Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства

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

 

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, а именно, к технологии извлечения и концентрирования скандия, и может быть использовано при производстве скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства.

Скандий является типичным рассеянным элементом, промышленно значимых собственных месторождений не образует, поэтому его производство основано на попутном извлечении скандия при переработке титансодержащих, урансодержащих и других видов сырьевых источников. На сегодняшний день наблюдается повышенный интерес к скандию как к компоненту алюминиевых сплавов, циркониевой керамики и материалов для производства лазеров. Алюминиевые сплавы со скандием обладают уникальным сочетанием технологических свойств: высокой прочностью, сверхпластичностью, прекрасной свариваемостью, высокой коррозионной устойчивостью. Циркониевая керамика, стабилизированная оксидом скандия, имеет наибольшую ионную проводимость по сравнению с аналогами, что позволяет снизить рабочую температуру электрохимического устройства с 1000 до 700°C при сохранении высокой проводимости разделительной мембраны, это способствует увеличению ресурса эксплуатации и надежности электрохимических реакторов.

Известен способ извлечения скандия из красных шламов, заключающийся во многократном последовательном выщелачивании красного шлама карбонатным раствором, содержащим смесь 85-100 г/дм³ NaHCO₃ и 20,0-45,0 г/дм³ Na₂CO₃ или 125 г/дм³ NaHCO₃, при пропускании через пульпу газовоздушной смеси, содержащей СО₂, при давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах: на первой стадии - при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов с дальнейшей фильтрацией образовавшихся малорастворимых соединений примесных компонентов, на второй стадии - при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH 12,5 для осаждения скандиевого концентрата. Степень извлечения скандия из красного шлама при карбонизационном выщелачивании для данного метода составила 20% с получением продукционного раствора с концентрацией 26 мг/дм³ по оксиду скандия после 5 стадий рециклинга, содержание оксида скандия в целевом продукте составило 6,5 масс. % (RU 2562183, опубл. 10.09.2015).

Недостатком известного способа являются существенные затраты на осуществление процесса из-за необходимости проведения многократной рециркуляции раствора на выщелачивание новых порций красного шлама для концентрирования скандия с получением продукта низкого качества, что приводит к дополнительным затратам на стадии перечистки скандиевого концентрата до оксида скандия.

Известен также способ получения скандиевого концентрата из красных шламов, который включает в себя первоначальную виброкавитационную обработку шламовой пульпы, последовательное карбонизационное выщелачивание красного шлама карбонатными растворами при температуре 55-65°C и при одновременной газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей CO₂, фильтрацию карбонизированной шламовой пульпы с получением скандийсодержащего раствора, концентрирование скандия из полученного раствора сорбцией на фосфорнокислых ионитах при температуре 70-80°C с попутным отделением от примесных компонентов, десорбцию скандия из органической фазы ионитов смешанными карбонатно-хлоридными растворами при концентрации компонентов 130-150 г/дм³ Na₂CO₃ и 40-60 г/дм³ NaCl в пульсационном режиме с получением скандийсодержащего элюата, из которого осуществляют стадийное осаждение малорастворимых соединений скандия. Выщелачивание скандия из красного шлама проводят раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO₃) концентрацией 100-150 г/дм³ при температуре 55-65°C и продолжительности 4-6 часов с предварительной виброкавитационной обработкой шламовой пульпы при значениях окружной скорости при перемешивании 20-40 м/с и продолжительности 45-60 мин. Карбонатный раствор после сорбционного извлечения скандия может быть возвращен в начало процесса для осуществления последующего цикла карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама. Полученный после десорбции скандийсодержащий элюат может быть возвращен на стадию десорбции необходимое количество раз до получения равновесной концентрации скандия в элюате. Осаждение примесных компонентов из скандийсодержащего элюата, включая титан и цирконий, проводят при температуре 80-90°C, значениях pH 9,0-10,0 и продолжительности 2-3 часа, осаждение малорастворимых соединений скандия из очищенного элюата проводят при значениях pH 11,5-12,5, температуре 100-110°C и продолжительности 2-3 часа (RU 2536714, опубл. 27.12.2014). Данный способ обеспечивает получение более концентрированного (~140 мг/дм³ по Sc₂O₃) продукционного раствора, что способствует сокращению материальных потоков на стадии осаждения примесных компонентов и скандия с повышением содержания оксида скандия в конечном продукте до 24,5-27,8%. Однако, степень извлечения скандия для заявленного способа остается достаточно низкой (18-24%) при значительных затратах на организацию процесса сорбции скандия из раствора за счет необходимости использования больших объемов дорогостоящих фосфорсодержащих ионитов.

