RU2694866C1 - Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья - Google Patents
Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694866C1 RU2694866C1 RU2019104409A RU2019104409A RU2694866C1 RU 2694866 C1 RU2694866 C1 RU 2694866C1 RU 2019104409 A RU2019104409 A RU 2019104409A RU 2019104409 A RU2019104409 A RU 2019104409A RU 2694866 C1 RU2694866 C1 RU 2694866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scandium
- sorbent
- pulp
- solution
- sorption
- Prior art date
Links
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 119
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 6
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 68
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 60
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 7
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 11
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 10
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 5
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 9
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 abstract 1
- RHDUVDHGVHBHCL-UHFFFAOYSA-N niobium tantalum Chemical compound [Nb].[Ta] RHDUVDHGVHBHCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 6
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical compound N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N octanoic acid Chemical compound CCCCCCCC(O)=O WWZKQHOCKIZLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 239000005635 Caprylic acid (CAS 124-07-2) Substances 0.000 description 1
- SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N Dodecane Natural products CCCCCCCCCCCC SNRUBQQJIBEYMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000008394 flocculating agent Substances 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012761 high-performance material Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 229960002446 octanoic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 150000003017 phosphorus Chemical class 0.000 description 1
- -1 phosphorus ion Chemical class 0.000 description 1
- 238000004094 preconcentration Methods 0.000 description 1
- 238000004801 process automation Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 150000003326 scandium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 125000000020 sulfo group Chemical group O=S(=O)([*])O[H] 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N uranium Chemical compound [U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U][U] DNYWZCXLKNTFFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B59/00—Obtaining rare earth metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B3/00—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes
- C22B3/20—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching
- C22B3/22—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition
- C22B3/24—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by physical processes, e.g. by filtration, by magnetic means, or by thermal decomposition by adsorption on solid substances, e.g. by extraction with solid resins
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии извлечения скандия из различных видов сырья и техногенных отходов, и может быть использовано для концентрирования и извлечения скандия из скандийсодержащих руд, полупродуктов и других материалов, в частностискандийсодержащих шламов и кеков, образующихся при переработке ниобий- и танталсодержащих руд и концентратов. Извлечение скандия из скандийсодержащего сырья включает подготовку исходного сырья к сорбционному выщелачиванию в системе «пульпа - сорбент» путем приготовления пульп раствором гидроксида натрия при температуре 50-80°С. Используют фосфорсодержащие ионообменные сорбентами. Процесс сорбционного выщелачивания ведут непрерывно в противоточном режиме с контролем рН пульпы, который поддерживают в диапазоне 9,2-10,4 посредством введения соединений, содержащих карбонат натрия или CO2 – содержащими газами. После чего осуществляют промывку и отделение сорбента от пульпы, конверсию сорбента, последующую десорбцию скандия карбонатными растворами, отмывку сорбента от десорбирующего раствора с использованием его на дальнейшей стадии сорбции. Проводят очистку осадка от примесей с последующим получением скандиевого концентрата. Способ позволяет улучшить процесс отделения скандия от остальных примесных элементов, повысить степень его извлечения за счет оптимально подобранного сорбента и условий проведения процесса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл.
Description
Изобретение относится к области химии и металлургии, конкретно к технологии извлечения скандия из различных видов сырья и техногенных отходов, и может быть использовано для концентрирования и извлечения скандия из скандийсодержащих руд, полупродуктов и других материалов, в частности, скандийсодержащих шламов и кеков, образующихся при переработке ниобий- и танталсодержащих руд и концентратов.
В последнее время в мире наблюдается устойчивый интерес к проблеме получения соединений скандия из различных видов минерального и техногенного сырья, который связан с перспективами применения этих соединений в производстве новых материалов с высокими эксплуатационными характеристиками (топливных элементов, люминофоров, лазеров, и др.). В зависимости от назначения скандий используют в виде ряда соединений различной квалификации.
Основными областями применения скандия в настоящее время являются производство лазеров, люминофоров и керамических изделий специального назначения. В металлургии главным направлением использования скандия является производство сплавов на основе алюминия, применяющихся в аэрокосмической промышленности.
