RU2692709C2 - Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства - Google Patents

Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства Download PDF

Info

Publication number
RU2692709C2
RU2692709C2 RU2017136945A RU2017136945A RU2692709C2 RU 2692709 C2 RU2692709 C2 RU 2692709C2 RU 2017136945 A RU2017136945 A RU 2017136945A RU 2017136945 A RU2017136945 A RU 2017136945A RU 2692709 C2 RU2692709 C2 RU 2692709C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scandium
pulp
red mud
solution
sorption
Prior art date
Application number
RU2017136945A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017136945A (ru
RU2017136945A3 (ru
Inventor
Александр Борисович Козырев
Ольга Викторовна Петракова
Александр Геннадиевич Сусс
Сергей Николаевич Горбачев
Андрей Владимирович Панов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Publication of RU2017136945A publication Critical patent/RU2017136945A/ru
Publication of RU2017136945A3 publication Critical patent/RU2017136945A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2692709C2 publication Critical patent/RU2692709C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B59/00Obtaining rare earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B1/00Preliminary treatment of ores or scrap
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/04Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching
    • C22B3/12Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic alkaline solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B3/00Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
    • C22B3/20Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
    • C22B3/42Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by ion-exchange extraction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006Wet processes
    • C22B7/007Wet processes by acid leaching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006Wet processes
    • C22B7/008Wet processes by an alkaline or ammoniacal leaching
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу извлечения скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства. Извлечение скандия включает стадии распульповки красного шлама, сорбционного ступенчатого выщелачивания скандия из пульпы с использованием ионообменного сорбента с получением насыщенного по скандию ионита и обедненной по скандию пульпы, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который повторно направляют на сорбционное выщелачивание скандия, и раствора товарного регенерата скандия, который направляют на получение скандиевого концентрата. Распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа2Oобщ 40-80 г/дм3, при этом содержание Nа2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа2Oобщ. Сорбционное выщелачивание скандия из пульпы красного шлама проводят ступенчато на фосфорсодержащем ионите непрерывно в противоточном режиме при непосредственном контакте «пульпа-ионит» при температуре 40-90°С. Причем выщелачивание скандия на каждой стадии проводят при массовом соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж=1:2,5-5,0. Десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 200-450 г/дм3 с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат. Способ позволяет повысить степень извлечения скандия из красного шлама с повышением качества товарного регенерата скандия при сокращении затрат на осуществление способа. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 7 табл., 2 пр.

Description

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, а именно, к технологии извлечения и концентрирования скандия, и может быть использовано при производстве скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства.
Скандий является типичным рассеянным элементом, промышленно значимых собственных месторождений не образует, поэтому его производство основано на попутном извлечении скандия при переработке титансодержащих, урансодержащих и других видов сырьевых источников. На сегодняшний день наблюдается повышенный интерес к скандию как к компоненту алюминиевых сплавов, циркониевой керамики и материалов для производства лазеров. Алюминиевые сплавы со скандием обладают уникальным сочетанием технологических свойств: высокой прочностью, сверхпластичностью, прекрасной свариваемостью, высокой коррозионной устойчивостью. Циркониевая керамика, стабилизированная оксидом скандия, имеет наибольшую ионную проводимость по сравнению с аналогами, что позволяет снизить рабочую температуру электрохимического устройства с 1000 до 700°C при сохранении высокой проводимости разделительной мембраны, это способствует увеличению ресурса эксплуатации и надежности электрохимических реакторов.
Известен способ извлечения скандия из красных шламов, заключающийся во многократном последовательном выщелачивании красного шлама карбонатным раствором, содержащим смесь 85-100 г/дм3 NaHCO3 и 20,0-45,0 г/дм3 Na2CO3 или 125 г/дм3 NaHCO3, при пропускании через пульпу газовоздушной смеси, содержащей СО2, при давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах: на первой стадии - при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии - при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH 12,5 для осаждения скандиевого концентрата. Степень извлечения скандия из красного шлама при карбонизационном выщелачивании для данного метода составила 20% с получением продукционного раствора с концентрацией 26 мг/дм3 по оксиду скандия после 5 стадий рециклинга, содержание оксида скандия в целевом продукте составило 6,5 масс. % (RU 2562183, опубл. 10.09.2015).
Недостатком известного способа являются существенные затраты на осуществление процесса из-за необходимости проведения многократной рециркуляции раствора на выщелачивание новых порций красного шлама для концентрирования скандия с получением продукта низкого качества, что приводит к дополнительным затратам на стадии перечистки скандиевого концентрата до оксида скандия.
