CC BY
7
УДК 669.793, 542.06
Зайцева А.Д., Галактионов С.С., Краснощеков А.Н., Кучумов В.А.
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ДИОПСИДА
Зайцева Александра Дмитриевна - аспирант кафедры промышленной экологии РХТУ им. Д. И. Менделеева Галактионов Сергей Сергеевич - ЗАО «РокКапиталПартнерс» Краснощеков Александр Николаевич - ЗАО «РокКапиталПартнерс» Кучумов Владимир Алексеевич к.х.н., с.н.с. АО «Спецмагнит»
В рамках проделанной работы предложена концептуальная технология переработки диопсида с получением скандиевого концентрата. Представлена совокупность технологических приемов, таких как извлечение, реэкстракция и осаждение соединений скандия из сернокислых растворов. Представленные приемы позволяют не только повысить эффективность извлечения соединений скандия, упростить аппаратную составляющую процесса, а также производить широкий спектр товарной продукции и существенно снизить уровень негативного воздействия на окружающую среду.
Ключевые слова: скандий, диопсид, импрегнаты, осаждение, фториды
INCREASING THE EFFICIENCY OF INTEGRATED TECHNOLOGY FOR PROCESSING DIOPSEED
Zaytseva A.D.1, Galaktionov S.S.2, Krasnoshchekov A.N.2 , Kuchumov V. A.3
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Limited Liability Company «Rock Capital Partners»
3 JSC "Special Magnetic materials"
As part of the work done, a conceptual technology for the processing of diopside with the production of scandium concentrate was proposed. A set of technological methods is presented, such as the extraction, re-extraction and precipitation of scandium compounds from sulfuric acid solutions. Such methods make it possible not only to increase the efficiency of the extraction of scandium compounds, to simplify the hardware component of the process, and also to produce a wide range of marketable products, but also to significantly reduce the level of negative environmental impact.
Keywords: scandium, diopside, impregnates, precipitation, fluorides
Введение
Стремительный рост и развитие промышленности диктуют необходимость в поиске и внедрении новых материалов и технологий. На сегодняшний день технологический прогресс развивается не достаточно быстро, а поддержание темпов его роста в условиях новых геополитических вызовов требует улучшение свойств уже известных материалов.
Сплавы на основе алюминия получили широкое применение, однако относительно низкие прочностные характеристики делают невозможным их использование в жестких условиях. Одной из наиболее перспективных технологий в настоящее время является легирование данных сплавов соединениями скандия с целью значительного улучшения их прочностных характеристик.
В качестве исходного сырья для извлечения соединений скандия могут быть использованы различные отходы промышленного производства такие как красный шлам, гидролизная кислота или золошлаковые отходы тепловых электростанций или котельных, а также широкий спектр технологических растворов, а именно растворов подземного выщелачивания урана или кислые растворы переработки бокситовых руд [1-3].
Традиционные схемы переработки
скандийсодержащих растворов включают в себя следующие процессы: процессы жидкостной
экстракции растворами Ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты и трибутилфосфата (далее Д2ЭГФК/ТБФ) в керосине, стадии реэкстракции осаждения и перечистки. Каждая технологическая операция сопровождается образованием значительных объемов трудно утилизируемых отходов, а получаемый продукт имеет относительно высокую себестоимость. Ключевыми недостатками приведенной выше схемы является необходимость использования жидких пожароопасных реагентов (керосин), а также сложность и многокомпонентность процессов реэкстракции и перечистки.
Экспериментальная часть и ее обсуждение
В рамках проведенных работ авторами предложена концептуальная схема комплексной фторидной технологии переработки диопсида с получением скандиевого концентрата и широкого спектра товарных продуктов (пигменты, удобрения, коагулянты).
В рамках ряда исследований предложены следующие направления для оптимизации процесса переработки сернокислотных скандийсодержащих растворов [4-8]:
1. Использование в качестве исходного сырья минералов группы пироксенов - диопсида.
2. Применение метода атомно-эмиссионной спектроскопии с СВЧ (магнитной) плазмой для идентификации состава сернокислых,
фосфорнокислых и фторкислых скандийсодержащих растворов;
3. Замена процесса жидкостной экстракции на технологию пропитки макропористых активированных углей растворами Д2ЭГФК/ТБФ с получением новых импрегнатов или использование твердых экстрагентов на основе стирол-дивиниловой матрицы ;
4. Применение процесса нейтрализации маточных растворов, прошедших стадию твердофазной экстракции сернокислых магнийсодержащих растворов бруситсодержащими отходами производства огнеупорных материалов (периклаза);
5. Замена процессов щелочной или гидрофторидной экстракции на бинарный реэкстрагент на основе бифторида и сульфата аммония;
6. Применение осадителей на основе соединений магния или кальция для получения чернового скандиевого концентрата.
