Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СКАНДИЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ИЗ КРАСНОГО ШЛАМА

Изобретение относится к области металлургии редких металлов, в частности к извлечению скандия из красных шламов - отходов глиноземного производства, и может быть использовано в технологии получения скандиевого концентрата.

Известен способ извлечения оксида скандия из красных шламов, включающий многократное, последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, промывку и отделение осадка, введение в полученный раствор оксида цинка, растворенного в гидроксиде натрия, выдержку раствора при повышенной температуре и перемешивании, отделение осадка и его обработку раствором гидроксида натрия при температуре кипения, отделение, промывку и сушку полученного продукта с последующим извлечением оксида скандия известными методами (RU, патент №2247788, С22В 59/00, С22В 3/04, С22В 3/20, C01F 17/00, опубл. 10.03.2005 г.). В процессе выщелачивания через смесь растворов карбоната и гидрокарбоната натрия пропускают газовоздушную смесь, содержащую 10-17% CO₂ (по объему), выщелачивание повторяют до получения раствора с концентрацией по оксиду скандия не менее 50 г/м³, далее вводят в раствор твердый гидроксид натрия до концентрации 2-5 кг/м³ по Na₂O каустическому и выдерживают при температуре не выше 80°C с последующим добавлением флокулянта, выдержкой и отделением осадка, являющегося титановым концентратом. Полученный раствор подвергают электролизу с твердыми электродами при катодной плотности 2-4 А/дм³, температуре 50-70°C в течение 1-2 часов для очистки от примесей, раствор оксида цинка в гидроксиде натрия добавляют в очищенный после электролиза раствор до соотношения ZnO:Sc₂O₃=(10-25):1 и вводят флокулянт, выдержку раствора ведут при 100-102°C в течение 4-8 часов, обработку отделенного осадка ведут 5-12%-ным раствором гидроксида натрия при температуре кипения, снова вводят флокулянт, выдерживают и отделяют осадок, который является скандиевым концентратом. Содержание скандия в целевом продукте составляет 2,26 мас.%.

Существенным недостатком известного способа является сложность технологического процесса получения скандиевого концентрата, в частности, дополнительный расход оксида цинка, осуществление стадии электролиза, а также сравнительно низкое содержание оксида скандия в упомянутом целевом продукте - 3,5% Sc₂O₃ (2,26% Sc).

Известен также способ извлечения скандия при переработке бокситов на глинозем, включающий выщелачивание исходного продукта с последующим отделением раствора от осадка, полученного при добавлении раствора, содержащего гидроксид амфотерного металла-коллектора, последующую фильтрацию осадка и его промывку (RU, патент №2201988, С22В 59/00, C22B 3/04, С22В 3/20, опубл. 10.04.2003 г.). Выщелачивание проводят водой или 5-12%-ным раствором карбоната или гидрокарбоната натрия или их смесью не менее 3 раз при температуре не выше 50°C в течение не менее 2 часов при соотношении Т:Ж=1:2,5-5,0 с использованием каждый раз новых порций продукта переработки бокситов в качестве исходного сырья. В качестве раствора, содержащего гидроксид амфотерного металла-коллектора, при осаждении используют раствор оксида алюминия или цинка в гидроксиде натрия и после его введения раствор выдерживают при температуре не ниже 80°C в течение не менее 2 часов. Осадок отделяют, промывают и обрабатывают 10-25%-ным раствором гидроксида натрия при нагревании до кипения, фильтруют и промывают 1-5%-ным раствором гидроксида натрия, затем полученный осадок растворяют в 1-5%-ной соляной кислоте, фильтруют и фильтрат подвергают обработке раствором аммиака или плавиковой кислоты с получением осадка, его сушкой и прокалкой. Обработку ведут 10-25%-ным раствором аммиака или 2-10%-ным раствором плавиковой кислоты с избытком 1-3% от стехиометрии.

