RU2729282C1 - Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов - Google Patents
Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729282C1 RU2729282C1 RU2020109988A RU2020109988A RU2729282C1 RU 2729282 C1 RU2729282 C1 RU 2729282C1 RU 2020109988 A RU2020109988 A RU 2020109988A RU 2020109988 A RU2020109988 A RU 2020109988A RU 2729282 C1 RU2729282 C1 RU 2729282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scandium
- solution
- pulp
- concentrate
- leaching
- Prior art date
Links
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 205
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 201
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 74
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 66
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 46
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims abstract description 28
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 21
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 14
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 38
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 35
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 25
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 10
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 36
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 18
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 abstract description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- RHDUVDHGVHBHCL-UHFFFAOYSA-N niobium tantalum Chemical compound [Nb].[Ta] RHDUVDHGVHBHCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 89
- HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N scandium oxide Chemical compound O=[Sc]O[Sc]=O HYXGAEYDKFCVMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 15
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 15
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 12
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 2
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- YPFNIPKMNMDDDB-UHFFFAOYSA-K 2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(2-hydroxyethyl)amino]acetate;iron(3+) Chemical compound [Fe+3].OCCN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O YPFNIPKMNMDDDB-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 description 1
- 241001625808 Trona Species 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910001710 laterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011504 laterite Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 1
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940085991 phosphate ion Drugs 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000004537 pulping Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000003326 scandium compounds Chemical class 0.000 description 1
- NYMLCLICEBTBKR-UHFFFAOYSA-H scandium(3+);tricarbonate Chemical class [Sc+3].[Sc+3].[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O.[O-]C([O-])=O NYMLCLICEBTBKR-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K trisodium;hydrogen carbonate;carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].OC([O-])=O.[O-]C([O-])=O WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/10—Preparation or treatment, e.g. separation or purification
-
- 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
- C22B3/04—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching
- C22B3/12—Extraction of metal compounds from ores or concentrates by wet processes by leaching in inorganic alkaline solutions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F17/00—Compounds of rare earth metals
- C01F17/20—Compounds containing only rare earth metals as the metal element
- C01F17/206—Compounds containing only rare earth metals as the metal element oxide or hydroxide being the only anion
- C01F17/212—Scandium oxides or hydroxides
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- C22B3/44—Treatment or purification of solutions, e.g. obtained by leaching by chemical processes
-
- 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
- C22B7/00—Working 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
- C22B7/006—Wet processes
- C22B7/008—Wet processes by an alkaline or ammoniacal leaching
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии извлечения и концентрирования скандия, и может быть использовано при производстве скандия из различных видов скандий-содержащих материалов, в частности, красных шламов глиноземного производства и отходов, образующихся при переработке титан-, цирконий-, вольфрам-, никель-, ниобий- и танталсодержащего сырья. Способ включает репульпацию кека скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия, карбонизационное выщелачивание скандий-содержащего материала содово-бикарбонатным раствором в одну стадию, фильтрацию выщелоченного скандий-содержащего материала, выделение скандиевого концентрата. Карбонизационное выщелачивание скандий-содержащего материала ведут раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия с концентрацией 130-350 г/дмNaCOи 2-100 г/дмNaHCOпри рН пульпы 9,5-11,0 и температуре 20-90 °С. Необходимое значение рН пульпы поддерживают посредством газации пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO. Выделение скандиевого концентрата из фильтрата выщелачивания проводят в одну стадию посредством его обработки раствором щелочи. Способ позволяет повысить степень извлечения скандия, упростить аппаратурно-технологическую схему и отказаться от использования сорбентов и экстрагентов. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 12 табл., 2 пр.
Description
Область техники
Изобретение относится к области химии и технологии цветных и редких металлов, а именно к технологии извлечения и концентрирования скандия, и может быть использовано при производстве скандия из различных видов скандий-содержащих материалов, в частности, красных шламов глиноземного производства и отходов, образующихся при переработке титан-, цирконий-, вольфрам-, никель-, ниобий- и тантал-содержащего сырья.
В последние годы наблюдается тенденция увеличения спроса на оксид скандия и скандий-содержащие материалы. К 2028 году прогнозируется рост потребности в скандии до 300 т/год в пересчете на оксид скандия за счет расширения его применения в таких областях промышленности как судостроение, аэрокосмическая и автомобильная отрасли, авиастроение, 3D-печать и другие. Алюминиевые сплавы, содержащие 0,1-0,5 % скандия, обладают уникальным сочетанием прочностных и коррозионных свойств. Широкое применение скандий-содержащих сплавов сдерживается высокой стоимостью скандия, поэтому создание технологии производства оксида скандия, обеспечивающей снижение его стоимости, позволит значительно расширить рынок скандий-содержащих материалов и продукции на их основе.
Как известно, скандий является типичным рассеянным элементом и промышленно значимых собственных минералов не образует. Основными источниками скандия являются бокситы, латеритовые руды, руды редких металлов и отходы их переработки, в которых содержание оксида скандия составляет от 40 до 500 г/т. Большинство известных способов извлечения скандия основано на применении гидрометаллургических методов (выщелачивание, сорбция, экстракция, гидролиз).
