Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама

 

Изобретение относится к способу извлечения скандия и РЗЭ из красного шлама восстановительной плавкой с получением шлака, обогащенного по скандию и РЗЭ, и кислотным выщелачиванием скандия и РЗЭ. Целью является повышение извлечения скандия и РЗЭ в кислотный раствор, снижения потерь кислоты и удешевления способа. Перед восстановительной плавкой исходное сырье с криолитом подвергают плавке при 1000^oC с последующим разделением продуктов плавки на жидкую и твердую фазы. Жидкую фазу после охлаждения и кристаллизации выщелачивают щелочным раствором с получением из него криолита и подачей его с исходным сырьем на плавку. Твердую фазу подвергают восстановительной плавке, а кислотному выщелачиванию подвергают шлак после восстановительной плавки.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии глиноземного производства, производству редких цветных металлов. Постоянно возрастающий спрос современной техники и технологий на соединения скандия и редкоземельных элементов (РЗЭ) требует расширения сырьевой базы с использованием обогащенного по Sc и ΣРЗЭ алюминийсодержащего сырья, в частности красного шлама некоторых глиноземных заводов. Известен способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанный на кислотной обработке с получением растворимых соединений скандия [1] Недостатками данного способа являются сильное загрязнение кислотного раствора соединениями основных компонентов, содержащихся в шламе (Fe₂O₃, Al₂O₃, TiO₂ и др.), низкая концентрация скандия в кислотном растворе, что затрудняет его выделение из раствора, значительный расход кислоты. Известны способы извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанные на магнитной сепарации с получением магнитной фракции, обогащенной по скандию [2-3] Недостатками данных способов являются высокие потери Sc с немагнитной фракцией, невысокие степени концентрирования. За прототип заявляемого способа принят способ извлечения Sc и SРЗЭ из красного шлама, включающий составление шихты, ее обжиг и плавку, разделение продуктов плавки с получением обогащенного по Sc и SРЗЭ продукта, сернокислотное вскрытие. При плавке вводят металлический алюминиевый лом для восстановления оксидов кремния и титана, содержащихся в красном шламе, а добавление известкового компонента при плавке проводят из расчета на образование алюмината кальция из оксида алюминия красного шлама и оксида алюминия, образующегося при восстановлении оксидов кремния и титана алюминием [4] Недостатками данного способа являются невысокая степень извлечения Sc и SРЗЭ в кислотный раствор; существенные потери Sc и SРЗЭ с образующимся при сернокислотном вскрытии гипсом; шламы содового выщелачивания разубожены по Sc и SРЗЭ из-за значительного содержания соединений кальция; значительный расход кислоты; расход металлического алюминия. Целью данного изобретения является повышение извлечения Sc и SРЗЭ, снижение потерь кислоты и удешевление способа. Это происходит за счет растворения в криолите при плавке основных компонентов красного шлама (СаО, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂) и их вывода с получением твердой фазы, обогащенной по Sc и SРЗЭ, что значительно облегчает и удешевляет ее дальнейшую переработку, многократной регенерации и использования криолита в технологическом процессе. Указанная цель достигается тем, что в способе извлечения Sc и SРЗЭ из красного шлама глиноземного производства, включающем составление шихты, ее обжиг и плавку, разделение продуктов плавки с получением обогащенного по Sc и SРЗЭ продукта, сернокислотное вскрытие, в качестве компонента шихты используют криолит, разделение продуктов плавки на жидкую и твердую фазы проводят фильтрацией, осуществляют восстановительную плавку твердой фазы с получением богатого концентрата Sc и SРЗЭ, охлажденную и откристаллизованную жидкую фазу плавки выщелачивают щелочным раствором с отделением осадка и получением фторалюминатного щелочного раствора, карбонизируют фторалюминатный щелочной раствор с получением и отделение криолита и возвращают его на составление шихты. Процесс разделения компонентов красного шлама с получением концентрата Sc и SРЗЭ обусловлен различной растворимостью оксидов металлов в расплаве