Вследствие низкой концентрации в сырье скандий чаще всего производится как побочный продукт при переработке различных руд или извлекается из ранее полученных хвостов и отходов. Разработаны технологические схемы попутного извлечения скандия при переработке руд титана, алюминия, вольфрама, циркония, урана и др. Конечным продуктом описанных схем является оксид скандия различной чистоты, используемый в дальнейшем для получения готовой скандийсодержащей продукции.
Анализ приведенных технологических решений по извлечению скандия из различного сырья свидетельствует о разнообразии применяемых для этого гидрометаллургических методов. Лучшие результаты получены с применением современных эффективных процессов экстракции и сорбции. Использование сорбции обладает рядом преимуществ (пожаробезопасность, отсутствие необходимости предварительного концентрирования раствора, относительная простота автоматизации процесса и т.п.).
Для сорбции скандия из растворов сложного солевого состава предпочтительно использование высокоселективных фосфорсодержащих сорбентов, десорбция скандия с которых традиционно проводится растворами карбонатов щелочных металлов и аммония.
Известен способ извлечения и концентрирования скандия из многокомпонентных растворов переработки различного техногенного сырья, который включает сорбцию скандия из растворов фосфорсодержащими сорбентами, десорбцию скандия карбонатными растворами, подкисление полученного элюата, дополнительное извлечение и концентрирование скандия из подкисленных элюатов. Переработку концентрированного по скандию раствора ведут осаждением малорастворимых соединений скандия, затем осуществляют фильтрацию и прокалку осадков с получением скандиевых концентратов. Перед осаждением проводят дополнительное концентрирование скандия в растворе путем контактирования подкисленного карбонатного элюата с полупроницаемой мембраной, в поры которой импрегнирован жидкий экстрагент и по другую сторону которой одновременно циркулирует раствор минеральной кислоты. Кроме того, в качестве жидкого экстрагента, импрегированного в поры мембраны, применяют 0,75-1,5 моль/л раствор каприловой кислоты в Н-додекане, в качестве минеральной кислоты применяют 0,5-1,5 моль/л раствор соляной кислоты (патент РФ №2176680, опубликован 10.12.2001 г.).
Способ позволяет повысить извлечение скандия в концентрат и повысить его качество, но результат достигается за счет значительного усложнения процесса, применения дорогостоящих мембран с импрегнированными экстрагентами и других различных реагентов.
Известен способ получения оксида скандия из красного шлама, отхода производства глинозема, который включает многократное последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, промывку и отделение осадка, введение в полученный раствор оксида цинка, растворенного в гидроксиде натрия, выдержку раствора при повышенной температуре и перемешивании, отделение осадка и его обработку раствором гидроксида натрия при температуре кипения, отделение, промывку и сушку полученного продукта с последующим извлечением оксида скандия известными методами. При выщелачивании через смесь растворов карбоната натрия и гидрокарбоната натрия пропускают газовоздушную смесь, содержащую 10-17% СО2 (по объему), выщелачивание повторяют до получения раствора с концентрацией по оксиду скандия не менее 50 г/м3, вводят в раствор твердый гидроксид натрия до концентрации 2,0-3,5 кг/м3 по Na2O (каустический) и выдерживают при температуре не выше 80°С с последующим введением флокулянта, выдержкой и отделением осадка, являющегося титановым концентратом, полученный раствор подвергают электролизу с твердыми электродами при катодной плотности 2,0-4,0 А/дм2 и температуре 50-75°С в течение 1-2 часов для очистки от примесей, раствор оксида цинка в гидроксиде натрия добавляют в очищенный после электролиза раствор до соотношения ZnO:Sc2O3=(10-25): 1 и вводят флокулянт, выдержку раствора ведут при 100-102°С в течение 4-8 часов, обработку отделенного осадка ведут 5-12% раствором гидроксида натрия при температуре кипения, снова вводят флокулянт, выдерживают и отделяют осадок. При этом в качестве флокулянта используют флокулянт марки "Налко" в количестве 2-3 г/м3 (патент РФ №2247788, опубликован 10.03.2005 г.).
