно-экстракционному и осадительному переделам предложены
принципиальные технологические схемы получения чернового концентрата скандия из нетрадиционного железорудного сырья.
Разработаны основные направления
оптимизации условий сорбции/экстракции с целью снижения расхода кислоты, концентрирования первичного элюата, осаждения и очистки первичного концентрата скандия.
Список литературы
1. Яценко С.П., Пасечник Л.А. Скандий: наука и технология. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та. 2016. 364 с.
2. Коршунов Б.Г., Резник А.М., Семенов С.А. Скандий. М: Металлургия, 1987. 184 с.
3. Фаворская Л.В. Химическая технология скандия. Алма-Ата: ОНТИ КазИМСа, 1969. 143 с.
4. Комиссарова Л.Н. Неорганическая и аналитическая химия скандия. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 512 с.
5. Chasse M., Griffin W.L., O'Reilly S.Y., Calas G. Scandium speciation in a world-class lateritic deposit // Geochem. Persp. Let. 2017. V. 3. P. 105-114. doi: 10.7185/105 geochemlet.1711.
6. Тарганов И.Е. Промывка кека сернокислотного выщелачивания скандия из железорудного сырья // XV Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физикохимия и технология неорганических материалов». Сборник трудов. Москва : ИМЕТ РАН. 2018. С. 453.
