CC BY
92
Хохлова О.В.1, Богатырева Е.В.2, Аксенов С.М.3 ©
1 Аспирант, кафедра Цветных металлов и золота;
2
Доцент, д.т.н., кафедра Цветных металлов и золота,
1 2
’ Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» ; 3Научный сотрудник, лаборатория рентгеновских методов анализа и синхротронного излучения, Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЩЕЛОЧНОГО СПОСОБА ВСКРЫТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ
Аннотация
Низкотемпературное вскрытие эвдиалитового концентрата с применением предварительной механоактивации обеспечит высокое извлечение редкоземельных металлов, позволит снизить энергоемкость процесса и увеличить объемы производства стратегически важных редкоземельных металлов тяжелой группы.
Ключевые слова: редкоземельные металлы, эвдиалит, механоактивация, реакционная способность, щелочное выщелачивание.
Keywords: rare-earth metals, eudialyte, mechanical activation, reactivity, alkaline leaching.
События, произошедшие на мировом рынке редкоземельных металлов (РЗМ) в течение последних трех лет, оказывают влияние на реализацию проектов по разработке месторождений РЗМ. Из-за ограничения экспорта РЗМ из Китая начал возникать дефицит на редкоземельную продукцию определенного вида, в особенности на дорогостоящую группу тяжелых РЗМ.
В современной гонке за все более производительными высокотехнологичными устройствами и огромными государственными расходами на высокотехнологичные виды вооружения, у редкоземельных металлов есть шанс стать "нефтью завтрашнего дня". Редкоземельные металлы обладают уникальными свойствами, благодаря чему неуклонно растет их потребление в различных сферах современной промышленности, особенно наукоемких. Их применение позволяет судить об уровне научно-технического развития отрасли и отражается на престиже страны. В связи с этим многие страны активно разрабатывают проекты по организации собственного производства РЗМ.
Источники сырья РЗМ руд в России существенно отличаются от зарубежных по содержанию редких земель. Если за рубежом промышленное значение имеют такие богатые по целевому компоненту руды как монацит, бастнезит, ксенотим и т.д., то российское сырье представлено многообразием типов нетрадиционного, бедного редкоземельного сырья -комплексные редкометальные руды. Сходство химических свойств РЗЭ, обусловленное Близостью их положения в периодической таблице, делает процесс отделения одного металла от другого очень сложным. Поэтому Большинство известных способов не пригодно для извлечения РЗМ.
Так как стоимость редкоземельных металлов возрастает по группам от легкой к тяжелой, необходимо было сравнить ценность минералов, которые более рентабельны для переработки. В статье [1,54] приведена оценка ценности минералов, редкоземельных руд и концентратов.
Как следует из оценки авторов, наиболее перспективным объектом для первоочередного освоения является эвдиалит Ловозерского месторождения, он обогащен дорогостоящими элементами тяжелой группы, а также его коэффициент относительной
© Хохлова О.В., Богатырева Е.В., Аксенов С.М., 2015 г.
ценности во много раз превышает минералы носители РЗМ других месторождений. Кроме этого эвдиалит содержит в промышленных концентрациях высокоценные сопутствующие редкие металлы - цирконий, ниобий и тантал [1,55].
Новым перспективным источником редкоземельного и циркониевого сырья в России может стать эвдиалитовый концентрат. Эвдиалит - цирконосиликат сложного состава содержит двуокись циркония (10-17%), редкоземельные элементы, обогащенные тяжелыми элементами (2,0-2,5% Ln2O3), а также гафний, ниобий и тантал. Комплексный характер эвдиалитового концентрата требует создания комплексной технологической схемы с извлечением максимально возможного количества всех ценных составляющих.
Несмотря на то, что эвдиалит является легкоразлагаемым минералом, извлечение РЗМ в раствор выщелачивания не превышает 65-75%, из-за образования цирконий-кремниземистого геля. Ранее проведенные исследования показали, что при любых вариациях физико-химических и технологических параметров щелочного выщелачивания (включая плазменную обработку и пирометаллургическую переработку эвдиалита при температуре 1500-2000°С), не удается извлечь в раствор более 45-80% кремнезема.
В настоящее время не создано промышленной технологии по переработке эвдиалитовых руд, создано лишь различные варианты технологических схем на стадии лабораторных исследований [2, 3, 4,66].
Существующие способы переработки РЗМ концентратов являются энергоемкими и экологически небезопасными. В связи с этим перспективна разработка способа низкотемпературного вскрытия концентратов РЗМ с применением предварительной механоактивации концентрата.