криолита. Так, например, при температуре 1000^oC предельная растворимость в криолите составляет, мас. Al₂O₃ 16,00; CaO 10,50; TiO₂ 4,87; Na₂O 23,0; Fe₂O₃ 0,18. Фильтрация криолитового расплава через графитовое полотно возможна из-за невысокой температуры плавки 1000^oC и невысокой вязкости расплава (2-4)·10^-2 П. Полученная твердая фаза состоит в основном из оксидов железа, обогащена по Sc и SРЗЭ и может быть легко подвергнута восстановительной плавке с отделением чугуна и обогащенного концентрата Sc и SРЗЭ, который подвергается сернокислотному выщелачиванию с получением богатого по Sc и SРЗЭ кислотного раствора. Образующаяся после фильтрации жидкая фаза, представляет собой криолит, загрязненный примесями, обрабатывается щелочным раствором. Одними из основных протекающих реакций являются: Na₃AlF₆ + 4NaOH 6NaF + NaAlO₂ + 2H₂O SiO₂ + 2NaOH Na₂SiO₃ + H₂O Al₂O₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O 1,7 Na₂SiO₃ + 2NaAlO₂ + 3,4 H₂O NaO₂·Al₂O₃·1,7 SiO· 1,7 H₂O + 3,4NaOH Оксиды титана и железа практически не вступают во взаимодействие со щелочными растворами и сразу переходят в осадок при растворении загрязненного криолита. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве компонента шихты используют криолит, разделение продуктов плавки на жидкую и твердую фазы проводят фильтрацией, осуществляют восстановительную плавку твердой фазы с получением богатого концентрата Sc и SРЗЭ, охлажденную и откристаллизованную жидкую фазу плавки выщелачивают щелочным раствором с отделением осадка и получением фторалюминатного щелочного раствора, карбонизируют фторалюминатный щелочной раствор с получением и отделением криолита и возвращают его на составление шихты. Существенными отличиями способа от известного являются: получение более богатых по Sc и SПЗЭ концентратов, более концентрированных по Sc и SРЗЭ кислотных растворов. При совокупности отличительных существенных признаков возможно достижение целей, таких как повышение извлечения Sc и SРЗЭ в кислотный раствор, снижение потерь кислоты и удешевление способа. Примеры осуществления способа. По прототипу 30 г сухого красного шлама одного из глиноземных заводов состава, мас. Al₂O₃ 7,3; Fe₂O₃ 52,0; TiO₂ 6,6; SiO₂ 1,40; CaO 14,1; Na₂O 1,45; Sc₂O₃ 0,017; S оксидов РЗЭ 0,015; растерты и смешаны с 4,0 г СаСО₃ марки "ЧДА", 5,7 г коксика, добавлено 8 капель раствора сульфитно-спиртовой барды и проведено на лабораторном прессе формование таблеток. Таблетки помещены в алундовый тигель и прокалены при температуре 1250^oC. В расплав внесено 1,5 г разрезанных гранул металлического алюминия марки "ЧДА", перемешаны в тигле графитовой палочкой, при этом происходило кратковременное повышение температуры. Расплав выдержан при температуре 1750^oC в течение 60 мин, далее тигель извлечен из печи, расплав вылит в изложницу, охлажден и разделен на сплав и шлак. Получено 12,1 г сплава, состава, мас. Fe 89,2; Ti 8,9; Si 1,34; Al 0,5 и шлака 14,6 г состава, мас. CaO 44,3; Al₂O₃ 52,6; Sc₂O₃ 0,026; S оксидов РЗЭ 0,022. Алюминиево-кальциевый шлак растерт до крупности минус 100 меш. Измельченный алюминиево-кальциевый шлак подвергли выщелачиванию 170 мл синтетического содового раствора (Na₂O_кб 80 г/дм³) при температуре 70^oC и непрерывном перемешивании в течение 120 мин для каустификации раствора и перевода Al₂O₃ в раствор. Пульпу фильтровали. Объем полученного фильтрата 159 мл состава, г/дм³: Al₂O₃ 24,0; Na₂O_к 73,1; Na₂O_об 78,2. Осадок на фильтре промыт 150 мл горячей дистиллированной воды. Объем промводы 140 мл состава, г/дм³; Al₂O₃ 4,01; Na₂O_к 8,2; Na₂O_об 13,0. Осадок высушен при температуре 105^oC и прокален в муфельной печи при температуре 1200^oC в течение 120 мин. Вес прокаленного осадка 10,42 г. Состав, мас. CaO 62,0; Al₂O₃ 31,4; Sc₂O₃ 0,0287; S оксидов РЗЭ 0,0326. Осадок после прокалки растерт до крупности минус 100 меш. и обработан 52 мл концентрированной серной кислоты, пульпа нагрета до 130^oC и при постоянном перемешивании проведено выщелачивание в течение 240 мин. Пульпа отфильтрована под вакуумом. Осадок на фильтре промыт горячей дистиллированной водой 100 мл. Остаток от выщелачивания высушен при температуре 105^oC. Вес остатка от сернокислотного выщелачивания 13,7 г состава, мас. CaO 46,7; SO₃ 44,2; Sc₂O₃ 