Предлагаемый способ получения оксида скандия из красного шлама (отхода производства глинозема) позволяет получить технический результат, а именно увеличить процент извлечения целевого продукта в концентрат, снизить содержание примесей в концентрате, а также значительно снизить расход гидрокарбоната натрия, сократить длительность процесса за счет сокращения времени отстаивания мелкодисперсного осадка.
К недостаткам способа следует отнести громоздкость технологической схемы, которая содержит многократное выщелачивание и введение дорогостоящих флокулянтов, а также применение электролиза с цинксодержащим реагентом, что значительно увеличивает время процесса получения скандиевого концентрата.
Известен способ получения концентрата скандия из скандийсодержащего раствора, включающий сорбцию скандия из скандийсодержащего раствора на фосфор-содержащем ионите, промывку насыщенного фосфорсодержащего ионита раствором, содержащим 5-100 г/дм3 сульфата аммония ((NH4)2SO4) и 100-200 г/дм3 углеаммонийной соли (УАС), десорбцию скандия из насыщенного фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с получением десорбированного фосфорсодержащего ионита, который направляют на повторную сорбцию скандия и раствора десорбции, из которого термогидролизом получают концентрат скандия (патент РФ №2674717, опубликован 29.05.2018 г.).
К недостаткам способа следует отнести недостаточную селективность метода, выраженную в попутной сорбции примесей титана, циркония, тория, железа и др., обусловленную этим дополнительную промывку фосфорсодержащего ионита раствором сульфата аммония и необходимость последующей утилизации растворов, содержащих ион аммония.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является «Способ получения оксида скандия из скандийсодержащих материалов», защищенный патентом РФ №2582425, опубликованный 27.04.2016 г.
Способ получения концентратов включает сорбцию скандия из раствора ионообменными сорбентами, промывку и отделение сорбента от пульпы сорбции, конверсию сорбента. Далее ведут десорбцию скандия карбонатными растворами, отмывку сорбента от десорбирующего раствора, последующую переработку растворов десорбции с получением скандиевых концентратов. При этом в качестве сорбента для сорбции скандия используют фосфорсодержащие сорбенты. Процесс сорбции ведут непрерывно в противоточном режиме в системе «пульпа - сорбент» и контролем рН пульпы в диапазоне 1,5-2,0 введением в нее концентрированной серной кислоты. Сорбцию скандия на каждой стадии ведется в течение 1,0-1,5 часа, при соотношении Т:Ж=1:(3÷4) и температуре раствора 60-80°С.
В качестве сорбента был выбран фосфорсодержащий сорбент Purolite S-957, который показал наибольшую селективность и статическую обменную емкость по скандию, т.е. он сорбировал наименьшее количество примесей, а отношение емкости по скандию к емкости по сумме примесей у него оказалось наибольшим. В качестве десорбирующего раствора может быть выбран раствор карбоната натрия концентрацией 180-200 г/л, а температура десорбции составляет 20-25°С.
Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения скандия из скандийсодержащего сырья.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что параметры процесса выбраны исходя из того, что сорбции подвергается пульпа относительно богатого скандийсодержащего концентрата скандия (обогащенный продукт после первичного концентрирования скандия из бедного природного или техногенного сырья), поэтому приведенные в прототипе параметры не являются оптимальными для необогащенного бедного скандийсодержащего сырья.
В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа извлечения скандия из скандийсодержащего сырья, имеющего кислую или щелочную характеристику, определение оптимальных параметров сорбционного выщелачивания скандия из пульпы, обеспечение условий оптимальности, повышения производительности и избирательности процесса сорбционного выщелачивания скандия из пульпы посредством сдвига равновесия реакции в сторону образования растворимых соединений скандия и перевода его в раствор вследствие непрерывного снижения концентрации скандия в жидкой фазе пульпы из-за сорбции его на сорбенте.