К недостаткам данного способа относятся, во-первых, низкая степень извлечения скандия из исходного продукта - красного шлама, составляющая не более 10% на каждой стадии от содержания Sc₂O₃ в исходном красном шламе, во-вторых, получение бедного скандиевого концентрата (2-5% Sc₂O₃), обогащенного рядом вредных примесей (оксиды титана, циркония, алюминия, железа, цинка).

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения оксида скандия из красных шламов, включающий многократное (7 циклов), последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при пропускании через смесь дымовых газов печей спекания, содержащих CO₂, отделение, промывку шлама с последующим извлечением оксида скандия из полученного раствора (RU, патент №2483131, С22В 59/00, C22B 3/04, C22B 3/20, C01F 17/00, Опубл. 27.03.2013 г.). В данном способе после выщелачивания осуществляют трехступенчатую выдержку упомянутого раствора при повышенных температурах с селективным отделением осадков после каждой ступени, при этом на первой ступени раствор нагревают до температуры не выше 80°C и выдерживают не менее 1 часа, затем отстаивают в течение не менее 2 часов при естественном охлаждении; на второй ступени раствор доводят до кипения и выдерживают при кипячении и перемешивании не менее 2 часов; на третьей ступени фильтрат упаривают при кипячении до уменьшения объема на 50%, после чего добавляют 46%-ный раствор гидроксида натрия до концентрации Na₂O_{каустической} 1,5-2,0 кг/м³, выдерживают при кипячении в течение не менее 2 часов и затем отстаивают осадок, содержащий оксид скандия, в течение 10-16 часов при естественном охлаждении.

Содержание оксида скандия в целевом продукте - скандиевом концентрате - составляет ~5,2% Sc₂O₃ (или 3,40% Sc); количество (выход) скандиевого концентрата составляет ~290 г/т переработанного красного шлама. Извлечение оксида скандия составляло в начале «рециклинг-процесса», представлявшего собой оборачивание получаемого за один цикл чернового Sc-содержащего раствора на карбонизационное выщелачивание скандия из «свежей» партии красного шлама, составляло 15,8% от исходного содержания Sc₂O₃ в шламе (110 г/т), то сквозное извлечение, в целом, за 7 циклов составило 13,6%.

Таким образом, данный способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства позволяет повысить содержание ценного компонента в целевом продукте - скандиевом концентрате - до 5,2% Sc₂O₃, однако, существенным недостатком способа является низкая степень извлечения скандия, не превышающая, в целом, 13,6%, что, в свою очередь, обуславливает недостаточный выход целевого продукта (~290 г/т) в данном технологическом процессе.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в разработке способа получения скандиевого концентрата из красного шлама, характеризующегося улучшенными кинетическими характеристиками процесса выщелачивания скандия из твердой фазы и более высокой растворимостью скандия в растворе.

При этом техническим результатом является повышение степени извлечения скандия из красного шлама и увеличение выхода целевого продукта - скандийсодержащего концентрата с более высоким содержанием Sc₂O₃.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе получения скандиевого концентрата из красного шлама, включающем многократное последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при пропускании через смесь газовоздушной смеси, содержащей CO₂, отделение, промывку шлама с последующим извлечением скандия из полученного раствора, последовательное многократное выщелачивание скандия из красного шлама проводят при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO₂, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах, при этом на первой стадии выдержку проводят 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 проводят выдержку раствора при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и осаждают скандиевый концентрат.

Выщелачивание скандия из красного шлама может быть проведено раствором, содержащим 85-100 г/дм³ NaHCO₃ и 20,0-45,0 г/дм³ Na₂CO₃, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95,0 об.% CO₂ при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме при значении окружной скорости перемешивания 30-40 м/с в течение 4-6 часов.

Выщелачивание скандия из красного шлама может быть проведено раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ 125 г/дм³, при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей 95 об.% CO₂ при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме в течение 4-6 часов.

Выщелачивание скандия может быть проведено раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ 125 г/дм³ при газации пульпы газовоздушной смесью, представляющей собой топочные газы печей спекания, содержащие 8-17% CO₂, при повышенном давлении 6,0 ати, температуре 60°C и продолжительности процесса 8 часов.