Уровень техники
Известен способ получения оксида скандия из красного шлама, который включает многократное (7 циклов), последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при пропускании через смесь дымовых газов печей спекания, содержащих СО2, отделение, промывку шлама с последующим извлечением оксида скандия из полученного раствора. В данном способе после выщелачивания осуществляют трехступенчатую выдержку упомянутого раствора при повышенных температурах с селективным отделением осадков после каждой ступени, при этом на первой ступени раствор нагревают до температуры не выше 80°С и выдерживают не менее 1 часа, затем отстаивают в течение не менее 2 часов при естественном охлаждении; на второй ступени раствор доводят до кипения и выдерживают при кипячении и перемешивании не менее 2 часов; на третьей ступени фильтрат упаривают при кипячении до уменьшения объема на 50%, после чего добавляют 46%-ный раствор гидроксида натрия до концентрации Na2O-каустической 1,5-2,0 кг/м3, выдерживают при кипячении в течение не менее 2 часов и затем отстаивают осадок, содержащий оксид скандия, в течение 10-16 часов при естественном охлаждении. Содержание оксида скандия в целевом продукте - скандиевом концентрате – составляет ~ 5,2% Sc2O3 (или 3,40% Sc); количество (выход) скандиевого концентрата составляет ~ 290 г/т переработанного красного шлама. Извлечение оксида скандия после первого цикла «рециклинг-процесса», представлявшего собой оборачивание получаемого за один цикл чернового Sc-содержащего раствора на карбонизационное выщелачивание скандия из «свежей» партии красного шлама, составляло 15,8% от исходного содержания Sc2O3 в шламе, сквозное извлечение, в целом, за 7 циклов составило 13,6% (патент RU 2483131, опубликован 27.05.2013 г.).
Существенным недостатком данного способа является низкая степень извлечения скандия, не превышающая, в целом, 13,6%, длительность технологического процесса и высокие энергозатраты на осуществление способа, обусловленные необходимостью проводить трехступенчатую выдержку скандий-содержащего раствора при повышенных температурах с упариванием раствора до уменьшения объема на 50%.
Известен также способ извлечения скандия из красных шламов, заключающийся в 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 атм в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах: на первой стадии - при температуре не менее 90 °C и значении рН 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 рН 12,5 для осаждения скандиевого концентрата. Данный способ обеспечивает увеличение степени извлечения скандия из красного шлама при карбонизационном выщелачивании до 20% после 5 стадий рециклинга, содержание оксида скандия в целевом продукте составило 6,5 масс. % (патент RU 2562183, опубликован 10.09.2015).
Недостатком известного способа также являются низкая степень извлечения скандия и существенные затраты на осуществление процесса из-за необходимости проведения многократной рециркуляции раствора на выщелачивание новых порций красного шлама для концентрирования скандия в растворе с получением продукта низкого качества, что приводит к дополнительным затратам на стадии перечистки скандиевого концентрата до оксида скандия.
Известен способ извлечения скандия из скандий-содержащего сырья, включающий подготовку исходного сырья к сорбционному выщелачиванию в системе «пульпа-сорбент» путем приготовления пульп раствором гидроксида натрия, сорбционное выщелачивание с использованием фосфорсодержащих ионообменных сорбентов в непрерывном 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 завершения сорбционного выщелачивания проводят 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 выделение скандиевого концентрата из товарного регенерата с использованием гидроксида натрия (патент RU 2694866, опубликован 17.07.2019).
Предлагаемый способ извлечения скандия из скандий-содержащего сырья позволяет улучшить процесс отделения скандия от остальных примесей и повысить его степень извлечения до 39%. В то же время существенным недостатком способа является необходимость использования для каждого нового цикла выщелачивания новой порции раствора гидроксида натрия и отсутствие стадии возврата маточного раствора выщелачивания в новый технологический цикл, что приводит к значительному расходу таких реагентов как гидроксид и карбонат натрия и, соответственно, к увеличению операционных затрат.
Известен также способ извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, который заключается в распульповке красного шлама раствором со смесью карбоната и гидрокарбоната натрия с концентрацией по Na2Oобщ 40-80 г/дм3, сорбционном выщелачивании скандия из пульпы на фосфорсодержащем сорбенте в непрерывном противоточном режиме при температуре 40-90 °С и массовом соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж = 1 : 2,5-5,0, десорбции скандия из органической фазы ионита раствором карбоната натрия с концентрацией 200-450 г/дм3 с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат. Обедненная по скандию пульпа красного шлама после стадии сорбционного выщелачивания направляется на фильтрацию, а полученный раствор смеси карбоната и гидрокарбоната натрия подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей CO2 до восстановления соотношения Na2Oбикарб от Na2Oобщ 50-100% и вновь направляют на стадию сорбционного выщелачивания новой порции красного шлама, т.е. выщелачивающий раствор является оборотным, что приводит к значительному снижению расхода карбоната натрия. Данный способ обеспечивает повешение степени извлечения скандия до 47-50 % и получение товарного регенерата скандия, содержащего 100-270 мг/дм3 оксида скандия (патент RU2692709, опубликован 26.06.2019).
Недостатком известного способа является необходимость регулярной досыпки сорбентов в связи с их механическим износом при непосредственном контакте сорбентов с пульпой, обладающей, как правило, абразивными свойствами.
Наиболее близким к заявленному способу по совокупности признаков и назначению является способ переработки красного шлама с получением скандий-содержащего концентрата (патент RU2647398, опубл.15.03.2018), включающий фильтрацию красного шлама от жидкой фазы, репульпацию кека красного шлама содово-бикарбонатным оборотным раствором, газацию раствора углекислым газом до достижения pH ≤ 9, выщелачивание красного шлама содово-бикарбонатным раствором в одну стадию, фильтрацию и промывку водой на фильтре кека красного шлама, сорбцию скандия из фильтрата на фосфорсодержащем ионите (после чего оборотный раствор возвращается на репульпацию кека красного шлама), десорбцию скандия из фосфорнокислого ионита раствором карбоната натрия с получением товарного регенерата скандия, из которого проводят гидролитическое осаждение примесных компонентов при рН 10,5-12,0 и далее выделяют скандиевый концентрат при рН 12,5-13,5. Данный способ позволяет достичь степени извлечения скандия 28-29,1 %, при этом концентрация оксида скандия в товарном регенерате составляет до 700 мг/дм3, в скандиевом концентрате – 25-60 %. Таким образом, в отличие от предыдущего способа данный способ позволяет значительно снизить расход дорогостоящего сорбента за счет проведения процесса сорбции из раствора, а не пульпы, с получением более богатого по скандию товарного регенерата, но в то же время приводит к снижению степени извлечения скандия из красного шлама.