Технический результат достигается посредством того, что в известный способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья, например, скандийсодержащего кека, включающий подготовку исходного скандийсодержащего кека к сорбции, сорбцию скандия фосфорсодержащими ионообменными сорбентами, при этом сорбцию ведут непрерывно в противоточном режиме в системе «пульпа - сорбент» с контролем рН пульпы, промывку и отделение сорбента от пульпы, конверсию сорбента, последующую десорбцию скандия карбонатными растворами, отмывку сорбента от десорбирующего раствора с использованием его на дальнейшей стадии сорбции, очистку осадка от примесей с последующим получением скандиевого концентрата внесены изменения и дополнения, а именно:
- приготовление пульпы ведут раствором гидроксида натрия при температуре пульпы 50-80°С;
- в процессе сорбционного выщелачивания поддерживают рН пульпы в диапазоне 9,2-10,4 посредством введения различных соединений.
Кроме того, приготовление пульпы ведут распульповыванием раствором гидроксида натрия, при этом его концентрация в исходном растворе составляет 50-100 г/л, а в качестве фосфорсодержащего ионитного сорбента применяют Lewatit ТР-260, причем сорбционное выщелачивание ведут в несколько стадий, при соотношении Т:Жисх. (для кека) = 1:(2÷15) и поддержанием рН в течение 2-4 ч на каждой стадии, а в качестве реагента, использующегося для поддержания рН пульпы, можно применять карбонат натрия, бикарбонат натрия или газообразный СО2, в качестве которого могут быть использованы продукты сгорания природного газа или отходящие газы прокалочных печей.
Для подбора наилучших условий извлечения скандия из скандийсодержащего сырья проводились исследования на примере извлечения скандия из скандийсодержащего кека, образующегося при переработке редкометалльного сырья, при различных условиях.
Исходный кек имеет сложный химический и фазовый состав. Наряду со скандием в кеке присутствуют такие элементы-примеси как ниобий, тантал, титан, цирконий, алюминий, железо и прочие примеси. Содержание скандия в скандийсодержащем кеке составляет 0,680%.
Целью опытов являлось нахождение технологических параметров, при которых обеспечивалось бы наиболее полное выщелачивание кека по скандию и наименьшее по примесям.
Для исследований использовался скандийсодержащий кек, химический состав которого представлен в таблице 1.
Методика проведения эксперимента заключается в следующем.
Скандийсодержащий кек распульповывается в реакторе раствором гидроксида натрия заданной концентрации при интенсивном перемешивании и нагревании в течении не менее 30 мин до полного распада комков кека. Нагрев пульпы в реакторе и поддержание ее на заданном уровне осуществляется на электрической плитке, работающей в замкнутой электрической цепи с устройством управления. Далее под слой пульпы осуществляется подача поддерживающего рН пульпы реагента до установления требуемого значения. После установки требуемого значения рН в пульпу вводится предварительно подготовленный сорбент в требуемом количестве. После этого делается выдержка пульпы при перемешивании в течение заданного времени. После выдержки сорбент отделяется от пульпы.
Лучшие сорбционные параметры из сорбентов промышленных марок имеют сорбенты Purolite S-957, содержащий сульфо- и фосфоновую группу, и Lewatit ТР-260 с аминометилфосфоновой функциональной группой, поэтому для извлечения скандия методом сорбционного выщелачивания опробованы эти два вида фосфорсодержащих сорбентов. Помимо принципиальной возможности сорбции скандия на этих сорбентах определялась статическая обменная емкость этих сорбентов по скандию и примесям (Са, Na, Fe, Ti, Al), а также удельные объемы сорбентов до и после насыщения. В таблице 2 приведены результаты экспериментов по выбору сорбента, оптимального для извлечения скандия.
На основе анализа результатов экспериментов для дальнейших исследований выбран фосфорсодержащий сорбент Lewatit ТР-260, который показывает наибольшую селективность и статическую обменную емкость (СОЕ) по скандию, т.е. он по совокупности причин имеет наибольшую статическую обменную емкость по скандию при извлечении из скандийсодержащего кека.
