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

Abstract The manufacture of aluminium is one of the bases of economic, technical and technological development of a modern society. Tendencies of development of science and engineering show that the XXIst century will require new construction materials and aluminum-based alloys doped by rare scattered elements such as scandium, hafnium, zirconium, will be in great demand and will take one of leading places because of its unique. The huge red mud disposal area continues to grow, poisoning the environment. The offered decision of the block processing of red mud can help to decrease damage for the Earth, while the recycling of carbonic dioxide and other dangerous gases, provided during the extraction of scandium will greatly reduce the poisoning of the atmosphere. Keywords: red mud, scandium, alumina, bauxite, aluminum, hydrogen, dissolution, filtration, hydrolysis. Мировое потребление алюминия год от года возрастает [1], и его производство давно стало одной из основ мировой экономики, технического и технологического развития современного общества. Первичный алюминий получают из глинозема, а переработка бокситов на глинозем сопровождается получением красного шлама (КШ). На каждом из двух алюминиевых заводов Урала ежегодно более 1 млн т этого отхода выбрасывается на шламохранилища [2]. Шламохранилища ухудшают состояние среды обитания и удорожают стоимость глинозема, а следовательно, и алюминия. В то же время КШ содержит большое число ценных компонентов, является измельченным отходом, т.е. он уже подготовлен и может быть взят на переработку прямо из линии подачи пульпы на шламовое поле. Тенденции развития науки и техники показывают, что в XXI в. понадобятся новые конструкционные материалы, и сплавы на основе алюминия, легированные рассеянными редкими элементами, такими как скандий, иттрий, гафний, цирконий, и такие сплавы займут одно из ведущих мест благодаря своим уникальным свойствам. Но в настоящее время, к сожалению, в промышленности они еще не оценены по достоинству, так как имеется ряд ограничений и одно из немаловажных - цена легирующей добавки. В то же время относительно богатое скандием и цирконием сырье - остаток от переработки боксита на глинозем - до сих пор нигде в мире не используется из-за технологической сложности их извлечения. Многотонные шламохранилища продолжают увеличиваться, отравляя окружающую среду. Основной причиной отсутствия внедрения многочисленных научно-исследовательских разработок - это большие инвестиционные вложения в создание производства. Поэтому наиболее реальным путем с минимальным вложением средств является осуществление блочной технологии. Авторами совместно с ОАО «Техногория» (г.Москва) был выбран блок прямого извлечения дефицитного скандия и нужного промышленности циркония из пульпы КШ по технологии, которая не исключает в последующем сочетания физических методов (гравитационной и магнитной сепарации) для выделения железооксидного и глиноземистого полупродуктов для черной и цветной металлургии, а также продукта для цементного производства. В то же время в связи с отсутствием в России и странах СНГ стабильного производства скандиевых солей и лигатуры цены на эти компоненты особенно в период кризиса выросли в несколько раз, а ведь только на одном Богословском алюминиевом заводе (филиал ОК «РУСАЛ») ежегодно выбрасывается в отвал 150 т скандия. Сущность разработанной технологии извлечения скандия, титана, циркония заключается в обработке содовым раствором пульпы шлама направляемого из гидрохимической ветви глиноземного производства в шламохранилище (рис.1). В содовом растворе последовательно обрабатывается несколько порций КШ, в него переходит та часть соединений скандия, которая в процессе автоклавной обработки боксита в оборотном щелочно-алюминатном растворе (Na2O —330, Al 2 O 3 —130 г/дм3) при температуре ~ 240°С была извлечена, а затем адсорбировалась на развитой поверхности шламового остатка предположительно в виде соединений Mx[Sc(OH)6], где Mx =Ca, Fe, Al, Ti, Zr [3]. Несмотря на существенную растворимость скандия в концентрированном щелочном растворе (0.n г/дм3, рис.2), содержание его в алюминатном растворе (Na2O —140, Al 2 O 3 —120 г/дм3) на уровне следов (n 1 0 -5 г/дм3), таким образом скандий практически полностью из боксита переходит в КШ [4, 5]. Растворимость гидроксида скандия в растворе едкого натрия резко снижается при концентрации Na 2 O менее 250 г/дм3. Однако перевод гидроксида натрия в карбонат (Na 2 CO 3 ), а тем более в гидрокарбонат (NaHCO3), значительно повышает его растворимость (рис.3) [ 6 , 7]. В содощелочном растворе наряду со скандием комплексуются титан, цирконий, а также попадает часть мелкодисперсной взвеси гидроксидов алюминия, кремния, кальция и железа. В результате после обработки КШ содовым раствором достигается содержание скандия в растворе более чем на один порядок больше (15-25 г/м3) по сравнению с продуктивными растворами подземного выщелачивания (ПВ) урановых руд (0.2-0.5 г/м 3 или 5-12 г/кг извлеченного урана) [ 8 ]. Из растворов ПВ скандий может извлекаться в отдельной колонне с амфолитом АФИ-21 (ОАО «ВНИИХТ») или с использованием экстрагентов (Д2ЭГФК, ТБФ и др.). Высокое содержание скандия в растворе позволило авторам [9] проводить химическое соосаждение его с носителем. Причем макроноситель был выбран из таких соединений, которые хорошо коагулируют при значениях рН, близких к аналогичным данным для гидроксида скандия (рис.4), и могли бы удаляться с минимальными потерями для концентрируемого скандия. 580