CC BY
10
УДК 669.793, 542.06
Зайцева А.Д., Галактионов С.С., Краснощеков А.Н., Смакотина В. В., Рублева С. А.
ИЗВЛЕЧЕНИЕ СКАНДИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ РАСТВОРОВ С ПОМОЩЬЮ ИМПРЕГНАТОВ, ОСНОВАННЫХ НА АКТИВИРОВАННЫХ УГЛЯХ И СМЕСИ Д2ЭГФК И ТБФ
Зайцева Александра Дмитриевна - студент 2 курса магистратуры кафедры промышленной экологии,
zaiceva.aleksandra@gmail.com;
Галактионов Сергей Сергеевич
Краснощеков Александр Николаевич
Смакотина Валерия Валерьевна- студент 4 курса бакалавриата кафедры общей технологии силикатов,
Рублева Софья Алексеевна - студент 3 курса бакалавриата кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии,
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Производство соединений скандия очень сложный и многостадийный процесс. Наиболее распространенным способом извлечения скандия из различных технологических растворов является экстракция скандия с применением Ди(2-этилгексил) фосфорной кислоты и трибутилфосфата. В данной работе проведены оценка возможности использования твердых экстрагентов на основе активированного угля и смеси экстрагентов в процессе извлечения скандия из сернокислых растворов переработки диопсида. Установлено, что твердый импрегнат на основе макропористого угля по своим характеристикам не уступает коммерческим ТВЭКС, а с учетом его низкой стоимости становится весьма перспективным реагентов.
Ключевые слова: диопсид, скандий, экстракция, твердый экстрагент
EXTRACTION OF SCANDIUM FROM SULFURIC ACID SOLUTIONS USING IMPREGNATES BASED ON ACTIVATED CARBONS AND A MIXTURE OF D2EHPA AND TBP.
Zaytseva A. D., Galaktionov S.S., Krasnoshchekov A.N., Smakotina V. V., Rubleva S. A. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The production of scandium compounds is a very complex and multi-stage process. The most common method for extracting scandium from various technological solutions is scandium extraction using Di (2-ethylhexyl) phosphoric acid and tributyl phosphate. This work evaluates the possibility of using solid extractants based on activated carbon and a mixture of extractants in the process ofextracting scandium from sulfuric acid solutions ofdiopside processing. It has been established that solid impregnate based on macroporous coal is not inferior in its characteristics to commercial TVEKS, and given its low cost, it becomes a very promising reagent.
Key words: diopside, scandium, extraction, solid extractant
Введение
Рост и развитие промышленности увеличивает спрос на редкие и рассеянные металлы, которые обладают особыми и весьма полезными свойствами. Среди множества подобных металлов необходимо выделить скандий. Скандий традиционно относят к рассеянным элементам, а его добавка (менее 1%), может значительно улучшить эксплуатационные свойства сплавов алюминия.
Процесс добычи и переработки соединений скандия является очень тяжелой задачей. К основным проблемам, связанным с переработкой скандийсодержащих минералов, стоит отнести низкое содержание металла в добываемой руде, сложную аппаратурную схему и высокий расход различных реагентов. Одним из способов снижения стоимости добычи является концепция комплексного использования сырья, то есть получение крупнотоннажных продуктов с попутным извлечением соединений скандия.
Сейчас скандий нашел применение во многих видах промышленности. Из наиболее известных можно выделить несколько сфер: производство специальных алюминиевых сплавов в ракето- и самолетостроении, в металлургии используется при изготовлении тугоплавких сплавов, при создании элементов памяти для компьютерной техники, в процессах лечения злокачественных опухолей в медицине [1].
Известно множество потенциальных источников добычи скандия, однако только часть из них могут быть использованы в рамках концепции комплексной переработки. К наиболее «удобным» с технологической точки зрения относят урановые и титановые руды [2], а также бокситы, содержание скандия в которых может достигать 0,012 % по Sc2Oз [3]. В качестве альтернативного источника для добычи скандия можно выделить диопсид - минерал из группы пироксенов, с содержанием скандия до 100 - 120 г/тонну руды. В процессе сернокислотной переработки диопсида возможно получение концентрированных
магнийсодержащих растворов с содержанием скандия до 12 - 20 мг/л.
В основе технологий извлечения скандия из кислых растворов лежат процессы экстракции и сорбции [4-6]. В зависимости от применяемого процесса извлечения следует реэкстракция или десорбция скандия щелочными (сода) или кислотными (фтороводород или его соли) реагентами с последующим разделением от сопутствующих элементов (железо, титан, и пр.) и перечисткой [7].
Одним из наиболее распространенных экстрагентов для реализации поставленных задач является смесь Ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты и
трибутилфосфата (далее Д2ЭГФК/ТБФ) в керосине. Существенным недостатком данной технологии является потребность в использовании легко
воспламеняющихся жидкостей, сложная аппаратурная схема (экстрактора/центрифуги), а также большие потери экстрагента, что существенно влияет на цену конечного продукта.