Известен также способ получения скандиевого концентрата из красных шламов, который включает в себя первоначальную виброкавитационную обработку шламовой пульпы, последовательное карбонизационное выщелачивание красного шлама карбонатными растворами при температуре 55-65°C и при одновременной газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2, фильтрацию карбонизированной шламовой пульпы с получением скандийсодержащего раствора, концентрирование скандия из полученного раствора сорбцией на фосфорнокислых ионитах при температуре 70-80°C с попутным отделением от примесных компонентов, десорбцию скандия из органической фазы ионитов смешанными карбонатно-хлоридными растворами при концентрации компонентов 130-150 г/дм3 Na2CO3 и 40-60 г/дм3 NaCl в пульсационном режиме с получением скандийсодержащего элюата, из которого осуществляют стадийное осаждение малорастворимых соединений скандия. Выщелачивание скандия из красного шлама проводят раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO3) концентрацией 100-150 г/дм3 при температуре 55-65°C и продолжительности 4-6 часов с предварительной виброкавитационной обработкой шламовой пульпы при значениях окружной скорости при перемешивании 20-40 м/с и продолжительности 45-60 мин. Карбонатный раствор после сорбционного извлечения скандия может быть возвращен в начало процесса для осуществления последующего цикла карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама. Полученный после десорбции скандийсодержащий элюат может быть возвращен на стадию десорбции необходимое количество раз до получения равновесной концентрации скандия в элюате. Осаждение примесных компонентов из скандийсодержащего элюата, включая титан и цирконий, проводят при температуре 80-90°C, значениях pH 9,0-10,0 и продолжительности 2-3 часа, осаждение малорастворимых соединений скандия из очищенного элюата проводят при значениях pH 11,5-12,5, температуре 100-110°C и продолжительности 2-3 часа (RU 2536714, опубл. 27.12.2014). Данный способ обеспечивает получение более концентрированного (~140 мг/дм3 по Sc2O3) продукционного раствора, что способствует сокращению материальных потоков на стадии осаждения примесных компонентов и скандия с повышением содержания оксида скандия в конечном продукте до 24,5-27,8%. Однако, степень извлечения скандия для заявленного способа остается достаточно низкой (18-24%) при значительных затратах на организацию процесса сорбции скандия из раствора за счет необходимости использования больших объемов дорогостоящих фосфорсодержащих ионитов.
Наиболее близким к заявленному способу по совокупности признаков и назначению является способ извлечения скандия из красного шлама, включающий распульповку красного шлама в растворе серной кислоты до pH=1,3-1,7 с получением пульпы с соотношением Т:Ж=1:2-4, сорбционное выщелачивание скандия непосредственно из пульпы красного шлама фосфорсодержащим сорбентом АФИ-21 или АФИ-22 в течение 1-6 часов при температуре 20°C с соотношением сорбент: пульпа красного шлама 1:20-50, с получением насыщенного по скандию сорбента с содержанием Sc2O3 0,2-0,23 мг/г и обедненной по скандию пульпы, где насыщенный по скандию сорбент подвергается десорбции раствором Na2CO3 с концентрацией 150 г/дм3 с получением десорбированного сорбента, который направляется повторно на сорбционное извлечение скандия и раствора десорбции скандия с содержанием Sc2O3 68-72 мг/дм3, который направляют на получение оксида скандия с использованием осадительных и экстракционных методов аффинажа. За счет применения процесса сорбции скандия на ионите непосредственно из пульпы степень извлечения скандия из красного шлама повышается на несколько процентов и составляет 28,6%. [Смирнов Д.И., Молчанова Т.В., Водолазов Л.И., Пеганов В.А. Сорбционное извлечение редкоземельных элементов, иттрия и алюминия из красных шламов // Цветные металлы, 8, 2002, с. 64-69].
Существенным недостатком известного способа является достаточно низкая степень извлечения скандия, а также высокие материальные затраты на организацию способа из-за применения на стадии выщелачивания и сорбции кислотосодержащих растворов, что влечет за собой необходимость проведения стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама и, как следствие, к появлению техногенных отходов, тщательной отмывки ионообменной смолы после сорбции и после десорбции, осуществление технологического процесса с применением дорогостоящего кислотостойкого оборудования.
В основу предложенного изобретения положена задача разработать новый способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, характеризующегося повышением производительности процесса за счет повышения степени извлечения скандия при непрерывном сорбционном выщелачивании скандия из пульпы красного шлама при повышенной температуре в противоточном режиме посредством сдвига равновесия реакции в сторону образования растворимых комплексных соединений скандия с карбонат-ионами и перевода его в раствор вследствие непрерывного снижения концентрации скандия в растворе в результате сорбции его на фосфорсодержащем ионите.