На основе описанных выше способов оптимизации можно выделить следующие преимущества представленной технологии:
1. Использование в качестве сырья диопсида (до 20 % оксида магния) с высоким содержанием соединений скандия (до 120 г/тонну по металлическому Бе) позволит значительно упростить процесс сернокислотного извлечения соединений скандия и других ценных компонентов. Указанный способ отличается простой аппаратурной схемой и относительно низкими энергозатратами.
2. Отказ от использования легковоспламеняющихся жидкостей позволит существенно повысить уровень промышленной безопасности;
3. Замена жидкостных экстрагентов на твердофазные импрегнаты (промышленный ТВЭКС) и новый вид импрегнатов на основе активированных углей позволит минимизировать потери экстрагентов за счет предупреждения процессов образования эмульсий.
4. Использование бинарной смеси бифторида и сульфата аммония позволит отказаться от использования высокотоксичной и коррозионоопасной фтороводородной кислоты и увеличить степень реэкстракции.
5. Применение в качестве осадителя соединений магния (в том числе хорошорастворимых сульфатов) или оксида кальция позволит получать черновой скандиевый концентрат в форме фторидов, который теоретически может быть очищен/сконцентрирован или напрямую использован в качестве добавки к криолиту в процессе выплавки алюминиевых сплавов.
6. Применение в качестве нейтрализующих реагентов бруситсодержащих техногенных отходов позволит получать широкий спектр крупнотоннажных неорганических продуктов таких как сульфат магния, железорудистое сырье, железосодержащий пигмент, растворы
высокоэффективных бинарных коагулянтов (смесь сульфатов алюминия и железа) позволят снизить себестоимость добычи скандия и минимизировать объемы образующихся отходов.
Заключение
На основе представленных выше способов оптимизации процесса извлечения соединений скандия и приведенных преимуществ можно сделать вывод о том, что предлагаемая концепт схема позволит не только расширить спектр потенциальных источников добычи Sc, но и создать комплексную технологию переработки с получением широкого спектра товарных неорганических продуктов с повышенной стоимостью (коагулянты,
неорганические минеральные удобрения, пигменты и пр.). Данный факт дополнительно повысит экономическую эффективность предлагаемой схемы. Замена процессов жидкостной экстракции на твердофазную сделает процесс безопаснее, а применение технологий реэкстакции бинарной смесью бифторида и сульфата аммония и осаждения соединениями кальция или магния (в том числе водорастворимыми) позволит минимизировать объемы образующихся отходов.
Список литературы
1. Chakhmouradian A. R., Wall F. Rare earth elements: minerals, mines, magnets (and more) // Elements. 2012. Vol. 8, No. 5. P. 333-340.
2. Li G., Ye Q., Deng B., Luo J., Rao M., Peng Z., Jiang T. Extraction of scandium from scandium-rich material derived from bauxite ore residues // Hydrometallurgy. 2018. Vol. 176. P. 62-68.
3. Zhang N., Li H.-X., Liu X.-M. Recovery of scandium from bauxite residue — red mud: a review // Rare Metals. 2016. Vol. 35, Iss. 12. P. 887-900.
4. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Галактионов С. С., Краснощеков А. Н. Нейтрализация сернокислых растворов при комплексной переработке диопсид содержащих отходов обогащения // Обогащение руд. 2019 .N 4.- С. 38-43.
5. Кузин Е. Н., Кручинина Н. Е., Зайцева А. Д., Галактионов С. С., Краснощеков А. Н. Оценка возможности использования твердых экстрагентов на основе Д2ЭГФК/ТБФ в процессах извлечения скандия из сернокислотных растворов переработки диопсида // Вестник Казанского технического университета. 2020, Т.23, №.1, С.64-68.
6. Zaytseva A., Kuzin E., Kruchinina N., Galaktionov S., Krasnoschekov A. Presentation of resource-saving technology for producing scandium compounds from diopside // Conference proceeding METAL 2021 30 th International Conference on Metallurgy and Materials ; proceedings. Ostrava: TANGER Ltd., Ostrava, 2021. P. 1143 -1147
7. Kuzin E., Kruchinina N., Zaytseva A., Galaktionov S., Krasnoshchekov A. Development of an integrated concept-technology of diopside processing // International Multidisciplinary Scientific GeoConference, SGEM 2021. Conference Proceedings, 2021. V. 21, № 4.2 P. 33-41.
8. Патент RU 2781712 от 17.10.2022 Способ получения концентрата скандия Кручинина Н. Е.. Кузин Е. Н., Зайцева А. Д., Краснощеков А. Н., Галактионов С. С. Заявка : 2022113223, 17.05.2022