0,008; Sоксидов РЗЭ 0,006. Объем фильтрата 38 мл состава, г/дм³: Sc₂O₃ 0,064; Sоксидов РЗЭ 0,056. Объем промвод 91 мл состава, г/дм³: Sc₂O₃ 0,003; Sоксидов РЗЭ 0,0026. Общее извлечение Sc₂O₃ по прототипу: Общее извлечение оксидов РЗЭ по прототипу: По предлагаемому способу 30 г сухого красного шлама одного из глиноземных заводов, состава, мас. Al₂O₃ 7,3; Fe₂O₃ 52,0; TiO₂ 6,6; SiO₂ 1,40; CaO 14,1; Na₂O 1,45; Sc₂O₃ 0,017; Σоксидов РЗЭ 0,015 растерты и перемешаны с 100 г криолита (Na₃AlF₆) марки "ЧДА" состава, мас. Na 32,8; Al 12,9; F 52,2, добавлено 10 капель сульфитно-спиртовой барды и проведено на лабораторном прессе формование таблеток. Таблетки помещены в графитовый тигель и прокалены при температуре 500^oC в течение 60 мин в муфельной печи. Спеченные таблетки расплавлены при температуре 1000^oC, перемешаны в тигле графитовой палочкой. Расплав при данной температуре выдержан в течение 60 мин. Содержимое тигля отфильтровано через графитовую ткань, нагретую предварительно в той же печи. На фильтре получено 16,3 г твердой фазы, состава, мас. Fe₂O₃ 92,63; Sc₂O₃ 0,030; Sоксидов РЗЭ 0,0271. Получено 110,0 г охлажденной откристаллизованной жидкой фазы, состава, мас. Al 12,86; Na 30,7; F 47,45; TiO₂ 1,53; SiO₂ 0,34; Ca 2,54. Охлажденную жидкую фазу выщелачивали 1100 мл синтетического щелочного раствора состава, г/дм³: Na₂O_к 140,0; при Ж:Т 10:1, температуре 70^oC и при постоянном перемешивании в течение 60 мин. Пульпа отфильтрована под вакуумом. Осадок на фильтре промыт горячей дистиллированной водой. Осадок высушен при температуре 105^oC. Вес высушенного осадка 9,23 г, состава, мас. TiO₂ 17,33; SiO₂ 4,00; Ca 30,34; F 29,2. Полученный фторалюминатный щелочной раствор карбонизировали при температуре 70^oC, расходе углекислого газа 2 дм³/мин до рН 10,5, отфильтровывали под вакуумом выпавший осадок криолита, промывали горячей дистиллированной водой. Осадок высушен при температуре 105^oC. Вес полученного осадка 91,5 г состава, мас. F 54,1; Al₂O₃ 12,8, Na 32,8. Потери криолита в технологической схеме составили . 16,0 г полученной после плавки твердой фазы смешено с 3,2 г коксика, помещено в графитовый тигель и проведена восстановительная плавка при температуре 1750^oC в индукционной электропечи в течение 120 мин. Тигель был извлечен из печи, его содержимое вылито в изложницу, охлаждено и проведено разделение шлака и чугуна. Получено 14,8 г чугуна и 1,5 г шлака, состава, мас. SiO₂ 25,3; Al₂O₃ 20,4; CaO 13,3; TiO₂ 15,0; Sc₂O₃ 0,28; Σоксидов РЗЭ 0,246. Шлак растерт до крупности 100 меш. и обработан 7,5 мл концентрированной серной кислоты марки "ОСЧ", пульпа нагрета до 130^oC и при постоянном перемешивании проведено выщелачивание в течение 240 мин. Пульпа отфильтрована. Осадок на фильтре промыт 15 мл горячей дистиллированной воды и высушен. Вес высушенного осадка 0,90 г состава, мас. CaO 21,1; SO₃ 30,0; SiO₂ 40,2; Al₂O₃ 6,6; Sc₂O₃ 0,0065; Sоксидов РЗЭ 0,004. Объем фильтрата 7 мл состава, г/дм³: TiO₂ 25,70; Al₂O₃ 29,42; Sc₂O₃ 0,524; S оксидов РЗЭ 0,45. Объем промводы 14,5 мл, состава, г/дм³: TiO₂ 1,37; Al₂O₃ 1,25; Sc₂O₃ 0,0276; Sоксидов РЗЭ 0,024. Общее извлечение Sc₂O₃ по предлагаемой схеме:

Общее извлечение Σ оксидов РЗЭ по предлагаемой схеме:

По предлагаемому способу может быть дополнительно извлечено из красного шлама 45,5 г Sc₂O₃ и 37,8 г Σ оксидов РЗЭ, при этом на 1,48 м³ снижается расход серной кислоты.

Формула изобретения

Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама, включающий восстановительную плавку с получением шлака, обогащенного по скандию и редкоземельным элементам, кислотное выщелачивание скандия и редкоземельных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения скандия и редкоземельных элементов, снижения потерь кислоты и удешевления способа, перед восстановительной плавкой исходное сырье в смеси с криолитом подвергают плавке при 1000^oС с последующим разделением продуктов плавки на жидкую и твердую фазы, жидкую фазу после охлаждения и кристаллизации выщелачивают щелочным раствором с получением из него криолита и подачей его с исходным сырьем на плавку, твердую фазу подвергают восстановительной плавке, а кислотному выщелачиванию подвергают шлак после восстановительной плавки.

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---