Техническим результатом изобретения является решение поставленной задачи, повышение степени извлечения скандия из красного шлама с повышением качества товарного регенерата скандия при сокращении затрат на осуществление способа. При этом не используются кислотосодержащие реагенты, что позволяет упростить технологическую схему и сократить расходы на проведение процесса за счет отсутствия стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама, отмывки от кислоты ионита, утилизации кислотосодержащих стоков.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, согласно изобретению, включающем стадии распульповки красного шлама, сорбционного ступенчатого выщелачивания скандия из пульпы красного шлама с использованием ионообменного сорбента с получением насыщенного по скандию ионита и обедненной по скандию пульпы, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который повторно направляют на сорбционное выщелачивание скандия, и раствора товарного регенерата скандия, который направляют на получение скандиевого концентрата, распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 40-80 г/дм3, при этом содержание Na2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа2Oобщ, сорбционное выщелачивание скандия из пульпы красного шлама проводят ступенчато на фосфорсодержащем ионите непрерывно в противоточном режиме при непосредственном контакте «пульпа-ионит» при температуре 40-90°С, причем сорбционное выщелачивание скандия на каждой ступени проводят при массовом 5
соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж=1:2,5-5,0, при этом десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 200-450 г/дм3 с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат.
Целесообразно оптимизировать предложенный способ посредством следующего:
Распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа2Oобщ 55-75 г/дм3, при этом содержание Nа2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа2Oобщ.
Сорбционное выщелачивание скандия проводят при температуре 60-80°С, сорбцию скандия на каждой ступени проводят в течение 1-8 часов, при массовом соотношении пульпа : ионит = 20-120:1. Десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 250-400 г/дм3. Обедненная по скандию пульпа красного шлама после стадии сорбционного выщелачивания скандия направляется на фильтрацию, а полученный раствор смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей СО2, при температуре 15-50°С до восстановления соотношения Nа2Oбикарб от Nа2Oобщ 50-100% и вновь направляют на стадию сорбционного выщелачивания новой порции красного шлама. В процессе сорбционного выщелачивания скандия из пульпы на фосфорсодержащем ионите осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей СО2.
Благодаря проведению процесса извлечения скандия из красного шлама с использованием метода сорбционного выщелачивания на фосфорсодеращий ионит при непрерывном контакте ионита с пульпой красного шлама в противоточном режиме и повышенной температуре, при которой происходит разложение бикарбоната натрия с образованием ультрадиспергированного углекислого газа, происходит повышение степени извлечения скандия из красного шлама за счет сдвига равновесия реакции в сторону образования растворимых комплексных соединений скандия с карбонат-ионами и перевода его в раствор вследствие непрерывного снижения концентрации скандия в растворе в результате сорбции его на фосфорсодержащем ионите, обладающем повышенной емкостью по скандию при оптимальных условиях проведения процесса.
Выполнение десорбции скандия с насыщенного фосфорсодержащего ионита карбонатным раствором при оптимальных параметрах десорбции обеспечивает получение товарного регенерата скандия с повышенным содержанием оксида скандия и дальнейшего выделения из него скандиевого концентрата с высоким содержанием скандия.
Применение процесса сорбционного выщелачивания скандия способствует снижению объема загрузки ионита в сравнении с процессом сорбции скандия из растворов в зажатом слое ионита, что снижает расходы на проведение процесса. Проведение процесса связано с применением содосодержащих реагентов и не предусматривает использование кислотосодержащих реагентов, что позволяет упростить технологическую схему и сократить расходы на проведение процесса за счет отсутствия стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама, отмывки от кислоты ионита, утилизации кислотосодержащих стоков.
Ведение процесса сорбционного выщелачивания скандия из красного шлама в непрерывном противоточном режиме раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 40-80 г/дм3 при этом содержание Na2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Na2Oобщ, при температуре 40-90°C, Ж:Т=1:2,5-5 и массовом соотношении пульпа : ионит = 20-130:1 позволяет достичь максимальной степени извлечения скандия из красного шлама с концентрированием его на фосфорсодержащем ионите при оптимальном расходе реагентов.
Ведение процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 от 200 до 450 г/дм3 позволяет достичь максимальной степени регенерации ионита с максимальным содержанием скандия в товарном регенерате, который направляют на выделение скандиевого концентрата.
