Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного глиноземного производства

 

Изобретение относится к технологии глиноземного производства, к попутному извлечению редких цветных металлов, в частности к извлечению скандия и редкоземельных элементов из красного шлама. Цель изобретения - повышение извлечения скандия и редкоземельных элементов, снижение потерь кислоты и удешевление способа. Это достигается использованием в качестве шлакообразующего компонента карбоната бария, выщелачиванием шлака водой с отделением концентрата скандия и редкоземельных элементов и обработкой полученного фильтрата производственным маточным раствором глиноземного производства с отделением барийсодержащего осадка и возвратом его на обжиг. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии глиноземного производства, производству редких цветных металлов. Устойчиво возрастающий спрос современной техники и технологии на соединения скандия и редкоземельных элементов требует расширения сырьевой базы с использованием обогащенного по скандию и редкоземельным элементам алюминийсодержащего сырья. Известен способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанный на кислотной обработке с получением растворимых соединений скандия. Недостатками данного способа являются сильное загрязнение кислотного раствора соединениями основных компонентов, содержащихся в красном шламе (Fe₂O₃, Al₂O₃, TiO₂ и др.), низкая концентрация Sc в кислотном растворе, что значительно затрудняет его выделение из раствора, большой расход кислоты. Известны способы извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанные на магнитной сепарации с получением магнитной фракции, обогащенной по скандию. Недостатками данных способов являются высокие потери Sc с немагнитной фракцией, невысокие степени концентрирования. За прототип заявляемого способа принят способ извлечения Sc и РЗЭ из красного шлама глиноземного производства, включающий восстановительный обжиг красного шлама с твердым углеродистым восстановителем, плавку огарка с введением алюминия в виде металлического лома в количестве, необходимом для восстановления оксидов Si и Ti, содержащихся в красном шламе, и с добавлением известкового компонента из расчета на образование алюмината кальция из оксида алюминия красного шлама и оксида алюминия, образующихся при восстановлении оксидов Si и Ti металлическим алюминием, содовое выщелачивание шлака с извлечением в растворе глинозема, промывку и прокалку шламов содового выщелачивания, сернокислотное вскрытие шламов содового выщелачивания. Недостаками данного способа являются: невысокая степень извлечения Sc и РЗЭ в кислотный раствор; существенные потери Sc и РЗЭ с образующимся при сернокислотном вскрытии гипсом; шламы содового выщелачивания разубожены по Sc и РЗЭ из-за значительного содержания соединений кальция; значительный расход кислоты. Целью изобретения является повышение извлечения скандия и редкоземельных элементов в кислотный раствор, снижение потерь кислоты и удешевление способа за счет получения легкорастворимых в водном растворе соединений в шлаке после плавки, многократного использования соединений бария в процессе и получение богатых по скандию и редкоземельным элементам концентратов. Указанная цель достигается тем, что в известном способе извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама глиноземного производства, включающем восстановительный обжиг красного шлама с твердым углеродистым восстановителем, плавку огарка с введением алюминия в виде металлического лома для восстановления оксидов кремния и титана, содержащихся в красном шламе и получением Fe-Ti-Si сплава и шлака, выщелачивание шлака, отделение и промывку концентрата скандия и редкоземельных элементов и его кислотное выщелачивание, в качестве шлакообразующего компонента используют карбонат бария, выщелачивание шлака ведут водой с отделением концентрата скандия и редкоземельных элементов и обработкой полученного фильтра произведенным маточным раствором глиноземного производства с отделением барийсодержащего осадка и возвратом его на обжиг. Процесс шлакообразования в присутствии карбоната бария обусловлен взаимодействием его при нагревании с оксидом алюминия с образованием моноалюмината бария. Одними из основных протекающих реакций являются Процесс выщелачивания шлака водой обусловлен высокой растворимостью моноалюмината бария в воде, что способствует повышению содержания Sc и РЗЭ в твердом остатке от выщелачивания. Процесс обработки водных растворов моноалюмината бария производственным маточным раствором глиноземного производства объясняется высокой каустифицирующей способностью моноалюмината бария. При этом обеспечивается удаление из щелочеалюминатных растворов примесей органики, карбонатов. Шлам от обработки водного раствора моноалюмината бария производственным маточным раствором глиноземного производства может быть направлен на подготовку шихты спекания, т. к. в основном состоит из карбоната бария. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что в качестве шлакообразующего компонента используют карбонат бария, выщелачивание шлака ведут водой с отделением концентрата скандия и редкоземельных элементов и обработкой полученного фильтрата производственным маточным раствором глиноземного производства с отделением барийсодержащего осадка и возвратом его на обжиг. Существенными отличиями предлагаемого способа от известного являются получение более богатых по Sc и РЗЭ концентратов, более концентрированных по Sc и РЗЭ кислотных растворов, возможность каустификации растворами моноалюмината бария производственного маточного раствора глиноземного производства. По прототипу 35,25 г красного шлама состава, мас. Al₂O₃ 7,30; Fe₂O₃ 51,1; TiO₂ 6,52; SiO₂ 1,36; CaO 14,2; Sc₂O₃ 0,010; Σ оксидов РЗЭ 0,011, смешано при растирании с 5,0 г СаСО₃ марки чда, 6,7 г коксика, добавлено 10 капель раствора сульфитно-спиртовой барды и проведено на лабораторном прессе формование таблеток. Таблетки помещены в алундовый тигель и прокалены при 1250^oC в течение 120 мин в муфельной печи. Спеченные таблетки перенесены в графитовый тигель и помещены в индукционную электропечь, в которой расплавлены при 1750^oC. В расплав внесено 1,76 г разрезанных гранул металлического алюминия марки чда, перемешаны в тигле графитовой палочкой, при этом происходило кратковременное повышение температуры расплава до 1850^oC. Расплав выдерживали при 1750^oC в течение 60 мин, далее тигель извлекали из печи, выливали расплав в изложницу, охлаждали и разделяли сплав и шлак. Получено 14,2 г сплава состава, мас. Fe 85,2; Ti 9,1; Si 1,34; Al 4,5 и 17,2 г шлака состава, мас. CaO 45,3; Al₂O₃ 23,2; Sc₂O₃ 0,018; S оксидов РЗЭ 0,02. Алюминиево-кальциевый шлак растирали до крупности 100 меш. Измельченный алюминиево-кальциевый шлак подвергали выщелачиванию 200 мл синтетического содового раствора (Na₂O_кб 80 г/дм³) при 70^oC и непрерывном перемешивании содового раствора и перевода Al₂O₃ в раствор. Пульпу фильтровали. Объем полученного фильтрата 187 мл, состава, г/дм³: Al₂O₃ 14,4; Na₂O_к 72,6; Na₂O_o 78,4. Осадок на фильтре промыт 150 мл горячей дистиллированной воды. Объем промвод 140 мл, состава, г/дм³: Al₂O₃ 2,14; Na₂O_к 8,0; Na₂O_o 12,86. Осадок высушен при 105^oC и прокален в муфельной печи при 1200^oC в течение 120 мин. Масса прокаленного осадка 9,48 г состава, мас. CaO 68,25; Al₂O₃ 10,68; Sc₂O₃ 0,0338; S оксидов РЗЭ 0,0359. Осадок после прокалки растерт до крупности -100 меш и обработан 47,4 мл концентрированной серной кислоты, пульпа нагрета до 130^oC и при постоянном перемешивании проведено выщелачивание в течение 240 мин. Пульпу фильтровали под вакуумом. Осадок на фильтре промывали горячей дистиллированной водой 100 мл. Остаток от выщелачивания сушили при температуре 105^oC. Масса остатка от сернокислотного выщелачивания 14,9 г состава, мас. CaO 31,0; SO²₃^- 44,2; Sc₂O₃ 0,007; Σ оксидов РЗЭ 0,004. Объем фильтрата 30 мл состава, г/дм³: Sc₂O₃ 0,065; S оксидов РЗЭ 0,08. Объем промвод 90 мл состава, г/дм³: Sc₂O₃ 0,0024; S оксидов РЗЭ 0,0031. Общее извлечение Sc₂O₃ по прототипу: Общее извлечение Σ оксидов РЗЭ по прототипу:
По предлагаемому способу 33,51 г красного шлама состава, мас. Al₂O₃ 7,76; Fe₂O₃ 53,80; TiO₂ 6,81; SiO₂ 1,58; CaO 13,1; Sc₂O₃ 0,010; Σ оксидов РЗЭ 0,012, смешано при растирании с 6 г ВаСО₃ марки чда и 6,7 г коксика, в смесь добавлено 10 капель раствора сульфитно-спиртовой барды и на лабораторном прессе проведено формование таблеток. Таблетки помещены в алундовый тигель и прокалены при 1250^oC в течение 120 мин в муфельной печи. Спеченные таблетки перенесены в графитовый тигель и помещены в индукционную электропечь, в которой расплавлены при 1750^oC. В расплав внесено 1,76 г разрезанных гранул металлического алюминия марки чда, перемешаны в тигле графитовой палочкой, при этом происходило кратковременное повышение температуры расплава. Расплав выдерживали при 1750^oC в течение 60 мин, далее тигель извлекали из печи, выливали расплав в изложницу, охлаждали и разделяли сплав и шлак. Получено 14,0 г сплава состава, мас. Fe 84,3; Ti 8,1; Si 1,7; Al 3,9 и 18,7 г шлака состава, мас. BaO 48,1; Al₂O₃ 30,9; CaO 4,0; Sc₂O₃ 0,016; S оксидов РЗЭ 0,020. Алюминиево-бариевый шлак растирали до крупности 100 меш. По данным рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии шлак в основном состоит из моноалюмината бария. Измельченный алюминиево-бариевый шлак выщелачивали дистиллированной водой при Ж:T 8:1, температуре 90^oC и непрерывном перемешивании в течение 120 мин для получения ненасыщенного раствора моноалюмината бария. Пульпу фильтровали под вакуумом. Объем полученного фильтрата 145 мл, состава, г/дм³: BaO 56,55; Al₂O₃ 34,48. Осадок на фильтре промыт 150 мл горячей дистиллированной воды. Объем промвод 148 мл, состава, г/дм³: BaO 1,32; Al₂O₃ 1,28. Осадок высушен при 105^oC. Масса осадка 2,12, г, состава, мас. BaO 28,3; Al₂O₃ 29,4; CaO 21,4; Sc₂O₃ 0,15; S оксидов РЗЭ 0,174. Полученный фильтрат моноалюмината бария смешивали с 370 мл производственного маточного раствора глиноземного производства состава, г/дм³: Al₂O₃ 95,88; Na₂O_o 159,65; Na₂O_к 141,0; Na₂O_кб 18,65, при 70^oC и при постоянном перемешивании выдерживали в течение 60 мин. Образующийся осадок отфильтровывали, сушили при 105^oC. Рентгенофазовым анализом и ИК-спектроскопией установлено, что осадок в основном состоит из BaCO₃. Масса высушенного осадка 12,3 г состава, мас. BaO 73,0; CO₂ 19,3. Объем полученного фильтрата 500 мл, состава, г/дм³: Al₂O₃ 80,94; Na₂O_o 117,0; Na₂O_к 107,0; Na₂O_кб 7,14. Степень каустификации Na₂O_кб приблизительно 50%
Сухой шлам (2,12 г) обрабатывали 10,3 мл концентрированной серной кислоты марки осч, нагревали до 130^oC и при постоянном перемешивании проводили выщелачивание в течение 240 мин. Пульпу фильтровали под вакуумом. Осадок на фильтре промывали горячей дистиллированной водой 20 мл. Осадок сушили при 105^oC. Масса высушенного осадка 1,92 г, состава, мас. BaO 31,6; CaO 23,6; SO²₃^- 33,1; Sc₂O₃ 0,007; Σ оксидов РЗЭ 0,0037. Объем фильтрата 10 мл, состава, г/дм³: Al₂O₃ 70,24; Sc₂O₃ 0,245; S оксидов РЗЭ 0,30. Объем промводы 20 мл, состава, г/дм₃: Al₂O₃ 4,33; Sc₂O₃ 0,030; S оксидов РЗЭ 0,032. Общее извлечение Sc₂O₃ по предлагаемой схеме