Раскрытие изобретения
В основу предложенного изобретения поставлена задача разработать новый способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, характеризующийся упрощением аппаратурно-технологической схемы и повышением производительности процесса за счет повышения степени извлечения скандия при подборе оптимальных параметров его выщелачивания, обеспечивающих сдвиг равновесия реакции в сторону образования растворимых комплексных соединений скандия с карбонат-ионами за счет повышения концентрации ионов-комплексообразователей, и селективный переход скандия в раствор на фоне примесей алюминия, титана и железа, которые в процессе выщелачивания в заданном диапазоне рН образуют нерастворимые гидроксиды и отделяются от скандий-содержащего раствора при фильтрации выщелоченного материала (кека).
Техническим результатом изобретения является решение поставленной задачи, повышение степени извлечения скандия из скандий содержащего сырья при снижении операционных и капитальных затрат за счет упрощения аппаратурно-технологической схемы и отказа от использования дорогостоящих реагентов, таких как ионообменные сорбенты, жидкие и твердые экстрагенты.
Технический результат достигается тем, что в способе извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, включающем репульпацию кека скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия, карбонизационное выщелачивание пульпы скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия, осаждение и фильтрацию скандиевого концентрата, согласно заявляемому изобретению, карбонизационное выщелачивание пульпы ведут раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия с концентрацией 130÷350 г/дм3 Na2CO3 и 2÷100 г/дм3 NaHCO3 при рН пульпы 9,5-11,0 , при этом для поддержания необходимого значения рН пульпы осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2, а осаждение скандиевого концентрата проводят в одну стадию посредством обработки раствора, полученного после выщелачивания и фильтрации пульпы скандий-содержащего материала, раствором щелочи.
Целесообразно оптимизировать предложенный способ посредством следующего:
Репульпацию кека скандий-содержащего материала ведут раствором, при массовом соотношении Т:Ж = 1:2÷20 в пульпе в течение 2-10 часов. Карбонизационное выщелачивание скандий-содержащего материала ведут при температуре 20-90°С. Осаждение скандиевого концентрата проводят посредством обработки раствора после выщелачивания скандий-содержащего материала раствором щелочи (раствором гидроксида натрия или калия, или водным раствором аммиака) при рН 12÷13,5 и при температуре 50÷100 °С и выдержке в течение 1-3 часов, при этом раствор, полученный после выделения скандиевого концентрата, подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей CO2, при температуре 15-50 °С до восстановления необходимого соотношения Na2CO3 и NaHCO3 и вновь направляют на репульпацию новой порции скандий-содержащего материала.
Основным отличием предлагаемого изобретения от способа-прототипа является проведение процесса выщелачивания скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия при повышенных значениях рН и концентрациях выщелачивающего агента, что обеспечивает достижение максимальной степени извлечения скандия в раствор при минимальном извлечении в раствор примесей железа, алюминия и титана, очистка от которых на последующих технологических переделах требует дополнительных затрат реагентов, энергоресурсов и времени. Повышение селективности извлечения скандия при рН 9,5-11,0 обусловлено образованием нерастворимых гидроксо-соединений железа, алюминия и титана, при этом присутствие в растворе избытка карбонат- и гидрокарбонат- ионов способствует увеличению растворимости скандия и переходу его из твердой фазы в раствор за счет смещения равновесия реакции образования комплексов скандия с карбонат-ионами. Кроме того, присутствующий в растворе гидрокарбонат натрия при повышении температуры процесса выше 50 ºС разлагается с выделением ультрадиспергированных пузырьков углекислого газа, которые также способствуют сдвигу равновесия реакции в сторону образования карбонатных комплексов скандия и повышению его степени извлечения.
В отличие от прототипа, где из раствора после карбонизационного выщелачивания проводится сорбция скандия на ионите и его последующее концентрирование в товарном регенерате, в предлагаемом изобретении из раствора выщелачивания, полученного после фильтрации кека выщелоченного материала, проводится осаждение скандиевого концентрата посредством обработки раствором щелочи в одну стадию, без предварительного осаждения примесей, количество которых невелико благодаря подобранным условиям выщелачивания. Это позволяет значительно упростить аппаратурную схему процесса, а также отказаться от дорогостоящих сорбентов – ионообменных смол и сократить расход реагентов на стадию концентрирования скандия и перечистку скандиевого концентрата до товарного продукта оксида скандия.
Проведение процесса карбонизационного выщелачивания скандий из скандий-содержащего материала при рН пульпы 9,5-11 раствором, содержащим 130÷350 г/дм3 Na2CO3 и 2÷100 г/дм3 NaHCO3, а также одновременной газации пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2, позволяет достичь максимальной степени извлечения скандия в раствор при минимальном извлечении примесей железа, титана и алюминия.
Селективное извлечение скандия в раствор на стадии выщелачивания при подобранных оптимальных параметрах приводит к получению скандий-содержащего продукционного раствора такого состава, который позволяет провести дальнейшее концентрирование скандия низкозатратным методом гидролиза посредством обработки раствором щелочи при рН 12÷13,5 и температуре 50÷100 °С без проведения дополнительных стадий концентрирования скандия и очистки от примесей с минимальным расходом реагентов и получением скандиевого концентрата, который может быть переведен в товарный продукт оксид скандия по простой технологической схеме с минимальными операционными затратами.