Параметры процесса сорбционного выщелачивания устанавливались в результате многочисленных опытов путем варьирования значений рН, времени контактирования, температуры пульпы и соотношения Т:Ж. После проведения процесса сорбции в исследуемых условиях пульпа отделяется от сорбента, далее сорбент отмывается и отбирается на анализ.
В таблице 3 приведены результаты опытов по исследованию влияния рН пульпы на процесс сорбционного выщелачивания скандия из скандийсодержащего кека (при прочих равных условиях).
Анализ данных табл. 3 показывает, что величина рН является важным фактором для процесса сорбционного выщелачивания. При значительном закислении пульпы (до рН 8,4-8,8) степень извлечения Sc снижается до критически низкого значения 10,9%. Таким образом, оптимальным значением кислотности среды является величина рН 9,2-10,4, при котором достигается максимальное извлечение скандия из скандийсодержащего кека в сорбент. В результате анализа можно сделать вывод, что предпочтительным является значение рН в диапазоне 9,2-9,6, т.к. при превышении его извлечение несколько снижается.
В таблице 4 приведены результаты опытов по исследованию влияния концентрации гидроксида натрия на процесс сорбционного выщелачивания скандия из скандийсодержащего кека (при прочих равных условиях).
Анализ данных табл. 4 показывает, что концентрация гидроксида натрия в исходном растворе также напрямую влияет на эффективность извлечения скандия. При концентрации гидроксида натрия в исходном растворе 50-100 г/л извлечение Sc2O3 в сорбент составляет 36,6-38,9% за 1 контакт, при снижении концентрации до 10-25 г/л извлечение падает до 16,0-23,4%, при увеличении концентрации гидроксида натрия наблюдается некоторое снижение извлечения Sc2O3 в сорбент до 25,9%, при этом также значительно увеличивается расходный коэффициент гидроксида натрия на приготовление исходного раствора.
В таблице 5 приведены результаты экспериментов по изучению зависимости состава насыщенного сорбента от продолжительности сорбционного выщелачивания (при прочих равных условиях).
Из анализа таблицы 5 следует, что оптимальное время контакта сорбента с пульпой в аппарате составляет 2,0-4,0 часов, т.к. при более длительном контакте количество примесей в сорбенте возрастает, а при меньшем - сорбент существенно не достигает своей максимальной емкости по скандию.
В таблице 6 приведены результаты экспериментов по изучению зависимости содержания скандия в сорбенте от температуры проведения сорбционного выщелачивания (при прочих равных условиях).
Из анализа результатов таблицы 6 следует, что оптимальная температура процесса сорбции находится в диапазоне 50-80°С, предпочтительно 60-70°С, т.к. при температуре ниже 50°С содержания скандия в сорбенте значительно снижается, а при более высокой температуре отмечается незначительное снижение емкости сорбента, а также увеличивается риск механического разрушения сорбента.
В таблице 7 приведены результаты экспериментов по изучению зависимости содержания Sc в сорбенте от соотношения Т:Жисх. (для кека) (при прочих равных условиях).
Из анализа данных, приведенных в таблице 7, следует, что при малых соотношениях Т:Жисх. (для кека), например, 1:1,5 на сорбции организация процесса вызывает определенные трудности в связи с повышенной вязкостью пульпы скандийсодержащего кека и последующим отделением от нее сорбента. При увеличении Т:Жисх. (для кека) до 1:(2÷15) содержание скандия в сорбенте незначительно снижается вследствие сдвига равновесия в сторону сорбции примесных элементов, при этом также растут затраты на приготовление исходного раствора на сорбцию.
На основании проведенных исследований определены оптимальные параметры отдельных операций процесса извлечения скандия из скандийсодержащего кека. Концентрация гидроксида натрия в исходном растворе напрямую влияет на эффективность извлечения скандия. При концентрации NaOH в исходном растворе на выщелачивание 50-100 г/л извлечение скандия в сорбент составляет 38,9% (за один контакт) и 89,8% (за несколько контактов), при снижении концентрации до 10-25 г/л извлечение падает до 16,0-23,4% (за 1 контакт). Оптимальная температура процесса сорбции 50-80°С; время выдержки составляет 2-4 часа (за 1 контакт).