Общее извлечение Σ оксидов РЗЭ по предлагаемой схеме:

Для сравнения каустифицирующей способности по описанным способам прототипа и предлагаемого были получены некоторые количества алюминатно-кальциевого и моноалюминатно-бариевого шлаков. Производственный маточный раствор глиноземного производства состава, г/дм³: Al₂O₃ 100,0; Na₂O_o 160,52; Na₂O_к 141,7; Na₂O_кб 18,82; O_орг 6,2, нагревали до 70^oC и при постоянном перемешивании вводили в него измельченный до крупности 100 меш. шлак для получения в пульпе молярного отношения СаО(ВаО):Na₂O_кб 1:1: Пульпу перемешивали в течение 60 мин. Пульпы фильтровали, осадки на фильтрах промывали горячей дистиллированной водой и определяли в фильтрах остаточное содержание Na₂O_кб и С_орг. Результаты сравнительной каустифицирующей способности производственного маточного раствора глиноземного производства шлаками приведены в таблице. Как видно из приведенных данных, каустифицирующая способность моноалюминиево-бариевого шлака более, чем в три раза сильнее каустифицирующей способности алюминиево-кальциевого шлака в производственном маточном растворе глиноземного производства, причем моноалюминиево-бариевым шлаком выводится из маточного раствора и часть органики. Как видно из приведенных примеров, по предлагаемому способу может быть дополнительно получено 1,91 г Sc₂O₃ и 2,073 г Σ оксидов РЗЭ, при этом на 0,808 м³ снижается расход серной кислоты и на приблизительно 10 кг повышается выход Al₂O₃ по всей технологической схеме за счет удаления из технологической схемы органических соединений и карбонатов.

Формула изобретения

Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама глиноземного производства, включающий восстановительный обжиг красного шлама с шлакообразующим компонентом и твердым углеродистым восстановителем, плавку огарка с введением алюминия в виде металлического лома для восстановления оксидов кремния и титана, содержащихся в красном шламе, и получением Fe-Ti-Si сплава и шлака, выщелачивание шлака, отделение и промывку концентрата скандия и редкоземельных элементов и его кислотное выщелачивание, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения скандия и редкоземельных элементов, снижения потерь кислоты и удешевления способа, в качестве шлакообразующего компонента используют карбонат бария, выщелачивание шлака ведут водой с отделением концентрата скандия и редкоземельных элементов и обработкой полученного фильтрата производственным маточным раствором глиноземного производства с отделением барийсодержащего осадка и возвратом его на обжиг.

РИСУНКИ

Рисунок 1

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        

---