Проведение газации раствора, полученного после выделения скандиевого концентрата газо-воздушной смесью, содержащей CO2 при температуре 15-50 ºС позволяет восстановить необходимое для выщелачивания соотношение Na2CO3 и NaHCO3 в растворе и использовать его для выщелачивания скандия из новой порции скандий-содержащего материала, тем самым минимизировав расход выщелачивающего агента и CO2, а также предотвратить потери скандия с маточным раствором осаждения скандиевого концентрата. Применение для этих целей газообразного CO2 дымовых газов промышленных печей позволяется дополнительно сократить операционные затраты, а также снизить экологическую нагрузку за счет утилизации вредных выбросов в атмосферу.
Оптимальные параметры процессов карбонизационного выщелачивания скандия из скандий-содержащего материала и выделения скандиевого концентрата были установлены по результатам проведения многочисленных экспериментов путем варьирования значений рН пульпы выщелачивания, концентраций карбоната и гидрокарбоната натрия в жидкой фазе выщелачиваемой пульпы, температуры процесса выщелачивания, массового соотношения Т:Ж в пульпе, времени контакта на стадии выщелачивания, рН и температуры на стадии выделения скандиевого концентрата. После проведения процесса карбонизационного выщелачивания скандия пульпу выщелоченного скандий-содержащего материала фильтровали, кек промывали водой, выполняли анализ кека выщелачивания и фильтрата. Из полученного фильтрата проводили выделение скандиевого концентрата в одну стадию, полученный осадок концентрата фильтровали и промывали водой, отбирали пробу скандиевого концентрата и маточного раствора.
Предлагаемое изобретение может применяться как для извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, находящихся в виде суспензии (пульпы), так и в виде твердых веществ. В случае использования суспензии (пульпы), ее предварительно фильтруют от жидкой фазы с получением кека скандий-содержащего материала. Исследования по извлечению скандия из скандий-содержащих материалов проводили на примере красного шлама, который является отходом производства глинозема из бокситового сырья. Красный шлам является одним из самых перспективных сырьевых источников скандия в мире, концентрация Sc2O3 в котором может варьироваться в пределах 40-250 г/т в зависимости от состава исходного сырья (бокситов) и методов его переработки.
В таблице 1 приведен химический состав красного шлама, который использовался для исследований. Предварительно производственную пульпу красного шлама, отобранного на глиноземном производстве, фильтровали от жидкой фазы. Содержание оксида скандия в твердой фазе красного шлама составило 0,019 %.
Таблица 1
| Sc2O3 | ZrO2 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | P2O5 | CaO | MgO | Na2O | K2O | MnO | SO3 |
| 0,019 | 0,08 | 6,5 | 15,1 | 46,1 | 4,4 | 1,2 | 12,0 | 1,1 | 1,4 | <0,15 | 0,29 | 2,8 |
Результаты экспериментов по поиску оптимального значения рН процесса карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама приведены в таблице 2. Карбонизационное выщелачивание скандия проводили раствором, содержащим 200 г/дм3 Na2CO3 и 10 г/дм3 NaHCO3 при Т:Ж = 1:8, температуре 80 °С в течение 3-х часов при газации пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2 в режиме, позволяющем достигнуть и поддерживать заданное значение рН.
Таблица 2
| рН | 9,0 | 9,5 | 10,0 | 10,5 | 11,0 | 11,5 | 12,0 |
| Степень извлечения Sc, % | 32,8 | 39,1 | 45,4 | 51,1 | 28,7 | 15,8 | 4,2 |
Как видно из таблицы 2, максимальная степень извлечения скандия из красного шлама достигается в диапазоне рН 10-11, при снижении рН ниже 9,5 происходит снижение степени извлечения скандия за счет снижения его равновесной концентрации в растворе в присутствии значительного количества примесей выщелоченного титана и железа, повышение рН выше 11 приводит также к снижению степени извлечения скандия за счет сокращения в растворе концентрации HCO3 --иона, обладающего большей комплексообразующей способностью к Sc3+ по сравнению с CO3 2-.
Выбор оптимального состава выщелачивающего агента проводили в два этапа: сначала проводили карбонизационное выщелачивание скандия при фиксированной концентрации NaHCO3 5 г/дм3 и варьировании концентрации Na2CO3 c определением оптимального диапазона концентраций Na2CO3, а затем варьировали концентрацию NaHCO3 при фиксированной концентрации Na2CO3. Остальные условия проведения экспериментов оставляли аналогичными указанным выше: рН 10,5, Т:Ж = 1:8, температура 80 °С, продолжительность процесса 3 часа, газация выщелачиваемой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2. Выбор концентрации NaHCO3 при различных концентрациях Na2CO3 обусловлен взаимной растворимостью солей в тройной системе Na2CO3-NaHCO3-H2O (Справочник экспериментальных данных по растворимости многокомпонентных водно-солевых систем. - Том первый, книга первая, Ленинград, «Химия», 1973 г., 476-477). Результаты экспериментов приведены в таблицах 3 и 4. Согласно полученным данным, оптимальная концентрация Na2CO3 в растворе выщелачивания, обеспечивающая максимальную степень извлечения скандия из красного шлама, 180-250 г/дм3. При снижении концентрации Na2CO3 происходит снижение ионов-комплексообразователей CO3 2- в системе и соответственно снижается степень перехода скандия из твердой фазы в раствор за счет образования водорастворимых комплексов. Повышение концентрации карбоната натрия выше 350 г/дм3 нецелесообразно ввиду нестабильности системы и риска кристаллизации бикарбоната натрия или троны Na2CO3×NaHCO3×2H2O. Кроме того, повешение концентрации карбоната натрия выше 300 г/дм3 обеспечивает значительное повышение вязкости системы, что приводит к увеличению продолжительности процесса отстаивания скандиевого концентрата на последующих технологических стадиях и трудностям его фильтрации.