Проведение газации раствора смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия после сорбционного выщелачивания скандия (маточный раствор сорбции) газовоздушной смесью, содержащей СО2, при температуре 15-50°C позволяет восстановить соотношение Na2Oбикарб от Na2Oобщ до 50-100% при минимальном расходе СО2 и использовать маточный раствор сорбции для распульповки новой порции красного шлама, тем самым минимизировав расход карбоната и бикарбоната натрия на процесс, а также предотвратив потери скандия с маточным раствором сорбции.
Оптимальные параметры процесса сорбционного выщелачивания были установлены в результате выполнения многочисленных экспериментов путем варьирования значений концентрации карбоната и бикарбоната натрия в растворе, времени контакта пульпы со смолой, температуры пульпы, соотношения Т:Ж и массового соотношения пульпа : ионит. После проведения процесса сорбции в исследуемом интервале времени пульпа отделялась от ионита на сите, ионит отмывался дистиллированной водой и отбирался на анализ. Пульпа после сорбции фильтровалась, отбиралась проба фильтрата. Осадок отмывался от маточного раствора сорбции водой и также отбирался на анализ.
В таблице 1 приведены результаты экспериментов по исследованию влияния концентрации Na2Oобщ в карбонатно-бикарбонатном растворе выщелачивания и содержания в нем Na2Oбикарб на степень извлечения скандия из красного шлама при температуре 60°C, Т:Ж=1:4, массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1 и времени контакта 2 часа на первой ступени сорбционного выщелачивания.
Figure 00000001
Из анализа данных таблицы 1 видно, что с ростом концентрации Na2Oобщ в карбонатно-бикарбонатном растворе выщелачивания красного шлама в присутствии ионита происходит и увеличении содержания в нем бикарбоната натрия степень извлечения скандия растет и при 65 г/дм3 Na2Oобщ (100% Na2Oбикарб) достигает 47,8%. При уменьшении концентрации Na2Oобщ ниже 55 г/дм3 происходит снижение степени извлечения скандия за счет сокращения количества выщелачивающего агента в зоне реакции, причем, чем больше содержание Na2Oбикарб относительно Na2Oобщ в растворе смеси карбоната и бикарбоната натрия, тем эффективнее процесс выщелачивания за счет того, что при термическом разложении бикарбоната натрия образуется ультрадиспергированный углекислый газ, который интенсифицирует процесс перехода скандия в раствор с образованием карбонатных комплексов, которые выводятся из зоны реакции за счет сорбции скандия на фосфорсодержащем ионите, тем самым смещая равновесие в сторону образования новых комплексов скандия. Повышенное содержание карбоната натрия в растворе выщелачивания (более 50% от Na2Oобщ) приводит к частичной десорбции сорбированного на ионит скандия и, следовательно, к снижению степени извлечения скандия на ионит. При повышении концентрации Na2Oобщ выше 75 г/дм3 происходит снижение степени извлечения скандия из красного шлама за счет частичного подавления процесса сорбции из-за высокого солевого фона в растворе. Кроме того, при концентрации Na2Oобщ выше оптимальной и повышении содержания карбоната натрия увеличивается риск пересыщения раствора выщелачивания и выпадения в твердую фазу кристаллов бикарбоната натрия.
В таблице 2 приведены результаты экспериментов по изучению влияния температуры на емкость фосфорсодержащего ионита по скандию при сорбции скандия из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите при концентрации Na2Oобщ 65 г/дм3 в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na2Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, Т:Ж = 1:4, массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1.
Figure 00000002
Как видно из таблицы 2 при повышении температуры, емкость фосфорсодержащего ионита по скандию растет, что связано с улучшением кинетических характеристик процесса сорбции и выщелачивания. Максимальная температура ведения процесса сорбционного выщелачивания 90°C обусловлена температурой термической стабильности фосфорсодержащего ионита, при повышении температуры выше 90°C происходит разрушение ионита (отщепление функциональных фосфорсодержащих групп). Таким образом, максимальная емкость ионита по скандию 0,33% достигается при 90°C.
Таблица 3 содержит результаты экспериментов по изучению влияния Т:Ж на емкость фосфорсодержащего ионита по скандию при сорбционном выщелачивании из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите при концентрации Na2Oобщ 65 г/дм3 в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na2Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, температуре 80°C, массовом соотношении пульпа : ионит = 90: 1.
Figure 00000003
Из анализа данных таблицы 3 видно, что емкость ионита по скандию при снижении Т:Ж в пульпе выщелачивания растет, в тоже время при низком соотношении Т:Ж возникают трудности в отделении пульпы от ионита из-за вязкости пульпы, при увеличении Т:Ж емкость ионита снижается вследствие снижения концентрации скандия в выщелачивающем растворе.
