CC BY
52
УДК 669.793, 542.06
Зайцева А.Д., Мискичекова З. К., Кузин Е.Н., Кручинина Н.Е., Галактионов С.С., Краснощеков АН.
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЭКСТРАГЕНТОВ НА ОСНОВЕ Д2ЭГФК/ТБФ В ПРОЦЕССАХ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ СЕРНОКИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ ВСКРЫТИЯ ДИОПСИДА
Зайцева Александра Дмитриевна - студент 1 курса магистратуры кафедры промышленной экологии, zaiceva.aleksandra@gmail.com;
Мискичекова Зоя Константиновна, студентка 4 курса факультета биотехнологии и промышленной экологии zk.miskichekova@gmail.com
Кузин Евгений Николаевич к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии e.n. kuzin@mail. ru; Кручинина Наталия Евгеньевна - д.т.н., зав. каф. Промышленной экологии krutch@muctr.ru Галактионов Сергей Сергеевич smeta85@yandex.ru Краснощеков Александр Николаевич Krasno shekov81 @mail. ru.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Извлечение скандия - сложный и многостадийный процесс. Известно множество технологических схем получения скандия из минерального сырья. Один из таких источников - экстракция Sc из растворов сернокислотного вскрытия диопсида. Обычно в качестве экстрагентов используют растворы Ди(2-этилгексил) фосфорной кислоты и трибутилфосфата, но ввиду низкого содержания скандия в растворах, применение жидкостной экстракции представляется экономически невыгодным. В рамках выполненной работы была проведена оценка возможности использования твердых экстрагентов на основе смеси Ди (2-этилгексил) фосфорной кислоты и трибутилфосфата в вышеописанном процессе. Предложена технология реэкстракции скандия с использованием раствора бифторида аммония с добавкой сульфата аммония. Ключевые слова: диопсид, скандий, экстракция, твердый экстрагент
EVALUATION OF OPPORTUNITY OF USING SOLID EXTRACTORS BASED ON D2EGFK / TBF IN THE PROCESSES OF EXTRACTION OF SCANDIUM FROM SULFURIC ACID SOLUTIONS OF DIOPSIDE PROCESSING
Zaytseva A. D., Miskichekova Z.K.., Kuzin E.N., Kruchinina N.E., Galaktionov S.S., Krasnoshchekov A.N. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Scandium extraction is a difficult and multi-stage process. There are many technological schemes for producing scandium from mineral raw materials. One of such sources is solutions of sulfuric acid opening of diopside, which are used and can be used to produce magnesium and magnesium-containing fertilizers. Typically, solutions of Di (2-ethylhexyl) phosphoric acid and tributyl phosphate in kerosene are used as extractant, but due to the low content of scandium in solutions, the use of liquid extraction is not economically viable. In the framework of the work performed, the possibility of using solid extractants based on a mixture of Di (2-ethylhexyl) phosphoric acid and tributyl phosphate in the above process was evaluated. A technology for scandium reextraction using a solution of ammonium bifluoride with the addition of ammonium sulfate is proposed. \
Keywords: diopside, scandium, extraction, solid extractants Введение
Вместе с ростом промышленного производства увеличивается спрос на редкие и рассеянные металлы, обладающие специальными свойствами. В качестве примера можно выделить скандий -рассеянный элемент, добавка которого в количестве менее 1 % позволяет значительно повысить эксплуатационные характеристики алюминиевых сплавов.
Извлечение скандия представляет собой сложную задачу. Одной из причин, обуславливающих сложность процесса является низкое содержание металла в добываемой руде. Одним из вариантов снижения стоимости производства является комплексное использование
сырья с получением вторичных крупнотоннажных продуктов, имеющих рыночную стоимость.
Скандий содержится в более чем 200 минералах, но при этом лишь 5 из них можно признать перспективными с точки зрения комплексного использования. Одними из основных источников скандия являются урановые и титановые руды [1], а также бокситы, содержание скандия в которых может достигать 0,012 % по Sc2Oз [2].
Скандий нашел широкое применение различных сферах нашей жизни. Так наибольшая потребность в скандии характерна для следующих отраслей промышленности [3]:
• Ракето- и самолетостроение -производство специальных алюминиевых сплавов.
• Металлургия - применяется при производстве тугоплавких сплавов.
• Микроэлектроника - при производстве элементов памяти для компьютерной техники.
• Медицина - в процессах лечения злокачественных опухолей
На сегодняшний день существует достаточно много вариантов получения скандия. В основе процесса лежит операция экстракционного и сорбционного извлечения металла из кислых растворов [4-6]. Затем в зависимости от процесса извлечения следует реэкстракция или десорбцию скандия и сопутствующих элементов с последующим разделением и перечисткой [7].