Таблица 3
| Концентрация Na2CO3, г/дм3 | 100 | 130 | 180 | 210 | 250 | 300 | 350 | 370 |
| Степень извлечения Sc, % | 25,4 | 31,9 | 34,8 | 39,2 | 42,4 | 49,4 | 51,2 | 48,3 |
Как видно из таблицы 4, повышение концентрации NaHCO3 при фиксированной концентрации Na2CO3 происходит увеличение степени извлечения скандия из красного шлама за счет сдвига равновесия реакции образования растворимых комплексов скандия с гидрокарбонат-ионом с одной стороны и образования ультрадиспергированных пузырьков углекислого газа при термическом разложении гидрокарбоната натрия при температуре выше 50 °С, также способствующих комплексообразованию скандия. Таким образом, максимальная степень извлечения скандия при карбонизационном выщелачивании при прочих равных условиях достигается при концентрации NaHCO3 в растворе 10-50 г/дм3 при концентрации Na2CO3 180-250 г/дм3 и 2-10 г/дм3 при концентрации Na2CO3 300 г/дм3.
Таблица 4
| № опыта | Концентрация Na2CO3, г/дм3 | Концентрация NaHCO3, г/дм3 | Степень извлечения Sc, % |
| 1 | 180 | 2 | 28,1 |
| 2 | 10 | 51,8 | |
| 3 | 50 | 46,5 | |
| 4 | 100 | 37,4 | |
| 5 | 250 | 2 | 29,6 |
| 6 | 10 | 50,3 | |
| 7 | 50 | 45,8 | |
| 8 | 300 | 2 | 48,2 |
| 9 | 10 | 52,6 |
В таблице 5 приведены результаты экспериментов по изучению влияния температуры процесса выщелачивания на степень извлечения скандиевого концентрата и примесей титана, как основной примеси при следующих условиях выщелачивания: рН 10,5, Т:Ж = 1:8, состав выщелачивающего раствора 180 г/дм3 Na2CO3 и 10 г/дм3 NaHCO3, продолжительность процесса 3 часа, газация выщелачиваемой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2. Как видно, повышение температуры до 80-90°С способствует повышению степени извлечения скандия в виду улучшения кинетики реакции образования растворимых соединений скандия и снижению степени извлечения титана из-за вторичного образования нерастворимых соединений титана, что благоприятно сказывается на процессе дальнейшей переработки раствора и качестве скандиевого концентрата. Аналогичным образом ведут себя примеси железа и алюминия. Снижение концентрации примесей в продукционном скандий-содержащем растворе приводит к сокращению расхода щелочи на стадии выделения скандиевого концентрата и расхода других реагентов на стадии перечистки концентрата в оксид скандия.
Таблица 5
| Температура, ºС | Степень извлечения,Sc мас % | Степень извлечения Ti, мас.% |
| 20 | 29,3 | 6,4 |
| 40 | 34,8 | 5,3 |
| 50 | 37,5 | 3,8 |
| 80 | 47,2 | 1,7 |
| 90 | 51,9 | 0,5 |
| 100 | 48,7 | 0,1 |
В таблице 6 отражены данные, полученные по результатам исследований влияния массового соотношения Т:Ж в выщелачиваемой пульпе красного шлама на степень извлечения скандия при рН 10,5, температуре 90°С, составе выщелачивающего раствора 180 г/дм3 Na2CO3 и 10 г/дм3 NaHCO3 и продолжительности процесса выщелачивания 3 часа. Из анализа полученных данных видно, что оптимальное соотношение Т:Ж составляет 1:6 ÷ 1:14. Дальнейшее повышение Т:Ж нецелесообразно в виду сильного разбавления раствора по скандию (и, как следствие, увеличения энергозатрат на транспортировку и нагрев растворов) и увеличения расхода щелочи на стадию выделения скандиевого концентрата.
Таблица 6
| Т:Ж | 1:1 | 1:2 | 1:4 | 1:6 | 1:10 | 1:14 | 1:18 | 1:20 |
| Степень извлечения Sc мас.% | 19,3 | 37,8 | 43,2 | 48,1 | 51,2 | 51,7 | 52,0 | 52,1 |
В таблице 7 приведены экспериментальные данные по подбору оптимального времени карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама при прочих равных условиях: рН на стадии выщелачивания 10,5, температура 90°С, состав выщелачивающего раствора 180 г/дм3 Na2CO3 и 10 г/дм3 NaHCO3, Т:Ж = 1:10. Сокращение времени выщелачивания до 1-2 часов приводит к значительному снижению степени извлечения скандия, увеличение времени контакта более чем на 8 часов не приводит к увеличению степени извлечения скандия за счет того, что часть скандия сорбируется повторно на поверхности выщелоченного красного шлама или образовавшихся нерастворимых соединениях титана и железа. Таким образом, оптимальное время контакта раствора и пульпы на стадии выщелачивания скандия из красного шлама составляет 2-8 часов.
Таблица 7
| Время контакта, ч | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
| Степень извлечения Sc, мас.% | 34,5 | 48,7 | 51,7 | 51,6 | 50,2 | 49,5 | 49,3 |
Исследования процесса осаждения скандиевого концентрата проводили с использованием фильтрата карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама (продукционного скандийсодержащего раствора), полученного при установленных оптимальных параметрах процесса выщелачивания, и имевшего следующий состав: 120 г/дм3 Na2Oобщ, 15 мг/дм3 Sc2O3, 12 мг/дм3 ZrO2, 7,6 мг/дм3 TiO2, 2,4 мг/дм3 Fe2O3, 3,3 мг/дм3 Al2O3, 1,6 мг/дм3 SiO2, 13 мг/дм3 CaO.