В настоящее время эффект от МА фиксируется в основном на завершающей стадии -в виде количества и качества продукта. В НИТУ МИСиС разработан подход к оценке реакционной способности минералов после МА еще до их металлургической переработки, с применением РСА и зависимости 1:
АЕъ=АЕа +AEs + DEe, (1)
где:
DES - количество энергии, запасенное материалом при МА, кДж/моль;
DEd - количество энергии, затраченной на изменение межплоскостных расстояний кристаллической решетки, кДж/моль;
DEs - количество энергии, запасенной в виде свежеобразованной поверхности областей когерентного рассеивания, кДж/моль;
DEe - количество энергии, запасенной в виде микродеформации, кДж/моль.
В данной работе была установлена принципиальная возможность низкотемпературного вскрытия эвдиалитового концентрата с применением непродолжительного предварительного механического воздействия на материал (не более 5 минут), что позволит реализовать процесс производства в промышленном масштабе.
Исследования проводились на образцах эвдиалитового концентрата Ловозерского месторождения, со следующим химическим составом, в %, масс.: SiO2-44,92; Na2O-15,31; ZrO2-10,80; AhO3-6,98; CaO-4,92; Fe2O3-4,68; TiO2-2,27; MnO-2,21; £P30-2,01; SrO-1,95; K20-1,45; прочие - 2,50.
Совместно с ГЕОХИ и Институтом кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН были произведены исследования кристаллической структуры исходных зерен эвдиалита. Из исходного эвдиалита Ловозерского ГОКа были отобраны кристаллы разного размера и формы - окраса от оранжевого до светло розового. Затем произведен точечный анализ на микрозонде, который выявил наличие разных фаз эвдиалита в одном концентрате. По данным анализа была получена формула эвдиалита Na15Ca6Fe3Zr3Si26O72(O,OH)4Cl2. А также построена его кристаллическая структура (рисунок 1).
Рис. 2 - Кристаллическая структура эвдиалита
С применением методики оценки энергетического состояния кристаллической решетки (ЭСКР) эвдиалита после кратковременной и целенаправленной механоактивации (не более 5 минут) реакционной способности фазы эвдиалита после механоактивации по данным РСА (рентгеноструктурного анализа) было достигнуто 70%-ное извлечение кремния в раствор при низкотемпературном гидрометаллургическом щелочном вскрытии за 6 часов. Принципиальная схема переработки эвдиалитового концентрата представлена на рисунке 2. Последующая обработка продуктов щелочного выщелачивания растворами азотной кислоты обеспечивает сквозное извлечение РЗМ в раствор на уровне 87%, циркония - 80%.
Рис. 2 - Принципиальная схема переработки эвдиалитового концентрата
Работа будет продолжена в направлении оптимизации режимов щелочного и азотнокислотного выщелачивания.
С применением такого метода интенсификации металлургических процессов, как предварительная механоактивация возможно осуществить вскрытие эвдиалитового концентрата и реализовать его промышленную переработку.
Разработанный в НИТУ «МИСиС» технологический процесс двустадийного выщелачивания механически активированного эвдиалитового концентрата позволит расширить номенклатуру производимой в России продукции РЗМ.
Работа выполнена в рамках договора между Национальным исследовательским технологическим университетом «МИСиС.» и АО «ВНИИХТ» (Москва, Россия) №1/2012 от 20.11.2012 г., реализуемого при финансовой поддержке по постановлению Правительства РФ №218 от 09.04.2010 г.
Литература
1. Тарханов А.В., Курков А.В., Ильин А.К. - Перспективы освоения комплексных редкометалльно-редкоземельных эвдиалитовых руд//Горный журнал, 2012, №4, с.54-56
2. Шведова Т.Ф., Россовская Т.С., Ломтева Г.П. - Влияние особенностей вещественного состава эвдиалитовых руд на оптимальную технологию их переработки//Сб.науч.тр. Гиредмета. - М., 1990
3. Чистов Л.Б., Охрименко В.Е., Юфраков В.А., Бутова М.Н. - Эвдиалитовые руды - новое промышленное сырье циркония и редкоземельных элементов//Тез. докл. Междунар. Симпозиума «Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в 21 веке». - М., 1998
4. Захаров В.И., Калинников В.Т., Соловьев А.В. и др. - Солянокислотная технология комплексной переработки эвдиалита//Тез.докл. 1-й Всероссийской науч.-практич. Конф. - М., 2011. С.66-67