В таблице 4 приведены результаты экспериментов по изучению влияния массового соотношения пульпа : ионит на степень извлечения скандия из пульпы красного шлама при сорбционном выщелачивании при концентрации Na2Oобщ 65 г/дм3 в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na2Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, Т:Ж=1:4, температуре 80°C.
Figure 00000004
Как видно из таблицы 4, максимальная степень извлечения скандия 47,9-50,1% наблюдается в интервале соотношения пульпа : ионит = 10-80:1. При снижении дозировки ионита ниже оптимального значения (пульпа : ионит ≥ 100:1) происходит снижение степени извлечения скандия, так как уменьшается количество ионита на стадии выщелачивания, что приводит к более быстрому достижению в фазе ионита равновесной концентрации скандия и прекращения снижения концентрации скандия в жидкой фазе пульпы, вследствие чего прекращается процесс перехода скандия из красного шлама в раствор., При увеличении дозировки ионита выше оптимального значения (пульпа : сорбент: 10-60:1) за счет большого количества ионита в пульпе происходит снижение емкости ионита по основному веществу, скандию.
В таблице 5 приведены результаты экспериментов по изучению влияния времени контакта пульпы с ионитом на степень извлечения скандия из красного шлама при концентрации Na2Oобщ 65 г/дм3 в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na2Oбикарб 80%), массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1, Т:Ж=1:4, температуре 80°C на первой ступени процесса сорбционного выщелачивания.
Figure 00000005
Как видно из таблицы 2, при увеличении времени контакта пульпы красного шлама с ионитом степень извлечения скандия растет до 48,1%. При увеличении времени контакта выше оптимального значения происходит снижение производительности процесса, при снижении времени контакта ниже оптимального значения происходит снижение степени извлечения скандия из-за недостижения равновесия по скандию в системе пульпа-ионит за короткий промежуток времени.
Оптимальные параметры процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита были определены по результатам экспериментов, заключавшихся в варьировании концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе.
Для десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита использовали раствор карбоната натрия, т.к. он эффективно десорбирует скандий с поверхности ионита с получением концентрированных по скандию товарных регенератов и не приводит к образованию отходов из-за возможности возврата раствора после извлечения из него примесей и скандия в технологический процесс, что позволяет работать в замкнутом цикле. В экспериментах использовали насыщенный по скандию фосфорсодержащий ионит следующего состава, масс. %: 0,46 Sc2O3, 0,056 ZrO2, 0,53 TiO2, 3,0 Fe2O3, 0,1 Al2O3.
В таблице 6 приведены результаты экспериментов по изучению влияния концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе на десорбцию скандия и примесных компонентов с фосфорсодержащего ионита. Десорбцию проводили при температуре 50°C в зажатом слое ионита при линейной скорости подачи раствора на десорбцию 0,3 м/час.
Figure 00000006
Как видно из таблицы 6, при повышении концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе степень десорбции скандия со смолы растет и достигает 96% при 450 г/дм3 Na2CO3 при концентрации оксида скандия в десорбирующем растворе 275 мг/дм3. Верхняя граница концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе обусловлена растворимостью карбоната натрия при данной температуре, снижение концентрации карбоната натрия ниже 200 г/дм3 нецелесообразно в ввиду низкой степени десорбции скандия с ионита и получения бедного по скандию товарного регенерата, что приводит к снижению качества скандиевого концентрата и повышению расхода реагентов на переработку таких растворов с выделением скандиевого концентрата.