В таблице 8 отражены результаты экспериментов по выбору оптимального значения рН на стадии осаждения скандиевого концентрата. Регулировку рН осуществляли посредством изменения дозировки раствора гидроксида натрия в продукционный раствор. Осаждение скандиевого концентрата проводили в одну стадию следующим образом: продукционный раствор нагревали до температуры 80°С, добавляли раствор гидроксида натрия, содержащий 45 масс. % NaOH и выдерживали раствор при перемешивании при данной температуре в течение двух часов. Далее проводили отстаивание пульпы скандиевого концентрата и последующую его фильтрацию. Как видно из таблицы 8, максимально полное извлечение скандия из раствора в концентрат с получением концентрата, содержащего 10,1-13,8 мас. % Sc2O3 достигается при рН 12,5-13, снижение рН способствует сохранению части скандия в растворе и получению более бедного концентрата, при повышении рН выше оптимального значения увеличивается расход щелочи, при этом улучшения качества скандиевого концентрата не происходит.
Таблица 8
| рН | 11,5 | 12,0 | 12,5 | 13,0 | 13,5 | 14 |
| Концентрация Sc2O3 в концентрате, мас.% | 2,3 | 7,2 | 13,8 | 10,1 | 9,8 | 9,5 |
В таблице 9 приведены данные по влиянию температуры на стадии осаждения скандиевого концентрата на полноту его осаждения при рН 12,5 и продолжительности процесса 2 часа. Как видно, минимальное содержание скандия в маточном растворе осаждения концентрата наблюдалось при температуре 80-100 °С. При уменьшении температуры ниже 60 ºС снижается степень извлечения скандия из раствора в концентрат из-за того, что при данных условиях часть скандия не связывается в малорастворимые гидроксокомплексы.
Таблица 9
| Температура, °С | 40 | 50 | 60 | 80 | 90 | 100 |
| Концентрация Sc2O3 в маточном растворе, мг/дм3 | 1,7 | 1,1 | 0,5 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
Определение оптимальной продолжительности процесса выделения скандиевого концентрата из продукционного раствора указанного выше состава проводили при рН 12,5 и температуре 80 °С. Как видно из таблицы 10, оптимальная продолжительность процесса осаждения скандиевого концентрата составляет 1-3 часа. Увеличение продолжительности процесса осаждения скандиевого концентрата не влияет на качество получаемого концентрата, но ведет к перерасходу энергоресурсов.
Таблица 10
| Продолжительность, ч | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 3 | 4 |
| Концентрация Sc2O3 в маточном растворе, мг/дм3 | 1,0 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
В результате проведенных исследований по карбонизационному выщелачиванию скандия из скандий-содержащего материала и выделению скандиевого концентрата определены оптимальные режимы основных операций процесса, а именно:
а) Приготовление пульпы скандий-содержащего материала для выщелачивания
- исходный скандий-содержащий материал репульпируется раствором, содержащим 130÷350 г/дм3 Na2CO3 и 2÷100 г/дм3 NaHCO3, предпочтительно 180÷250 г/дм3 Na2CO3 и 10÷50 г/дм3 NaHCO3
- массовое соотношение Т:Ж = 1: 2÷20 в пульпе, предпочтительно 1:6 ÷ 10;
б) Карбонизационное выщелачивание скандия из скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия:
- рН пульпы на стадии выщелачивания 9,5-11, предпочтительно 10÷11;
- температура процесса 20-90 °С, предпочтительно 80-90 °С;
- время контакта 2÷10 часов, предпочтительно 2-8 часов;
- поддержание рН пульпы проводится посредством газации газо-воздушной смесью, содержащей CO2;
в) осаждение скандиевого концентрата посредством обработки скандий-содержащего раствора, полученного после фильтрации пульпы выщелоченного скандий-содержащего материала, раствором щелочи:
- рН осаждения скандиевого концентрата 12÷13,5, предпочтительно 12,5 ÷13,5;
- осаждение скандиевого концентрата проводится раствором гидроксида натрия в одну стадию;
- температура процесса 50-100 °С, предпочтительно 80-90 °С;
- время контакта 1÷3 часа;
г) газация маточного раствора осаждения скандиевого концентрата для восстановления необходимого соотношения Na2CO3 и NaHCO3
- температура процесса 15÷50 °С, предпочтительно 20÷40 °С
- газация газо-воздушной смесью, содержащей CO2
На фиг.1 приведена принципиальная блок-схема заявленного способа извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, которая включает в себя ряд основных технологических стадий:
- репульпация кека скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия;
- карбонизационное выщелачивание скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия;
- фильтрация выщелоченной пульпы;
- осаждение скандиевого концентрата посредством обработки скандий-содержащего фильтрата раствором щелочи;
- газация маточного раствора осаждения скандиевого концентрата газо-воздушной смесью, содержащей CO2.
Осуществление заявляемого способа и его преимущества перед прототипом подтверждаются следующими примерами.
Пример 1
В реакторе, объемом 1 дм3 репульпировали 115 г кека влажного красного шлама (влажность 30,3 %, химический состав приведен в Таблице 1), полученного при фильтрации пульпы исходного красного шлама «РУСАЛ Краснотурьинск», раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия состава 230 г/дм3 Na2CO3 и NaHCO3 25 г/дм3, доведя общий объем пульпы до 850 мл. Полученную пульпу поместили в термостат, нагрели до температуры 85 °С и выдерживали при данной температуре 4 часа при непрерывном контроле рН и поддержании его на уровне 10,5 посредством газации пульпы углекислым газом, подаваемым из баллона. Полученную выщелоченную пульпу красного шлама фильтровали под вакуумом, кек выщелоченного красного шлама промывали водой объемом 100 мл и направляли на анализ. Концентрация Sc2O3 в фильтрате выщелачивания красного шлама (продукционном растворе) составила 7,82 мг/дм3. Химический состав кека выщелоченного красного шлама (масс.%) приведен в таблице 11.