Наиболее близким к заявленному способу по совокупности признаков и назначению является способ извлечения скандия из красного шлама, включающий распульповку красного шлама в растворе серной кислоты до pH=1,3-1,7 с получением пульпы с соотношением Т:Ж=1:2-4, сорбционное выщелачивание скандия непосредственно из пульпы красного шлама фосфорсодержащим сорбентом АФИ-21 или АФИ-22 в течение 1-6 часов при температуре 20°C с соотношением сорбент: пульпа красного шлама 1:20-50, с получением насыщенного по скандию сорбента с содержанием Sc₂O₃ 0,2-0,23 мг/г и обедненной по скандию пульпы, где насыщенный по скандию сорбент подвергается десорбции раствором Na₂CO₃ с концентрацией 150 г/дм³ с получением десорбированного сорбента, который направляется повторно на сорбционное извлечение скандия и раствора десорбции скандия с содержанием Sc₂O₃ 68-72 мг/дм³, который направляют на получение оксида скандия с использованием осадительных и экстракционных методов аффинажа. За счет применения процесса сорбции скандия на ионите непосредственно из пульпы степень извлечения скандия из красного шлама повышается на несколько процентов и составляет 28,6%. [Смирнов Д.И., Молчанова Т.В., Водолазов Л.И., Пеганов В.А. Сорбционное извлечение редкоземельных элементов, иттрия и алюминия из красных шламов // Цветные металлы, 8, 2002, с. 64-69].

Существенным недостатком известного способа является достаточно низкая степень извлечения скандия, а также высокие материальные затраты на организацию способа из-за применения на стадии выщелачивания и сорбции кислотосодержащих растворов, что влечет за собой необходимость проведения стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама и, как следствие, к появлению техногенных отходов, тщательной отмывки ионообменной смолы после сорбции и после десорбции, осуществление технологического процесса с применением дорогостоящего кислотостойкого оборудования.

В основу предложенного изобретения положена задача разработать новый способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, характеризующегося повышением производительности процесса за счет повышения степени извлечения скандия при непрерывном сорбционном выщелачивании скандия из пульпы красного шлама при повышенной температуре в противоточном режиме посредством сдвига равновесия реакции в сторону образования растворимых комплексных соединений скандия с карбонат-ионами и перевода его в раствор вследствие непрерывного снижения концентрации скандия в растворе в результате сорбции его на фосфорсодержащем ионите.

Техническим результатом изобретения является решение поставленной задачи, повышение степени извлечения скандия из красного шлама с повышением качества товарного регенерата скандия при сокращении затрат на осуществление способа. При этом не используются кислотосодержащие реагенты, что позволяет упростить технологическую схему и сократить расходы на проведение процесса за счет отсутствия стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама, отмывки от кислоты ионита, утилизации кислотосодержащих стоков.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, согласно изобретению, включающем стадии распульповки красного шлама, сорбционного ступенчатого выщелачивания скандия из пульпы красного шлама с использованием ионообменного сорбента с получением насыщенного по скандию ионита и обедненной по скандию пульпы, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который повторно направляют на сорбционное выщелачивание скандия, и раствора товарного регенерата скандия, который направляют на получение скандиевого концентрата, распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na₂Oобщ 40-80 г/дм³, при этом содержание Na₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа₂Oобщ, сорбционное выщелачивание скандия из пульпы красного шлама проводят ступенчато на фосфорсодержащем ионите непрерывно в противоточном режиме при непосредственном контакте «пульпа-ионит» при температуре 40-90°С, причем сорбционное выщелачивание скандия на каждой ступени проводят при массовом 5

соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж=1:2,5-5,0, при этом десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ 200-450 г/дм³ с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат.