В результате проведенных исследований по сорбционному выщелачиванию скандия из красного шлама определены оптимальные режимы основных операций процесса, а именно:
а) Приготовление пульпы красного шлама на сорбцию:
- исходный красный шлам фильтруется и распульповывается раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 40-80 г/дм3 при этом содержание Na2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Na2Oобщ;
- соотношение Т:Ж составляет 1:2,5-5, предпочтительно 1:4;
- пульпа перед подачей на сорбцию нагревается до температуры 40-90°C, предпочтительно до 60-90°C;
б) Сорбция скандия из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите:
- непрерывный противоточный режим;
- сорбция проводится на фосфорсодержащем ионите;
- время контактирования ионит-пульпа на каждой ступени 1-8 часов, предпочтительно 2-3 часа;
- массовое соотношение пульпа : ионит составляет 20-120:1, предпочтительно 60-100:1;
- температура процесса 40-90°C, предпочтительно 60-90°C;
в) Десорбция скандия с фосфорсодержащего ионита с получением товарного регенерата для выделения скандиевого концентрата:
- десорбция проводится раствором Na2CO3 с концентрацией 200-450 г/дм3 по Na2CO3;
г) Газация раствора смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия, полученного после фильтрации пульпы выщелоченного красного шлама, для восстановления соотношения Na2Oбикарб от Na2Oобщ 50-100% и возврата на выщелачивание:
- газация газо-воздушной смесью, содержащей СО2;
- температура процесса 15-60°C, преимущественно 20-30°C
Принципиальная технологическая схема извлечения скандия из красного шлама представлена на фиг. 1 и состоит из следующих операций:
- фильтрация пульпы исходного красного шлама с получением кека красного шлама:
- распульповка красного шлама раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 40-80 г/дм3 с получением пульпы красного шлама, подготовленной к выщелачиванию;
- сорбционное выщелачивание скандия из красного шлама на фосфорсодержащий ионит
- разделение ионита и пульпы выщелоченного красного шлама, обедненной по скандию;
- десорбция скандия с фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с получением товарного регенерата скандия, который направляют на выделение скандиевого концентрата, и регенерированного ионита, направляемого на сорбцию скандия из новой порции пульпы красного шлама;
- фильтрация обедненной по скандию пульпы с получением кека выщелоченного красного шлама и маточного раствора сорбции;
- газация маточного раствора сорбции углекислым газом для восстановления соотношения Na2Oкарб : Na2Oбикарб и направления его на распульповку и сорбционное выщелачивание новой порции красного шлама
Осуществление заявляемого способа и его преимущества перед прототипом подтверждаются следующими примерами.
Пример 1
В реакторе объемом 1 дм3 распульповывали 300 г влажного красного шлама (влажность 32%), полученного при фильтрации пульпы исходного красного шлама АО «СУАЛ» филиала «УАЗ-СУАЛ», раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 65 г/дм3 (концентрация Na2Oбикарб 108,4 г/дм3, Na2Oкарб 42,8 г/дм3) до Т:Ж=1:4. Затем в пульпу при перемешивании вводили набухший фосфорсодержащий ионит Lewatit ТР-260 Monoplus в Na+-форме в количестве 10 см3, далее пульпу нагревали до температуры 80°C.
Химический состав твердой фазы исходного красного шлама масс. %: 41,0 Fe2O3общ; 13,0 Al2O3; 7,5 СаО; 13,0 SiO2; 4,50 TiO2; 5,5 Na2O; 0,0140 Sc2O3; 0,14 ZrO2.
Пульпу красного шлама с ионитом выдерживали в реакторе при перемешивании в течение 120 минут, затем ионит отделяли от пульпы на сите, промывали и анализировали. Пульпу фильтровали через 2 слоя бумаги «синяя лента», осадок промывали на фильтре холодной дистиллированной водой.
Химический состав промытого насыщенного по скандию фосфорсодержащего ионита приведен в таблице 7.
Figure 00000007
Степень извлечения скандия на стадии сорбционного выщелачивания составила 44%.
Маточный раствор сорбции, полученный после фильтрации выщелоченной пульпы красного шлама, использовали для приготовления раствора для выщелачивания новой порции красного шлама.
Пример 2
Промытый ионит Lewatit ТР-260 в количестве 50 см3, состав которого приведен в Таблице 8, направляли на десорбцию. Для этого ионит загружали в ионообменную колонну, в которую подавали десорбирующий раствор с концентрацией Na2CO3 350 г/дм3 снизу вверх, при этом поддерживали температуру в колонне десорбции 50°C.
По завершению процесса десорбции ионит выгружался из колонны, отмывался от остатков десорбирующего раствора, после чего он подавался на вторую ступень процесса сорбционного выщелачивания скандия из пульпы красного шлама.
Товарный регенерат, содержавший 220 мг/дм3 оксида скандия, направляли на дальнейшую переработку с выделением скандиевого концентрата.
Таким образом, за счет использования предложенного способа извлечения скандия из красного шлама достигается повышение степени извлечения скандия до 47% за счет использования процесса сорбционного выщелачивания скандия в непрерывном противоточном режиме при повышенной температуре и повышение качества скандиевого концентрата благодаря оптимально подобранным условиям процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита с получением богатого по скандию товарного регенерата, причем в отсутствие дополнительных технически сложных операций.