В качестве наиболее распространенного способа извлечения скандия из растворов используют жидкостную экстракцию смесью Ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты и трибутилфосфата (далее Д2ЭГФК/ТБФ) в керосине. Основным недостатком данной схемы является необходимость применения легко воспламеняющихся жидкостей и существенные потери экстрагента, что оказывает влияние на стоимость конечного продукта.
Экспериментальная часть
Основной целью данного исследования явилась оценка возможности применения твердых экстрагентов на основе смеси Д2ЭГФК/ТБФ (далее ТВЭКС) (производство АО «Аксион-Редкие и драгоценные металлы») для извлечения скандия из сернокислых растворов вскрытия диопсида.
Исходные рабочие растворы, в которых содержался скандий, получали путем обработки измельченного диопсида раствором серной кислоты при температуре 70-80 °С в течение 6 часов. Полученную пульпу фильтровали для того, чтобы отделить непрореагировавшую руду, кремнезем и гипс. Раствор, содержащий 12-20 мг/л скандия, поступал на экстракцию. Химический состав раствора представлен в таблице 1.
Таблица 1. ^ Химический состав^ полученных растворов
концентрации скандия в растворе в зависимости от объема пропущенного раствора.
Металл Бс, Т1, Са, Бе, Мм, А1,
мг/л г/л г/л г/л г/л г/л
Содержание 12,1 0,6 5 0,4 2 17, 1 15,9 6,15
На первом этапе экспериментов была определена емкость ТВЭК по отношению к ионам скандия. Для растворов с концентрацией скандия 1000 мг/л полная обменная емкость ТВЭКС составила 17,9 г(Бс)/л ТВЭКС.
Для растворов (таблица 1) со сложным солевым фоном (общая минерализация более 30 г/л по сумме А1, Т1, Бе, М§ и др.) и содержанием скандия 12 мг/л полная обменная емкость составила 2,01 г(Бс)/л ТВЭКС.
Наиболее важным параметром процесса является динамическая емкость ТВЭКС по скандию. На рисунке 1 представлены данные по изменению
Рисунок 1. Экстракция скандия ТВЭКС из сернокислотного раствора вскрытия диопсида в динамических условиях
Из данных рисунка 1 видно, что использование твердых экстрагентов на основе смеси Д2ЭГФК/ТБФ позволяет эффективно извлекать соединения скандия из сернокислых растворов вскрытия диопсида. На основании полученных данных была рассчитана динамическая обменная емкость ТВЭКС, которая находилась в диапазоне 1,5-1,6 г(Бс)/л ТВЭКС.
Для последующей реэкстракции скандия из ТВЭКС авторами была предложено использовать смесь на основе 8 %-ного раствора бифторида аммония [8] с добавкой сульфата аммония. На стадии предварительных экспериментов,
проведенных на кафедре промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева, данная смесь хорошо зарекомендовала себя в процессах реэкстракции скандия из различных экстрагентов. Значение рН реэкстрагирующего раствора составило 1,0 - 1,1, что не повлияло структуру и свойства ТВЭКС. Линейная скорость пропускания реэкстрагирующего раствора составляла 2 м/ч. Результаты исследования эффективности реэкстракции скандия с помощью раствора бифторида аммония с добавкой сульфата аммония представлены на рисунке 2.
200 400 600 800 1000 1200 Объем десорбнгруюшего раствора, мл
Рисунок 2. Реэкстракция скандия раствором бифторида
аммония с добавкой сульфата аммония
По полученным данным, представленным на рисунке 2 можно сделать вывод о том, что использование раствора бифторида аммония (с
добавкой сульфата аммония) позволяет реэкстрагировать соединения скандия из ТВЭКС с эффективностью до 90 %.
Заключение
В результате проведенного эксперимента получены данные по статической и динамической обменной емкости (соответственно 2,01 r(Sc)/n и 1,6 r(Sc)/n) твердых экстрагентов на основе смеси Д2ЭГФК/ТБФ. Установлено, что в качестве реэкстрагирующего агента может быть использован 8 %-ный водный раствор бифторида аммония с добавкой сульфата аммония, при этом степень десорбции достигает 80 - 90 % при линейной скорости реэкстракции 2 м/ч.
Список литературы
1. Коршунов Б.Г., Резник А.М., Семенов С.А. Скандий. М: Металлургия, 1987. 184 с.
2. 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.
3. RareMetal Co. [Электронный ресурс] URL: https://raremetal.ru/21 -sc-skandij/ (дата обращения 21.04.2020).
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.и доп. - М.: Высшая школа, 1976. - 360 с.
8. Семенов С,А., Резник A,M,, Юрченко Л,Д, Экстракционное извлечение скандия при комплексной переработке различных видов сырья // Цветные металлы. - 1983. - №12. - С. 43-47.