Целесообразно оптимизировать предложенный способ посредством следующего:

Распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа₂Oобщ 55-75 г/дм³, при этом содержание Nа₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа₂Oобщ.

Сорбционное выщелачивание скандия проводят при температуре 60-80°С, сорбцию скандия на каждой ступени проводят в течение 1-8 часов, при массовом соотношении пульпа : ионит = 20-120:1. Десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ 250-400 г/дм³. Обедненная по скандию пульпа красного шлама после стадии сорбционного выщелачивания скандия направляется на фильтрацию, а полученный раствор смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей СО₂, при температуре 15-50°С до восстановления соотношения Nа₂Oбикарб от Nа₂Oобщ 50-100% и вновь направляют на стадию сорбционного выщелачивания новой порции красного шлама. В процессе сорбционного выщелачивания скандия из пульпы на фосфорсодержащем ионите осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей СО₂.

Благодаря проведению процесса извлечения скандия из красного шлама с использованием метода сорбционного выщелачивания на фосфорсодеращий ионит при непрерывном контакте ионита с пульпой красного шлама в противоточном режиме и повышенной температуре, при которой происходит разложение бикарбоната натрия с образованием ультрадиспергированного углекислого газа, происходит повышение степени извлечения скандия из красного шлама за счет сдвига равновесия реакции в сторону образования растворимых комплексных соединений скандия с карбонат-ионами и перевода его в раствор вследствие непрерывного снижения концентрации скандия в растворе в результате сорбции его на фосфорсодержащем ионите, обладающем повышенной емкостью по скандию при оптимальных условиях проведения процесса.

Выполнение десорбции скандия с насыщенного фосфорсодержащего ионита карбонатным раствором при оптимальных параметрах десорбции обеспечивает получение товарного регенерата скандия с повышенным содержанием оксида скандия и дальнейшего выделения из него скандиевого концентрата с высоким содержанием скандия.

Применение процесса сорбционного выщелачивания скандия способствует снижению объема загрузки ионита в сравнении с процессом сорбции скандия из растворов в зажатом слое ионита, что снижает расходы на проведение процесса. Проведение процесса связано с применением содосодержащих реагентов и не предусматривает использование кислотосодержащих реагентов, что позволяет упростить технологическую схему и сократить расходы на проведение процесса за счет отсутствия стадий нейтрализации выщелоченного красного шлама, отмывки от кислоты ионита, утилизации кислотосодержащих стоков.

Ведение процесса сорбционного выщелачивания скандия из красного шлама в непрерывном противоточном режиме раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na₂Oобщ 40-80 г/дм³ при этом содержание Na₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Na₂Oобщ, при температуре 40-90°C, Ж:Т=1:2,5-5 и массовом соотношении пульпа : ионит = 20-130:1 позволяет достичь максимальной степени извлечения скандия из красного шлама с концентрированием его на фосфорсодержащем ионите при оптимальном расходе реагентов.

Ведение процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ от 200 до 450 г/дм³ позволяет достичь максимальной степени регенерации ионита с максимальным содержанием скандия в товарном регенерате, который направляют на выделение скандиевого концентрата.

Проведение газации раствора смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия после сорбционного выщелачивания скандия (маточный раствор сорбции) газовоздушной смесью, содержащей СО₂, при температуре 15-50°C позволяет восстановить соотношение Na₂Oбикарб от Na₂Oобщ до 50-100% при минимальном расходе СО₂ и использовать маточный раствор сорбции для распульповки новой порции красного шлама, тем самым минимизировав расход карбоната и бикарбоната натрия на процесс, а также предотвратив потери скандия с маточным раствором сорбции.

Оптимальные параметры процесса сорбционного выщелачивания были установлены в результате выполнения многочисленных экспериментов путем варьирования значений концентрации карбоната и бикарбоната натрия в растворе, времени контакта пульпы со смолой, температуры пульпы, соотношения Т:Ж и массового соотношения пульпа : ионит. После проведения процесса сорбции в исследуемом интервале времени пульпа отделялась от ионита на сите, ионит отмывался дистиллированной водой и отбирался на анализ. Пульпа после сорбции фильтровалась, отбиралась проба фильтрата. Осадок отмывался от маточного раствора сорбции водой и также отбирался на анализ.

В таблице 1 приведены результаты экспериментов по исследованию влияния концентрации Na₂Oобщ в карбонатно-бикарбонатном растворе выщелачивания и содержания в нем Na₂Oбикарб на степень извлечения скандия из красного шлама при температуре 60°C, Т:Ж=1:4, массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1 и времени контакта 2 часа на первой ступени сорбционного выщелачивания.

Из анализа данных таблицы 1 видно, что с ростом концентрации Na₂Oобщ в карбонатно-бикарбонатном растворе выщелачивания красного шлама в присутствии ионита происходит и увеличении содержания в нем бикарбоната натрия степень извлечения скандия растет и при 65 г/дм³ Na₂Oобщ (100% Na₂Oбикарб) достигает 47,8%. При уменьшении концентрации Na₂Oобщ ниже 55 г/дм³ происходит снижение степени извлечения скандия за счет сокращения количества выщелачивающего агента в зоне реакции, причем, чем больше содержание Na₂Oбикарб относительно Na₂Oобщ в растворе смеси карбоната и бикарбоната натрия, тем эффективнее процесс выщелачивания за счет того, что при термическом разложении бикарбоната натрия образуется ультрадиспергированный углекислый газ, который интенсифицирует процесс перехода скандия в раствор с образованием карбонатных комплексов, которые выводятся из зоны реакции за счет сорбции скандия на фосфорсодержащем ионите, тем самым смещая равновесие в сторону образования новых комплексов скандия. Повышенное содержание карбоната натрия в растворе выщелачивания (более 50% от Na₂Oобщ) приводит к частичной десорбции сорбированного на ионит скандия и, следовательно, к снижению степени извлечения скандия на ионит. При повышении концентрации Na₂Oобщ выше 75 г/дм³ происходит снижение степени извлечения скандия из красного шлама за счет частичного подавления процесса сорбции из-за высокого солевого фона в растворе. Кроме того, при концентрации Na₂Oобщ выше оптимальной и повышении содержания карбоната натрия увеличивается риск пересыщения раствора выщелачивания и выпадения в твердую фазу кристаллов бикарбоната натрия.

В таблице 2 приведены результаты экспериментов по изучению влияния температуры на емкость фосфорсодержащего ионита по скандию при сорбции скандия из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите при концентрации Na₂Oобщ 65 г/дм³ в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na₂Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, Т:Ж = 1:4, массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1.

Как видно из таблицы 2 при повышении температуры, емкость фосфорсодержащего ионита по скандию растет, что связано с улучшением кинетических характеристик процесса сорбции и выщелачивания. Максимальная температура ведения процесса сорбционного выщелачивания 90°C обусловлена температурой термической стабильности фосфорсодержащего ионита, при повышении температуры выше 90°C происходит разрушение ионита (отщепление функциональных фосфорсодержащих групп). Таким образом, максимальная емкость ионита по скандию 0,33% достигается при 90°C.

Таблица 3 содержит результаты экспериментов по изучению влияния Т:Ж на емкость фосфорсодержащего ионита по скандию при сорбционном выщелачивании из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите при концентрации Na₂Oобщ 65 г/дм³ в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na₂Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, температуре 80°C, массовом соотношении пульпа : ионит = 90: 1.

Из анализа данных таблицы 3 видно, что емкость ионита по скандию при снижении Т:Ж в пульпе выщелачивания растет, в тоже время при низком соотношении Т:Ж возникают трудности в отделении пульпы от ионита из-за вязкости пульпы, при увеличении Т:Ж емкость ионита снижается вследствие снижения концентрации скандия в выщелачивающем растворе.

В таблице 4 приведены результаты экспериментов по изучению влияния массового соотношения пульпа : ионит на степень извлечения скандия из пульпы красного шлама при сорбционном выщелачивании при концентрации Na₂Oобщ 65 г/дм³ в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na₂Oбикарб 80%), времени контакта 2 часа, Т:Ж=1:4, температуре 80°C.

Как видно из таблицы 4, максимальная степень извлечения скандия 47,9-50,1% наблюдается в интервале соотношения пульпа : ионит = 10-80:1. При снижении дозировки ионита ниже оптимального значения (пульпа : ионит ≥ 100:1) происходит снижение степени извлечения скандия, так как уменьшается количество ионита на стадии выщелачивания, что приводит к более быстрому достижению в фазе ионита равновесной концентрации скандия и прекращения снижения концентрации скандия в жидкой фазе пульпы, вследствие чего прекращается процесс перехода скандия из красного шлама в раствор., При увеличении дозировки ионита выше оптимального значения (пульпа : сорбент: 10-60:1) за счет большого количества ионита в пульпе происходит снижение емкости ионита по основному веществу, скандию.

В таблице 5 приведены результаты экспериментов по изучению влияния времени контакта пульпы с ионитом на степень извлечения скандия из красного шлама при концентрации Na₂Oобщ 65 г/дм³ в карбонатно-бикарбонатном растворе (содержание Na₂Oбикарб 80%), массовом соотношении пульпа : ионит = 90:1, Т:Ж=1:4, температуре 80°C на первой ступени процесса сорбционного выщелачивания.

Как видно из таблицы 2, при увеличении времени контакта пульпы красного шлама с ионитом степень извлечения скандия растет до 48,1%. При увеличении времени контакта выше оптимального значения происходит снижение производительности процесса, при снижении времени контакта ниже оптимального значения происходит снижение степени извлечения скандия из-за недостижения равновесия по скандию в системе пульпа-ионит за короткий промежуток времени.

Оптимальные параметры процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита были определены по результатам экспериментов, заключавшихся в варьировании концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе.

Для десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита использовали раствор карбоната натрия, т.к. он эффективно десорбирует скандий с поверхности ионита с получением концентрированных по скандию товарных регенератов и не приводит к образованию отходов из-за возможности возврата раствора после извлечения из него примесей и скандия в технологический процесс, что позволяет работать в замкнутом цикле. В экспериментах использовали насыщенный по скандию фосфорсодержащий ионит следующего состава, масс. %: 0,46 Sc₂O₃, 0,056 ZrO₂, 0,53 TiO₂, 3,0 Fe₂O₃, 0,1 Al₂O₃.

В таблице 6 приведены результаты экспериментов по изучению влияния концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе на десорбцию скандия и примесных компонентов с фосфорсодержащего ионита. Десорбцию проводили при температуре 50°C в зажатом слое ионита при линейной скорости подачи раствора на десорбцию 0,3 м/час.

Как видно из таблицы 6, при повышении концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе степень десорбции скандия со смолы растет и достигает 96% при 450 г/дм³ Na₂CO₃ при концентрации оксида скандия в десорбирующем растворе 275 мг/дм³. Верхняя граница концентрации карбоната натрия в десорбирующем растворе обусловлена растворимостью карбоната натрия при данной температуре, снижение концентрации карбоната натрия ниже 200 г/дм³ нецелесообразно в ввиду низкой степени десорбции скандия с ионита и получения бедного по скандию товарного регенерата, что приводит к снижению качества скандиевого концентрата и повышению расхода реагентов на переработку таких растворов с выделением скандиевого концентрата.

В результате проведенных исследований по сорбционному выщелачиванию скандия из красного шлама определены оптимальные режимы основных операций процесса, а именно:

а) Приготовление пульпы красного шлама на сорбцию:

- исходный красный шлам фильтруется и распульповывается раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na₂Oобщ 40-80 г/дм³ при этом содержание Na₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Na₂Oобщ;

- соотношение Т:Ж составляет 1:2,5-5, предпочтительно 1:4;

- пульпа перед подачей на сорбцию нагревается до температуры 40-90°C, предпочтительно до 60-90°C;

б) Сорбция скандия из пульпы красного шлама на фосфорсодержащем ионите:

- непрерывный противоточный режим;

- сорбция проводится на фосфорсодержащем ионите;

- время контактирования ионит-пульпа на каждой ступени 1-8 часов, предпочтительно 2-3 часа;

- массовое соотношение пульпа : ионит составляет 20-120:1, предпочтительно 60-100:1;

- температура процесса 40-90°C, предпочтительно 60-90°C;

в) Десорбция скандия с фосфорсодержащего ионита с получением товарного регенерата для выделения скандиевого концентрата:

- десорбция проводится раствором Na₂CO₃ с концентрацией 200-450 г/дм³ по Na₂CO₃;

г) Газация раствора смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия, полученного после фильтрации пульпы выщелоченного красного шлама, для восстановления соотношения Na₂Oбикарб от Na₂Oобщ 50-100% и возврата на выщелачивание:

- газация газо-воздушной смесью, содержащей СО₂;

- температура процесса 15-60°C, преимущественно 20-30°C

Принципиальная технологическая схема извлечения скандия из красного шлама представлена на фиг. 1 и состоит из следующих операций:

- фильтрация пульпы исходного красного шлама с получением кека красного шлама:

- распульповка красного шлама раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na₂Oобщ 40-80 г/дм³ с получением пульпы красного шлама, подготовленной к выщелачиванию;

- сорбционное выщелачивание скандия из красного шлама на фосфорсодержащий ионит

- разделение ионита и пульпы выщелоченного красного шлама, обедненной по скандию;

- десорбция скандия с фосфорсодержащего ионита раствором карбоната натрия с получением товарного регенерата скандия, который направляют на выделение скандиевого концентрата, и регенерированного ионита, направляемого на сорбцию скандия из новой порции пульпы красного шлама;

- фильтрация обедненной по скандию пульпы с получением кека выщелоченного красного шлама и маточного раствора сорбции;

- газация маточного раствора сорбции углекислым газом для восстановления соотношения Na₂Oкарб : Na₂Oбикарб и направления его на распульповку и сорбционное выщелачивание новой порции красного шлама

Осуществление заявляемого способа и его преимущества перед прототипом подтверждаются следующими примерами.

Пример 1

В реакторе объемом 1 дм³ распульповывали 300 г влажного красного шлама (влажность 32%), полученного при фильтрации пульпы исходного красного шлама АО «СУАЛ» филиала «УАЗ-СУАЛ», раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Na₂Oобщ 65 г/дм³ (концентрация Na₂Oбикарб 108,4 г/дм³, Na₂Oкарб 42,8 г/дм³) до Т:Ж=1:4. Затем в пульпу при перемешивании вводили набухший фосфорсодержащий ионит Lewatit ТР-260 Monoplus в Na⁺-форме в количестве 10 см³, далее пульпу нагревали до температуры 80°C.

Химический состав твердой фазы исходного красного шлама масс. %: 41,0 Fe₂O_3общ; 13,0 Al₂O₃; 7,5 СаО; 13,0 SiO₂; 4,50 TiO₂; 5,5 Na₂O; 0,0140 Sc₂O₃; 0,14 ZrO₂.

Пульпу красного шлама с ионитом выдерживали в реакторе при перемешивании в течение 120 минут, затем ионит отделяли от пульпы на сите, промывали и анализировали. Пульпу фильтровали через 2 слоя бумаги «синяя лента», осадок промывали на фильтре холодной дистиллированной водой.

Химический состав промытого насыщенного по скандию фосфорсодержащего ионита приведен в таблице 7.

Степень извлечения скандия на стадии сорбционного выщелачивания составила 44%.

Маточный раствор сорбции, полученный после фильтрации выщелоченной пульпы красного шлама, использовали для приготовления раствора для выщелачивания новой порции красного шлама.

Пример 2

Промытый ионит Lewatit ТР-260 в количестве 50 см³, состав которого приведен в Таблице 8, направляли на десорбцию. Для этого ионит загружали в ионообменную колонну, в которую подавали десорбирующий раствор с концентрацией Na₂CO₃ 350 г/дм³ снизу вверх, при этом поддерживали температуру в колонне десорбции 50°C.

По завершению процесса десорбции ионит выгружался из колонны, отмывался от остатков десорбирующего раствора, после чего он подавался на вторую ступень процесса сорбционного выщелачивания скандия из пульпы красного шлама.

Товарный регенерат, содержавший 220 мг/дм³ оксида скандия, направляли на дальнейшую переработку с выделением скандиевого концентрата.

Таким образом, за счет использования предложенного способа извлечения скандия из красного шлама достигается повышение степени извлечения скандия до 47% за счет использования процесса сорбционного выщелачивания скандия в непрерывном противоточном режиме при повышенной температуре и повышение качества скандиевого концентрата благодаря оптимально подобранным условиям процесса десорбции скандия с фосфорсодержащего ионита с получением богатого по скандию товарного регенерата, причем в отсутствие дополнительных технически сложных операций.

1. Способ извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, включающий стадии распульповки красного шлама, сорбционного ступенчатого выщелачивания скандия из пульпы красного шлама с использованием ионообменного сорбента с получением насыщенного по скандию ионита и обедненной по скандию пульпы, десорбцию скандия раствором карбоната натрия с получением десорбированного ионита, который повторно направляют на сорбционное выщелачивание скандия, и раствора товарного регенерата скандия, который направляют на получение скандиевого концентрата,

отличающийся тем, что распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа₂Oобщ 40-80 г/дм³, при этом содержание Nа₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа₂Oобщ, сорбционное выщелачивание скандия из пульпы красного шлама проводят ступенчато на фосфорсодержащем ионите непрерывно в противоточном режиме при непосредственном контакте «пульпа-ионит» при температуре 40-90°С, причем сорбционное выщелачивание скандия на каждой стадии проводят при массовом соотношении твердой и жидкой фаз в пульпе красного шлама Т:Ж=1:2,5-5,0, при этом десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ 200-450 г/дм³ с получением товарного регенерата скандия, из которого выделяют скандиевый концентрат.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что распульповку красного шлама проводят раствором со смесью карбоната и бикарбоната натрия с концентрацией по Nа₂Oобщ 55-75 г/дм³, при этом содержание Nа₂Oбикарб составляет от 50 до 100% от Nа₂Oобщ.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционное выщелачивание скандия проводят при температуре 60-80°С.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сорбционное выщелачивание скандия на каждой ступени проводят в течение 1-8 часов, при массовом соотношении пульпа : ионит = 20-120:1.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что десорбцию скандия из органической фазы ионита проводят раствором карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ 250-400 г/дм³.

6. Способ по п. 1 отличающийся тем, что обедненную по скандию пульпу красного шлама после стадии сорбционного выщелачивания скандия направляют на фильтрацию, а полученный раствор смеси карбоната натрия и бикарбоната натрия подвергают газации газо-воздушной смесью, содержащей СО₂, при температуре 15-50°С до восстановления соотношения Nа₂Oбикарб от Nа₂Oобщ 50-100% и вновь направляют на стадию сорбционного выщелачивания новой порции красного шлама.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе сорбционного выщелачивания скандия из пульпы на фосфорсодержащем ионите осуществляют газацию пульпы газо-воздушной смесью, содержащей СО₂.