Параметры последующих операций процесса получения скандиевого концентрата являются известными.
Осуществление изобретения поясняется нижеприведенной технологической схемой (фиг. 1), на которой показаны основные операции процесса извлечения скандия из скандийсодержащего сырья и приведены оптимальные параметры каждой операции. Последовательность процесса извлечения скандия не вызывает трудностей, а технологическая схема не требует дополнительных пояснений для ее понимания.
Подготовленный к сорбции скандийсодержащий кек распульповывается в растворе NaOH при соотношении Т:Жисх. (для кека)=1:12. Затем в пульпу вводится фосфорсодержащий сорбент Lewatit ТР-260, далее пульпа нагревается до температуры 60°С. После нагрева в пульпу вводится раствор бикарбоната натрия для поддержания необходимого значения рН=9,2-9,6. Затем осуществляется выдержка пульпы при перемешивании в течение 4 часов, поддерживая значение рН на заданном уровне с использованием раствора бикарбоната натрия. После выдержки сорбент отделяется от пульпы на сите, промывается и анализируется.
После промывки насыщенного сорбента водой проводится его десорбция (регенерация), т.е. извлечение скандия из фазы сорбента и остальных сорбированных элементов.
Промытая порция сорбента загружается в колонну регенерации. Буферная емкость заполняется десорбирующим раствором Na2CO3 (~190 г/л), после чего насосом раствор подается в колонку регенерации. Во время прохождения раствора через колонку между ним и сорбентом проходят ионообменные процессы, в результате которых сорбированные ранее элементы (в том числе скандий) переходят из фазы сорбента в десорбирующий раствор с получением товарного регенерата. По завершению процесса десорбции сорбент промывается дистиллированной водой от остатков десорбирующего раствора, выгружается из колонки и анализируется. После десорбции сорбент промывается водой от следов десорбирующего раствора; далее промытый регенерированный сорбент подается на следующий цикл сорбционного выщелачивания скандия из скандийсодержащего кека. а маточник пульпы, полученной после сорбционного выщелачивания, направляется на дальнейшую переработку.
Далее известными способами из товарного регенерата с помощью гидроксида натрия выделяется скандиевый концентрат, химический состав которого представлен в таблице 8 (в пересчете на сухую массу), а регенерированный сорбент используется в процессе сорбционного выщелачивания на дальнейших стадиях извлечения скандия из скандийсодержащего сырья.
Таким образом, в результате использования предлагаемого изобретения достигается улучшение процесса отделения скандия от остальных примесных элементов, повышение степени его извлечения за счет оптимально подобранного сорбента и условий проведения процесса сорбционного выщелачивания скандия из скандийсодержащего сырья, причем в отсутствие дополнительных технически сложных операций, а сам процесс реализации не требует специализированного и тяжелого в обслуживании, а также конструкционно сложного оборудования, т.к. осуществляется в стандартизированных аппаратах
В настоящее время по результатам исследований осуществлена подготовка технической документации для промышленного использования предлагаемого технического решения в соответствии с хозяйственным договором.