Claims (8)

1. Способ извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, включающий стадии распульповки красного шлама, сорбционного ступенчатого выщелачивания скандия из пульпы красного шлама с использованием ионообменного сорбента с получением насыщенного по скандию ионита и обедненной по скандию пульпы, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который повторно направляют на сорбционное выщелачивание скандия, и раствора товарного регенерата скандия, который направляют на получение скандиевого концентрата,
отличающийся тем, что распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа2Oобщ 40-80 г/дм3, при этом содержание Nа2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа2Oобщ, сорбционное выщелачивание скандия из пульпы красного шлама проводят ступенчато на фосфорсодержащем ионите непрерывно в противоточном режиме при непосредственном контакте «пульпа-ионит» при температуре 40-90°С, причем сорбционное выщелачивание скандия на каждой стадии проводят при массовом соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж=1:2,5-5,0, при этом десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 200-450 г/дм3 с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа2Oобщ 55-75 г/дм3, при этом содержание Nа2Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа2Oобщ.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционное выщелачивание скандия проводят при температуре 60-80°С.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционное выщелачивание скандия на каждой ступени проводят в течение 1-8 часов, при массовом соотношении пульпа : ионит = 20-120:1.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na2CO3 250-400 г/дм3.
6. Способ по п. 1 отличающийся тем, что обедненную по скандию пульпу красного шлама после стадии сорбционного выщелачивания скандия направляют на фильтрацию, а полученный раствор смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей СО2, при температуре 15-50°С до восстановления соотношения Nа2Oбикарб от Nа2Oобщ 50-100% и вновь направляют на стадию сорбционного выщелачивания новой порции красного шлама.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе сорбционного выщелачивания скандия из пульпы на фосфорсодержащем ионите осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей СО2.
RU2017136945A 2017-06-21 2017-06-21 Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства RU2692709C2 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000438 WO2018236240A1 (ru) 2017-06-21 2017-06-21 Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017136945A RU2017136945A (ru) 2019-04-19
RU2017136945A3 RU2017136945A3 (ru) 2019-04-19
RU2692709C2 true RU2692709C2 (ru) 2019-06-26

Family

ID=64737811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017136945A RU2692709C2 (ru) 2017-06-21 2017-06-21 Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11293077B2 (ru)
EP (1) EP3666912A4 (ru)
CN (1) CN109642269B (ru)
AU (1) AU2017420270A1 (ru)
BR (1) BR112018000598B1 (ru)
CA (1) CA2989832C (ru)
RU (1) RU2692709C2 (ru)
WO (1) WO2018236240A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729282C1 (ru) * 2020-03-10 2020-08-05 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112553480A (zh) * 2020-10-10 2021-03-26 吕梁学院 一种赤泥中锆的回收方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0775753A1 (en) * 1995-11-22 1997-05-28 PACIFIC METALS Co., Ltd. Process for recovering scandium from nickel-containing oxide ore
WO2012126092A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 Orbite Aluminae Inc. Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials
RU2536714C1 (ru) * 2013-08-06 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объдиненная Копания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ получения скандиевого концентрата из красных шламов
US9677155B2 (en) * 2013-04-22 2017-06-13 Vale S.A. Method for recovering scandium from intermediate products formed in the hydrometallurgical processing of laterite ores

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988487A (en) * 1989-10-24 1991-01-29 Gte Laboratories Incorporated Process for recovering metal values such as scandium, iron and manganese from an industrial waste sludge
RU2176680C1 (ru) * 2000-05-25 2001-12-10 ЗАО "Экология и комплексная технология редких элементов и металлургических производств" - ЗАО "ЭКОТРЭМП" Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья
RU2196184C2 (ru) * 2001-02-13 2003-01-10 ООО Научно-производственная экологическая фирма "ЭКО-технология" Способ переработки скандийсодержащих растворов
RU2201988C2 (ru) * 2001-02-26 2003-04-10 Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН Способ извлечения скандия при переработке бокситов на глинозем
RU2247788C1 (ru) * 2003-06-24 2005-03-10 Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук Способ получения оксида скандия из красного шлама
RU2484162C2 (ru) * 2010-12-29 2013-06-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ извлечения редкоземельных элементов из технологических и продуктивных растворов и пульп
CN102899485B (zh) * 2012-10-31 2016-08-17 吉林吉恩镍业股份有限公司 树脂矿浆法从含钪物料中提取钪的方法
CA2894593C (en) * 2012-12-11 2021-10-26 Clean Teq Pty Ltd Recovery of scandium using an ion exchange resin
CN104975192A (zh) * 2014-04-09 2015-10-14 包钢集团矿山研究院(有限责任公司) 从含钪物料中提取钪的方法
RU2562183C1 (ru) 2014-05-29 2015-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Кoмпания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ получения скандиевого концентрата из красного шлама
RU2582425C1 (ru) * 2014-12-10 2016-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ извлечения скандия из скандийсодержащего материала
CN204550084U (zh) * 2015-01-23 2015-08-12 孙勇峰 用于拜耳法赤泥中有用组分的分离装置
RU2603418C1 (ru) * 2015-07-24 2016-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красных шламов
RU2618012C2 (ru) * 2015-10-15 2017-05-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ получения оксида скандия из концентрата скандия
RU2613246C1 (ru) * 2016-06-09 2017-03-15 Акционерное общество "Научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт горного дела и металлургии цветных металлов" (АО "Гипроцветмет") Способ извлечения скандия из продуктивных растворов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0775753A1 (en) * 1995-11-22 1997-05-28 PACIFIC METALS Co., Ltd. Process for recovering scandium from nickel-containing oxide ore
WO2012126092A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 Orbite Aluminae Inc. Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials
US9677155B2 (en) * 2013-04-22 2017-06-13 Vale S.A. Method for recovering scandium from intermediate products formed in the hydrometallurgical processing of laterite ores
RU2536714C1 (ru) * 2013-08-06 2014-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Объдиненная Копания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ получения скандиевого концентрата из красных шламов

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Смирнов Д.И., Молчанова Т.В., Водолазов Л.И., Пеганов В.А. Сорбционное извлечение редкоземельных элементов, иттрия и алюминия из красных шламов. Цветные металлы, 8, 2002, с.64-69. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729282C1 (ru) * 2020-03-10 2020-08-05 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов
WO2021182998A1 (ru) 2020-03-10 2021-09-16 Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017136945A (ru) 2019-04-19
US20190360073A1 (en) 2019-11-28
US11293077B2 (en) 2022-04-05
EP3666912A4 (en) 2021-06-02
CN109642269A (zh) 2019-04-16
CN109642269B (zh) 2022-05-13
CA2989832A1 (en) 2018-12-21
WO2018236240A8 (ru) 2019-03-07
WO2018236240A1 (ru) 2018-12-27
BR112018000598B1 (pt) 2022-06-21
BR112018000598A2 (pt) 2019-05-07
CA2989832C (en) 2020-01-14
AU2017420270A1 (en) 2019-06-20
RU2017136945A3 (ru) 2019-04-19
EP3666912A1 (en) 2020-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7083875B2 (ja) 鹹水からの水酸化リチウム一水和物の製造方法
CN109706319B (zh) 从电镀污泥中低成本回收金属并生产精制硫酸镍的方法
RU2659968C1 (ru) Способ получения литиевого концентрата из литиеносных природных рассолов и его переработки в хлорид лития или карбонат лития
CN106946275B (zh) 利用盐湖富锂卤水直接制取电池级单水氢氧化锂的方法
RU2478574C2 (ru) Способ получения оксида алюминия из средне- и низкосортного боксита
RU2647398C2 (ru) Получение скандийсодержащего концентрата и последующее извлечение из него оксида скандия повышенной чистоты
CN109607578B (zh) 一种从硫酸镁亚型盐湖卤水中提取电池级碳酸锂的方法
CN112593094A (zh) 一种盐湖提锂的工艺及装置
RU2692709C2 (ru) Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства
WO2019143264A1 (ru) Способ получения оксида скандия из скандий-содержащих концентратов
CN110590012B (zh) 一种深度除氟树脂脱附液的资源化利用方法
CN110592383A (zh) 一种吸附法从粉煤灰中提锂的方法
CN102226238A (zh) 红土矿浸出液高效除铁工艺
RU2694866C1 (ru) Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья
RU2562183C1 (ru) Способ получения скандиевого концентрата из красного шлама
KR102711082B1 (ko) 배터리재료 추잔액에서 조제 탄산 리튬을 회수해 제조하는 방법
CN110106356A (zh) 一种粉末型钛系离子交换剂分离盐湖卤水中锂的方法
CN107128955B (zh) 一种从温泉水中提取碳酸锂的方法
JP7407295B2 (ja) スカンジウム含有材料からスカンジウムを抽出する方法
CN1152158C (zh) 一种采用溶剂萃取净化铜电解液的方法
CN105861843A (zh) 一种从含铼高砷硫化铜原料中高效富集铼的方法
CN213113446U (zh) 一种盐湖提锂的装置
CN109252058A (zh) 一种草酸沉淀稀土废水再利用的方法
CN115522076B (zh) 一种利用含钒冶金废渣制备偏钒酸铵以及五氧化二钒的方法
CN107794370B (zh) 一种高纯氧化镧的高效萃取方法