Таблица 11
| Sc2O3 | ZrO2 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | P2O5 | CaO | MgO | Na2O | MnO | SO3 |
| 0,0092 | 0,053 | 4,7 | 12,5 | 43,1 | 4,1 | 0,9 | 9,1 | 0,8 | 2,7 | 0,2 | 2,8 |
Исходя из данных по содержанию скандия в исходном красном шламе (Таблица 1) и в кеке выщелоченного красного шлама (Таблица 11), степень извлечения скандия на стадии карбонизационного выщелачивания скандия составила 51,6 %, что на 22,5 % выше, чем по прототипу.
Пример 2
Фильтрат выщелачивания красного шлама, полученный при карбонизационном выщелачивании красного шлама при параметрах примера 1, переливали в реактор объемом 2 дм3 и нагревали до температуры 80 °С, далее добавляли концентрированный раствор щелочи с концентрацией 45 % по NaOH до достижения рН 12,5. Выдерживали полученную пульпу скандиевого концентрата при данной температуре в течение 1 часа, проводили отстаивание скандиевого концентрата в течение 4 часов, далее осветленный слой маточного раствора декантировали, а сгущенную пульпу фильтровали под вакуумом и промывали водой. Получали скандиевый концентрат, химический состав которого (масс.%) приведен в таблице 12.
Таблица 12
| Sc2O3 | ZrO2 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | TiO2 | P2O5 | CaO | MgO | Na2O | K2O | MnO | SO3 |
| 13,8 | 14,4 | 3,8 | 0,4 | 4,2 | 9,6 | 3,5 | 12,0 | 0,6 | 1,4 | <0,15 | 0,29 | 2,8 |
Таким образом, за счет использования предложенного способа извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, основанного на карбонизационном выщелачивании скандия при установленных оптимальных параметрах и последующем осаждении скандиевого концентрата в одну стадию достигается повышение степени извлечения скандия, упрощение аппаратурно-технологической схемы и сокращение расхода реагентов, что приводит к значительному снижению операционных и капитальных затрат.
Claims (10)
1. Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов, включающий репульпацию кека скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия, карбонизационное выщелачивание пульпы скандий-содержащего материала раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия, фильтрацию и осаждение скандиевого концентрата, отличающийся тем, что карбонизационное выщелачивание пульпы ведут раствором смеси карбоната и гидрокарбоната натрия с концентрацией 130-350 г/дм3 Na2CO3 и 2-100 г/дм3 NaHCO3 при рН пульпы 9,5-11,0, при этом для поддержания необходимого значения рН пульпы осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO2, а осаждение скандиевого концентрата проводят в одну стадию посредством обработки раствора, полученного после стадии фильтрации пульпы скандий-содержащего материала, раствором щелочи.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для газации пульпы в процессе карбонизационного выщелачивания используют сжиженный CO2 и/или газообразный CO2 дымовых газов промышленных печей.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что карбонизационное выщелачивание пульпы проводят при массовом соотношении Т:Ж = 1:2-20.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что карбонизационное выщелачивание пульпы проводят в течение 2-10 ч.
5. Способ по п. 1, отличающий тем, что карбонизационное выщелачивание пульпы проводят при температуре 20-90°С.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение скандиевого концентрата проводят раствором щелочи при рН 12-13,5.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение скандиевого концентрата проводят при температуре 50-100°С.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осаждение скандиевого концентрата проводят в течение 1-3 ч.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор, полученный после осаждения скандиевого концентрата, подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей CO2, до восстановления необходимого соотношения Na2CO3 и NaHCO3 при температуре 15-50°С и вновь направляют на репульпацию новой порции кека скандий-содержащего материала.
10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве раствора щелочи на стадии осаждения скандиевого концентрата используют раствор гидроксида натрия или раствор гидроксида калия, или водный раствор аммиака.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020109988A RU2729282C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов |
| CA3174993A CA3174993A1 (en) | 2020-03-10 | 2020-10-28 | A method for the extraction of scandium from scandium-containing materials |
| JP2022549351A JP7407295B2 (ja) | 2020-03-10 | 2020-10-28 | 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 |
| PCT/RU2020/050298 WO2021182998A1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-10-28 | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов |
| EP20924075.3A EP4119685A4 (en) | 2020-03-10 | 2020-10-28 | PROCESS FOR EXTRACTING SCANDIUM FROM SCANDIUM-CONTAINING MATERIALS |
| CN202080097651.0A CN115176040B (zh) | 2020-03-10 | 2020-10-28 | 一种从含钪材料中提取钪的方法 |
| US17/942,024 US20230020915A1 (en) | 2020-03-10 | 2022-09-09 | Method for extracting scandium from scandium-containing materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020109988A RU2729282C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2729282C1 true RU2729282C1 (ru) | 2020-08-05 |
Family
ID=72085762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020109988A RU2729282C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230020915A1 (ru) |
| EP (1) | EP4119685A4 (ru) |
| JP (1) | JP7407295B2 (ru) |
| CN (1) | CN115176040B (ru) |
| CA (1) | CA3174993A1 (ru) |