Claims (4)
1. Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья, включающий подготовку исходного скандийсодержащего сырья с приготовлением пульпы к сорбционному выщелачиванию в системе «пульпа - сорбент» при использовании фосфорсодержащих ионообменных сорбентов, при этом проводят сорбцию непрерывно в противоточном режиме с контролем рН пульпы, промывку и отделение сорбента от пульпы, конверсию сорбента, последующую десорбцию скандия карбонатными растворами, отмывку сорбента от десорбирующего раствора с использованием его на дальнейшей стадии сорбции, и очистку осадка от примесей с последующим получением скандиевых концентратов, отличающийся тем, что приготовление пульпы осуществляют раствором гидроксида натрия и при температуре 50-80°С, в процессе сорбционного выщелачивания поддерживают рН пульпы в диапазоне 9,2-10,4, при использовании содержащих карбонат натрия соединений или CO2-содержащими газами.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приготовление пульпы осуществляют путем распульповывания в растворе гидроксида натрия, при этом его концентрация в исходном растворе составляет 50-100 г/л.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рН пульпы поддерживают в пределах 9,2-9,6 посредством карбоната натрия, бикарбоната натрия или газообразного СО2, при этом в качестве источника СО2 используют продукты сгорания природного газа или отходящие газы прокалочных печей.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего ионообменного сорбента применяют «Lewatit TP-260», причем сорбционное выщелачивание ведут в несколько стадий, при соотношении Т:Ж=1:(2÷15) и поддержанием упомянутого рН, в течение 2-4 ч на каждой стадии и температуре 60-70°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104409A RU2694866C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104409A RU2694866C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2694866C1 true RU2694866C1 (ru) | 2019-07-17 |
Family
ID=67309206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019104409A RU2694866C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2694866C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2767924C1 (ru) * | 2021-08-12 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Способ селективного извлечения скандия из редкоземельных концентратов |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95103390A (ru) * | 1995-03-07 | 1996-12-10 | Акционерное общество закрытого типа "Экология и комплексная технология редких элементов и металлургических производств" | Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья |
| WO2013138900A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Orbite Aluminae Inc. | Processes for recovering rare earth elements and rare metals |
| RU2582425C1 (ru) * | 2014-12-10 | 2016-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего материала |
| 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 |
-
2019
- 2019-02-18 RU RU2019104409A patent/RU2694866C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95103390A (ru) * | 1995-03-07 | 1996-12-10 | Акционерное общество закрытого типа "Экология и комплексная технология редких элементов и металлургических производств" | Способ извлечения скандия из растворов переработки техногенного сырья |
| WO2013138900A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-26 | Orbite Aluminae Inc. | Processes for recovering rare earth elements and rare metals |
| RU2582425C1 (ru) * | 2014-12-10 | 2016-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего материала |
| 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 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| RU2767924C1 (ru) * | 2021-08-12 | 2022-03-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) | Способ селективного извлечения скандия из редкоземельных концентратов |
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 | |
| US20230087180A1 (en) | Preparation of lithium carbonate from lithium chloride containing brines | |
| AU2011207307C1 (en) | Hydrometallurgical process and method for recovering metals | |
| RU2582425C1 (ru) | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего материала | |
| KR102707582B1 (ko) | 수산화리튬의 제조 방법 | |
| JP2021172537A (ja) | 水酸化リチウムの製造方法 | |
| AU2021207887A1 (en) | Ion exchange system and method for conversion of aqueous lithium solution | |
| RU2694866C1 (ru) | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья | |
| NO792025L (no) | Fremgangsmaate ved utvinning av kobber | |
| WO2020162796A9 (ru) | Способ получения моногидрата гидроксида лития | |
| JP7115123B2 (ja) | リチウムの精製方法 | |
| CN110592383A (zh) | 一种吸附法从粉煤灰中提锂的方法 | |
| RU2603418C1 (ru) | Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красных шламов | |
| KR101829759B1 (ko) | 해수 내 리튬을 회수하는 방법 | |
| CA2989832C (en) | Method for recovering scandium from red mud left from alumina production | |
| CN116888075A (zh) | 由氯化锂（LiCl）直接生产氢氧化锂（LiOH）的方法，不需要中间生产碳酸锂或类似物 | |
| JP2019125464A (ja) | リチウムの回収方法 | |
| 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 | |
| RU2729282C1 (ru) | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов | |
| RU2559476C1 (ru) | Способ извлечения редкоземельных металлов из нитрофосфатного раствора при азотнокислотной переработке апатитового концентрата | |
| KR20220080109A (ko) | 아연 함유 원료에서 아연을 회수하는 개선된 공정 | |
| CN105861843A (zh) | 一种从含铼高砷硫化铜原料中高效富集铼的方法 | |
| Peganov et al. | Technology for Obtaining Natural-Uranium Concentrates to ASTM C 967–08 Specifications | |
| RU2825139C2 (ru) | Способ регенерации ионитов, насыщенных цветными металлами | |
| RU2663512C1 (ru) | Способ извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса |