Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

Особую стратегическую ценность из химических элементов для современного промышленного производства представляют редкие металлы. Такие элементы и их соединения применяются в наиболее передовых инновационных исследованиях, а также многих отраслях народного хозяйства - в атомной энергетике, оптике, металлургии, медицине, электронике, лазерной технике и других практических технологиях. Зачастую введение даже незначительных количеств данных веществ в основной материал позволяет получать уникальные по свойствам и качеству технические изделия. Редкие элементы, не являясь редкими по суммарному содержанию в земной коре, достаточно широко распространены. Объем добычи редких металлов во всем мире достигнет в 2020 г. практически 200 тыс. т, при этом сегодня Россия не входит даже в десятку лидеров по их практическому потреблению [1]. Содержание редких и рассеянных металлов в рудах настолько мало, что возможности экономически эффективных способов их извлечения и последующего применения в настоящее время в нашей стране ограничены. Некоторые редкие металлы накапливаются в качестве побочного продукта добычи более распространенной руды. Отходы глиноземного производства - красные шламы, получаемые при переработке бокситов на глинозем, являются источником целого ряда ценных металлов. Из алюминатных растворов выщелачивания бокситов в РФ извлекают из редких элементов лишь галлий и то только на одном заводе, остальное концентрируется в красных шламах и складируется вблизи промышленного предприятия в непосредственной близости к городам. Несмотря на многочисленные исследования по переработке шламов, не существует ни одного производства редких металлов из этих отходов. Со шламами в отвалы выводится значительное количество таких металлов, как лантаниды, иттрий, скандий, цирконий и др. С учетом больших масштабов глиноземного производства только на каждом алюминиевом заводе Урала (ОАО «УАЗ-СУАЛ» и ОАО «БАЗ-СУАЛ») в шламохранилиша поступает ежегодно скандия более 150 т, считая на оксид, и более 1000 т циркония. Разработанные приемы по извлечению, концентрированию и очистке неоднократно доказывают, что не существует специфичного метода получения соединений рассеянного металла - скандия - из сложных многокомпонентных систем. Кроме того, технологические методы, применяемые в промышленности редких металлов, имеют ряд особенностей, связанных с характером исходного сырья. К этим особенностям относятся сравнительно низкие концентрации в исходном природном или техногенном сырье, высокая дисперсность фазы-носителя микрокомпонента, близость по химическим свойствам с сопутствующими элементами, наконец, высокие требования к чистоте конечной продукции. В ИХТТ УрО РАН разрабатываются научные основы способов карбонизационного выщелачивания скандия и циркония из красных шламов с использованием отходящих газов печей спекания, последующего концентрирования и разделения металлов экстракционными и осадительными методами. В настоящее время отработаны в опытно­ промышленном масштабе условия получения бедного скандиевого и титан-циркониевого концентратов. Выщелачивание редких металлов из шлама, направляемого из гидрохимической ветви глиноземного производства в шламохранилище, заключается в обработке отходящими газами печей спекания шламовой пульпы [2]. Принципиальная схема оптимизированной содощелочной технологии переработки красных шламов глиноземного производства приведена на рис.1. В результате многократной карбонатно-гидрокарбонатной обработки (как углекислым газом, так и реактивным гидрокарбонатом натрия) новых порций шлама в раствор переходят титан, цирконий, уран, торий, а также мелкодисперсная взвесь ряда гидроксидов (алюминия, железа, кремния, кальция и др.). Достигаемая в результате накопления концентрация скандия составляет не менее 20-50 г/м3, это в сотни раз превышает его содержание в растворах подземного выщелачивания урановых руд - сырьевого источника ранее действовавшей технологии получения скандия в России. Двухстадийным гидролизом карбонатных растворов удается отделить основные примеси от скандия и сразу получить скандиевый концентрат с содержанием оксида скандия в несколько процентов. В зависимости от требуемой чистоты конечного продукта (оксида скандия), полученный гидроксидный осадок может быть подвергнут высаливанию из концентрированного сернокислого раствора или может быть дополнительно проведена сорбция (экстракция) с выделением из элюата оксалата или фторида скандия. Прямое извлечение скандия в конечный продукт из первого скандиевого концентрата достигало 93%. На опытно-промышленном участке отрабатываются оборудования и условия извлечения технического оксида или фторида скандия из красного шлама глиноземного производства. Карбонизация пульпы Карбонизированный шлам на шламовое поле * Гидролиз 1 Ti-Zr- концентрат і Гидролиз II і 1 Первый Sc-концентрат Карбонатный раствор в оборот (2-5% SC j O j ) 1 1 Сернокислотное высаливание 30% Zr ■концентрат \ Осаждение оксалатов 1 Прокалка 99% S c20 , Рис. 1. Схема содощелочной технологии переработки красных шламов глиноземного производства 187