CC BY
35
УДК66.087.4:661.185.1
Гайдукова А.М., Ачкасов М.Г., Колесников А.В.
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ДОИЗВЛЕЧЕНИЯ КАРБОНАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
Гайдукова Анастасия Михайловна к.т.н., научный сотрудник кафедры технология неорганических веществ и электрохимических процессов, e-mail:aavdukova.nastva@amail.com
Ачкасов Михаил Геннадьевич магистр факультета естественных наук, инженер 1 категории технопарка «Экохимбизнес-2000+»
Колесников Артем Владимирович к.т.н., с.н.с. технопарка «Экохимбизнес 2000+» Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В результате проведенной работы показана возможность использования электрофлотационного метода для извлечения остаточного содержания карбонатов редкоземельных металлов из водных растворов. Установлено, что введение в раствор 5 мг/л СептаПАВ ХСВ.50 позволяет повысить степень извлечения малорастворимых соединений металлов до 94 - 96 % после 30 мин обработки.
Ключевые слова: электрофлотация, карбонаты редкоземельных металлов, ПАВ
APPLICATION OF ELECTROFLOTATION TECHNOLOGY FOR EXTRACTION OF CARBONATES OF RARE-EARTH METALS FROM WATER SOLUTIONS
Gaydukova A.M., Achkasov M.G., Kolesnikov A.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
As a result of this work, the possibility of using the electroflotation method for extracting the residual content of rare earth carbonates from aqueous solutions has been demonstrated. It has been established that the introduction of 5 mg/l of Septapav XCB.50 into the solution makes it possible to increase the recovery of slightly soluble metal compounds to 94 -96% after 30 minutes of treatment.
Keywords: electroflotation, rare earth metal carbonates, surfactants
Редкоземельные металлы (РЗМ) играют важную роль в современном обществе. РЗМ используют при производстве высокоэнергетических постоянных магнитов, современных конструкционных материалов, оптики и стекла, а также в радиоэлектронике, атомной технике,
машиностроении, химической, нефтехимической и стекольной промышленностях[1, 2].
Добыча и переработка металлических руд сопровождается образованием большого количества отходов, в том числе водных растворов, содержащих редкие металлы в значительных количествах. Поэтому создание и реконструкция существующих технологий получения редкоземельной продукции с наиболее полным выходом ценных компонентов является актуальной задачей.
Существующая технология получения редкоземельной продукции на ОАО «Соликамский магниевый завод» включает хлорную технологию переработки лопарита, которая является более простой с технологической точки зрения и обеспечивает извлечение 93 - 94 % ниобия и 86 - 88 % тантала в технические оксиды, извлечение 95,5 -96 % редкоземельных элементов (РЗЭ) в плав хлоридов [3]. Полученный раствор хлоридов редкоземельных металлов (РЗМ) направляется на осаждение РЗМ в виде карбонатов. Процесс образования карбонатов РЗМ основан на
взаимодействии хлоридов РЗМ с карбонатом натрия при непрерывной подаче газообразного СО2 для исключения образования гидроксидов металлов. Полученные карбонаты фильтруют.
Образовавшийся фильтрат для доизвлечения карбонатов РЗМ направляют на контрольную фильтрацию. Перед получением товарной продукции карбонаты РЗМ трижды промывают подогретой водой через промежуточную фильтрацию для удаления остатков хлоридов №, Са, Sr а также хлоридов РЗМ. С целью повышения эффективности доизвлечения из водных растворов карбонатов РЗМ, а также для сокращения последующих стадий промывки процесс фильтрации можно заменить на электрофлотационный метод.
В работе исследован процесс
электрофлотационного извлечения карбонатов редкоземельных металлов из модельных растворов. Экспериментальные исследования проводили с использованием концентрата РЗМ, полученного на предприятии ОАО «Соликамский магниевый завод» (таблица 1).
Модельные растворы готовили разбавлением концентрата в 1000 раз. Для образования малорастворимых карбонатов металлов в раствор вводили 1 г/л Ка2С03. Для приближения к реальным условиям модельный раствор содержал 1 г/л №С1.
Таблица 1. Состав раствора
Элемент Концентрат ОАО «СМЗ», г/л Модельный раствор мг/л
Се 146,0 137
La 80,2 77
Ш 41,8 34
Рг 15,5 15
Sm 3,0 3
Извлечение карбонатов редкоземельных металлов из водных растворов осуществлялось в непроточном электрофлотаторе с нерастворимыми металл-оксидными анодами. Экспериментальные исследования проводили в интервале рН 5-9. Эффективность электрофлотационного процесса извлечения карбонатов металлов из раствора оценивали по степени извлечения а (%), которую рассчитывали как отношение разницы между исходным и конечным содержанием каждого металла в растворе к исходному содержанию (суммарно в дисперсной и ионной формах):
а = с"сх скон ■ 100%, (1)
Сисх
где Сисх- начальная концентрация ионов металла в растворе, мг/л;
Скон— конечная концентрация ионов металла в растворе, мг/л.
Массовую концентрацию металлов определяли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой TermoScientific XSERIESII. Измерения были проведены на оборудовании Центра коллективного пользования имени Д. И. Менделеева.
Основным критерием, которым руководствуются при выборе рН среды для проведения процесса электрофлотационной очистки, является
минимальная растворимость образующихся частиц дисперсной фазы, что, очевидно, способствует максимально полному извлечению ионов металлов из сточных вод.
На первом этапе работы изучено влияние рН на растворимость образованных соединений исследуемых редкоземельных металлов (таблица 2).
Таблица 2.Зависимость остаточной концентрации ионов металлов в фильтрате от рН среды_
рН Остаточная концент рация, мг/л
La Се Рг Ш Sm
5 75,4 18,5 6 16,7 1,2
7 9,6 1,5 0,8 1,7 0,1
9 4,1 1,5 0,3 0,7 0,03
Условия эксперимента: С(ЫаС1) = 1 г/л; С(Ма2С03) = 1 г/л
Установлено, что с ростом рН среды остаточная концентрация ионов редкоземельных металлов в растворе уменьшается. При значении рН = 9 более 98 % ионов металлов находится в растворе в виде малорастворимых соединений. Дальнейшие исследования проводили при значении рН = 9.
В таблице 3 представлены экспериментальные данные зависимости степени извлечения малорастворимых соединений металлов от продолжительности обработки.
Из представленных данных видно, что степень извлечения малорастворимых соединений металлов не превышает 6 % для La, 10 % для Се, 4 % для Рги Ш, 22 % для Sm.
После электрофлотационный обработки раствор направляли на фильтрацию. Представленные данные свидетельствуют о наличии малорастворимых частиц металлов, однако электрофлотационным методом данные частицы не извлекаются. Поэтому далее были проведены исследования по влиянию добавок (флокулянты, ПАВ) на эффективность электрофлотационного процесса извлечения частиц.
Влияние катионного флокулянта С-494 на степень извлечения малорастворимых соединений металлов представлено в таблице 4.
Следует отметить, что в присутствии флокулянта С-494 степень извлечения малорастворимых соединений возрастает незначительно (а^а) = 40 %, а(Се) = 38 %,а(Рг) = 40 %,а(Ш) = 27 %,а^т) = 41% при т = 5 мин). Установлено, что с увеличением продолжительности обработки а падает, максимальное значение а наблюдается после 5 минут от начала процесса. Можно предположить, что с увеличением продолжительности обработки происходит разрушение пенного слоя.
В таблице 5 представлены экспериментальные данные влияния ПАВ на степень извлечения малорастворимых соединений металлов в процессе электрофлотационной обработки.
Таблица 3. Зависимость степени извлечения малорастворимых соединений металлов от продолжительности обработки
Продолжительность обработки,т мин Степень извлечения, а, %
La Се Рг Ш Sm
5 6 4 3 2 20
10 3 8 1 1 11
20 3 10 2 2 11
30 4 9 4 4 22
30+Ф 97 98 98 98 99
Условия эксперимента: рН=9; С(ЫаС1) = 1 г/л; С(ЫаС-Оз) = 1 г/л; 3,= 0,4 А/л; 30 + Ф - фильтрация после 30 мин электрофлотационной обработки
Таблица 4. Влияние катионного флокулянта С-494 на степень извлечения малорастворимых соединений металлов
Продолжительность Степень извлечения, а, %
обработки,! мин La Ce Pr Nd Sm
5 40 38 40 27 41
10 24 24 25 25 42
20 18 20 20 20 25
30 1 8 3 2 2
30 + Ф 89 94 90 89 92
Условия эксперимента: рН=9; С(ЫаС1) = 1 г/л; С(Ыа2С03) = 1 г/л; С(С-494) = 5 мг/л; Зу 30 + Ф - фильтрация после 30 мин электрофлотационной обработки = 0,4 А/л;
Таблица 5. Влияние ПАВ на степень извлечения малорастворимых соединений металлов
Продолжительность Степень извлечения, а, %
обработки, т мин La Ce Pr Nd Sm
5 90 90 91 89 92
10 93 92 92 92 95
20 93 93 93 93 95
30 94 93 93 94 96
30+Ф 97 95 96 97 98
Условия эксперимента: рН=9; С(ЫаС1) = 1 г/л; С(Ыа2С03) = 1 г/л; С(СептаПАВ ХСВ.50) = 5 мг/л; Зу = 0,4 А/л;. 30 + Ф - фильтрация после 30 мин электрофлотационной обработки
Установлено, что введение в раствор 5 мг/л СептаПАВ ХСВ.50 позволяет повысить степень извлечения малорастворимых соединений металлов до 94 - 96 % при т = 30 мин. Следует также отметить, что с увеличением продолжительности обработки, степень извлечения малорастворимых соединений металлов растет и достигает максимального значения после 30 мин от начала процесса.
Таким образом, проведенные исследования показывают эффективность и перспективность использования электрофлотационного метода для извлечения из водных растворов малорастворимых соединений редкоземельных металлов. При введении в раствор 5 мг/л СептаПАВ ХСВ.50 степень извлечения соединений редкоземельных металлов выше 90 % уже после 5 минут от начала процесса.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках Проектной части Госзадания № 10.3814.2017/ПЧ.
Список литературы
1. Постолатьева А., Твердов А., Жура А. Редкоземельные месторождения - особенности, сложности и перспективы. // «Золото и технологии» - март 2013. - №1(19) - С. 32-36.
2. Колобов Г.А., Елютин А.В. Новые технологии извлечения редких металлов из вторичного сырья [Электронный ресурс] URL:http://www.zgia.zp.ua/gazeta/M 28 12.pdf (дата обращения: 13.02.2017).
3. ЗеликманА.Н. Металлургия редких металлов / А.Н. Зеликман, О.Е. Крейн, Г.В. Самсонов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1978. - 560 с.