Еще одним способом извлечения скандия из растворов является использование твердых экстрагентов (ТВЭКС) на основе смеси Д2ЭГФК/ТБФ фиксированных на полимерной основе, однако данная технология также является экономически нецелесообразной ввиду крайне высокой стоимости реагента и его технологических особенной (не устойчив в щелочной среде, всплывает).
Экспериментальная часть
Основной задачей исследования является оценка возможности использован дешевых импрегнатов для
По приведенным в таблице 1 данным можно сделать вывод о том, что по своему химическому составу раствор представляет из себя смесь сульфатов или фторидов металлов в 20 % ной серной кислоте.
На втором этапе исследования определяли и сравнивали динамическую обменную ёмкость полученного импрегната МАГ и коммерческого образца ТВЭКС. Для этого была использована колонка, имеющая площадь сечения 2,5 см2, высоту загрузки 40 см, а линейная скорость растворов, подаваемых на экстракцию скандия, составляла 2м/час. Результаты проведенного эксперимента представлены на рисунке 1.
1,74 1,72
™ 1,7
I
ф
|1,68
; 1,66
Й 1,64
£
£ 1,62
0
1 1,6 1,58 1,56
Импрегнат-МАГ ТВЭКС
Рисунок 1. Динамическая обменная емкость образцов (мг/г экстрагирующего материала)
По результатам исследований, представленных на рисунке 1, можно сделать вывод о том, что полученный импрегнат МАГ превосходит коммерческий образец ТВЭКС по динамической ёмкости примерно на 5 - 10 %. В дополнении к этому новый реагент является экономически выгоднее ввиду низкой стоимости. Дополнительным преимуществом предлагаемого материала является его повышенная плотность (не всплывает), что позволит упростить аппаратурную схему процесса экстракции.
Заключение
В результате проведенных экспериментов исследован химический состав сернокислых растворов
извлечения скандия из сернокислых растворов переработки диопсида. Для получения импрегната макропористый уголь марки МАГ предварительно измельчали и пропитывали смесью Д2ЭГФК/ТБФ до полого насыщения. Остаток смеси отгоняли, а уголь высушивали при комнатной температуре в течение 72 часов. Полученный импрегнат имел маркировку МАГ.
На первой стадии исследования был установлен химический состав сернокислого раствора процесса вскрытия диопсида (предварительно
отфильтрованного). Содержание основных элементов (металлов) определяли на атомно-эмиссионном спектрометре с магнитной плазмой «СпектроСкай» (г. Королев, Россия). Результаты исследования представлены в таблице 1.
вскрытия диопсида методом атомно-эмиссионного анализа. Представлены данные по динамической ёмкости полученного импрегната на основе макропористого активированного угля (импрегнат-МАГ) и коммерческого ТВЭКС. Доказано, что новый реагент превосходит образец коммерческого ТВЭКС примерно на 5 - 10% и я является более предпочтительным с технологической точки зрения.
Список использованной литературы
1. RareMetal Co. [Электронный ресурс] URL: https ://raremetal.ru/21 -sc-skandij/ (дата обращения 18.05.2021).
2. Коршунов Б.Г., Резник А.М., Семенов С.А. Скандий. М: Металлургия, 1987. 184 с.
3. Пягай И.Н., Кожевников В.Л., Пасечник Л.А., Скачков В.М. Переработка отвального шлама глиноземного производства с извлечением скандиевого концентрата// Записки Горного института. - 2016. -Т.218. - С. 225-232.
4. Немцев А. С., Сибилев А. С., Смирнов А. В., Нечаев А. В., Шестаков С. В. Особенности извлечения скандия из гидролизных стоков титанового производства // Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение, 2018 (9), №1. С. 332-336.
5. Stepanov S.I., P'eiKh.,Boyarintsev A.V., GiganovV.G. ,Chekmarev A.M. , Aung M.M. Use of Machining to Increase the Recovery of Scandium from efractory Silicate Raw Material // Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2018. -Vol . 52. No. 5.P. 973-977.
6. Smirnov, A. L., Titova, S. M., Rychkov, V. N., Bunkov, G. M., Semenishchev, V. S., Kirillov, E. V., ... Svirsky, I. A. Study of scandium and thorium sorption from uranium leach liquors. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 2017. - № 312(2). - P. 277-283.
7. Химия и технология редких и рассеянных элементов, ч.2. Под ред. К.А. Большакова. Учеб. Пособие для вузов. Изд. 2-е, перераб.идоп. - М.: Высшая школа, 1976. - 360 с.
Таблица 1. Химический состав раствора сернокислотного вскрытия диопсида
Элемент Sc, мг/л Содержание металлов, г/л Свободная H2SO4. % F- г/л
Ti Ca Fe Mg Al
Содержание компонента 12.1-14,6 0,65 0,42 17.0 15,9 6,15 20,6 9,3