| RU (1) | RU2729282C1 (ru) |
| WO (1) | WO2021182998A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117902581A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-04-19 | 青岛核盛智能环保设备有限公司 | 赤泥高效脱碱三稀元素富集高值化分解利用工艺 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078044C1 (ru) * | 1995-06-06 | 1997-04-27 | Владимир Иванович Зубарев | Способ комплексной переработки алюмосиликатного сырья |
| WO2012126092A1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | Orbite Aluminae Inc. | Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials |
| RU2630183C1 (ru) * | 2016-11-11 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ извлечения скандия из красных шламов |
| RU2647398C2 (ru) * | 2016-08-04 | 2018-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Получение скандийсодержащего концентрата и последующее извлечение из него оксида скандия повышенной чистоты |
| RU2692709C2 (ru) * | 2017-06-21 | 2019-06-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства |
| CN108411110B (zh) * | 2018-06-04 | 2019-08-16 | 四川英创环保科技有限公司 | 一种稀土料液除杂工艺 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2247788C1 (ru) * | 2003-06-24 | 2005-03-10 | Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии наук | Способ получения оксида скандия из красного шлама |
| RU2483131C1 (ru) | 2011-12-26 | 2013-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН | Способ получения оксида скандия из красного шлама |
| CN103468948B (zh) * | 2013-08-15 | 2015-06-03 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 含钪氢氧化镍钴综合回收金属的方法 |
| 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 |
| CN105483383B (zh) | 2015-12-03 | 2018-01-19 | 遵义能矿投资股份有限公司 | 一种拜耳法赤泥粉末回收铝、铁、钪的工艺 |
| RU2694866C1 (ru) | 2019-02-18 | 2019-07-17 | Акционерное Общество "Группа компаний "Русредмет" (АО "ГК "Русредмет") | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья |
-
2020
- 2020-03-10 RU RU2020109988A patent/RU2729282C1/ru active
- 2020-10-28 CA CA3174993A patent/CA3174993A1/en active Pending
- 2020-10-28 JP JP2022549351A patent/JP7407295B2/ja active Active
- 2020-10-28 EP EP20924075.3A patent/EP4119685A4/en active Pending
- 2020-10-28 WO PCT/RU2020/050298 patent/WO2021182998A1/ru active Application Filing
- 2020-10-28 CN CN202080097651.0A patent/CN115176040B/zh active Active
-
2022
- 2022-09-09 US US17/942,024 patent/US20230020915A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2078044C1 (ru) * | 1995-06-06 | 1997-04-27 | Владимир Иванович Зубарев | Способ комплексной переработки алюмосиликатного сырья |
| WO2012126092A1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | Orbite Aluminae Inc. | Processes for recovering rare earth elements from aluminum-bearing materials |
| RU2647398C2 (ru) * | 2016-08-04 | 2018-03-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Получение скандийсодержащего концентрата и последующее извлечение из него оксида скандия повышенной чистоты |
| RU2630183C1 (ru) * | 2016-11-11 | 2017-09-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ извлечения скандия из красных шламов |
| RU2692709C2 (ru) * | 2017-06-21 | 2019-06-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства |
| CN108411110B (zh) * | 2018-06-04 | 2019-08-16 | 四川英创环保科技有限公司 | 一种稀土料液除杂工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115176040B (zh) | 2024-06-18 |
| US20230020915A1 (en) | 2023-01-19 |
| EP4119685A4 (en) | 2024-06-26 |
| CN115176040A (zh) | 2022-10-11 |
| CA3174993A1 (en) | 2021-09-16 |
| JP2023525618A (ja) | 2023-06-19 |
| JP7407295B2 (ja) | 2023-12-28 |
| WO2021182998A1 (ru) | 2021-09-16 |
| EP4119685A1 (en) | 2023-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11396452B2 (en) | Method for preparing lithium concentrate from lithium-bearing natural brines and processing thereof into lithium chloride or lithium carbonate | |
| RU2597096C2 (ru) | Способы получения оксида титана и различных других продуктов | |
| RU2647398C2 (ru) | Получение скандийсодержащего концентрата и последующее извлечение из него оксида скандия повышенной чистоты | |
| JP6336469B2 (ja) | スカンジウム高含有のスカンジウム含有固体材料の生産方法 | |
| KR102707582B1 (ko) | 수산화리튬의 제조 방법 | |
| JP2021172537A (ja) | 水酸化リチウムの製造方法 | |
| RU2669737C1 (ru) | Способ получения оксида скандия из скандийсодержащих концентратов | |
| CA2736379A1 (en) | Process for the production of high purity magnesium hydroxide | |
| CN115427593A (zh) | 从碱性炉渣材料中回收钒 | |
| US4548795A (en) | Treatment of aluminous materials | |
| CN101016581A (zh) | 一种从含镍蛇纹石中综合高效回收镍镁资源的方法 | |
| JP2023073299A (ja) | 水酸化リチウムの製造方法 | |
| RU2729282C1 (ru) | Способ извлечения скандия из скандий-содержащих материалов | |
| US3890427A (en) | Recovery of gallium | |
| RU2694866C1 (ru) | Способ извлечения скандия из скандийсодержащего сырья | |
| RU2562183C1 (ru) | Способ получения скандиевого концентрата из красного шлама | |
| KR100277503B1 (ko) | 석유탈황 폐촉매로부터 니켈 및 바나디움과 몰리브덴의 분리, 회수방법 | |
| CA2989832C (en) | Method for recovering scandium from red mud left from alumina production | |
| RU2292300C1 (ru) | Способ переработки серпентинита | |
| WO2022056230A1 (en) | Weak acid lixiviants for selective recovery of alkaline earth metals | |
| JPS5818416B2 (ja) | 超塩基性岩から金属、特にニッケル、コバルトおよびその他の物質たとえば岩粉や赤泥を採取する方法 | |
| GB2185248A (en) | Recovery of titanium dioxide from ilmenite-type ores | |
| EP4435121A1 (en) | Recovery of li-salts from ores | |
| CN117626009A (zh) | 一种从稀土料液配合除铁、铝的方法 | |
| RU2112813C1 (ru) | Способ извлечения галлия из растворов при переработке алюминиевого сырья методом спекания |