Благодаря проведению последовательного многократного выщелачивания скандия из красного шлама («рециклинг-процесс») смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO₂, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме с последующей двухстадийной выдержкой продуктивного раствора при повышенных температурах: при выдержке раствора 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, при выдержке раствора на второй стадии при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и дальнейшим осаждением скандиевого концентрата, обеспечивается:

- Увеличение степени извлечения скандия из красного шлама в продуктивный Sc-содержащий раствор при карбонизационном выщелачивании с 13,6% до 20%;

- Увеличение выхода целевого продукта - первичного скандиевого концентрата из красного шлама на 30% с 290 г/т до 375 г/т.

При проведении последовательного многократного выщелачивания скандия из красного шлама («рециклинг-процесс») смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия при газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей СО₂, при повышенном давлении 3,0-6,0 ати в виброкавитационном режиме увеличивается растворимость CO₂ в жидкой фазе гетерогенной системы «красный шлам - раствор карбоната и гидрокарбоната натрия», что сдвигает вправо равновесие химических реакций растворения Sc(ОН)₃ из твердой фазы красного шлама и способствует увеличению степени извлечения скандия в раствор:

Кроме того, повышенное содержание CO₂ в растворе способствует регенерации частично разложившегося в процессе выщелачивания гидрокарбоната натрия из карбоната натрия

Ведение процесса выщелачивания в виброкавитационном режиме позволяет обеспечить «оттир» или удаление экранирующей пленки гидроалюмосиликата натрия (ГАСН), образовавшегося в процессе обескремнивания шламовых пульп в технологическом процессе глиноземного производства, с поверхности красного шлама, что приводит к улучшению кинетики процесса выщелачивания скандия из твердой фазы и увеличению степени его извлечения.

Проведение многократного последовательного выщелачивания («рециклинг-процесса»), заключающегося в оборачивании чернового Sc-содержащего раствора, получаемого после каждого цикла выщелачивания смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, в голову процесса, в количестве не менее 5-циклов, позволяет не только повысить содержания скандия в целевом продукте, как минимум, на 1,0 мас.% больше при сохранении при этом степени извлечения на уровне 20,0%, но и, в целом, упростить технологический процесс - сократить число необходимых для достижения технического результата циклов, что ведет к снижению операционных затрат.

Проведение двухстадийной выдержкой продуктивного Sc-содержащего раствора (вместо 3-стадийного у прототипа) при повышенных температурах, при выдержке раствора 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, при выдержке раствора на второй стадии при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 и дальнейшем осаждении скандиевого концентрата.

Проведение 2-стадийного (вместо 3-стадийного у прототипа) процесса получения первичного скандиевого концентрата из продуктивного Sc-содержащего концентрата, а именно: 1) Осаждение на 1-ой стадии оксидов малорастворимых примесей (Ti, Zr, Fe) в процессе выдержки раствора при температуре не менее 90°C и значении pH 9,0-9,5 в течение 3 часов; 2) Осаждение на 2-ой стадии первичного скандиевого концентрата в процессе выдержки раствора при температуре 100-110°C в течение 3 часов с добавлением раствора гидроксида натрия до pH≥12,5 обеспечивает повышение содержания оксида скандия в целевом продукте до уровня ~6,50%, а также упрощение технологического процесса и сокращение энергозатрат за счет исключения стадии упаривания продуктивного Sc-содержащего раствора (у прототипа).

Проведение выщелачивания скандия из красного шлама раствором, содержащим 85-100 г/дм³ NaHCO₃ и 20,0-45,0 г/дм³ Na₂CO₃, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95 об.% CO₂, при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме при значении окружной скорости перемешивания 30-40 м/с в течение 4-6 часов способствует существенному, на 3,0-8,5% относительно прототипа, увеличению степени извлечения скандия из красного шлама в продуктивный Sc-содержащий раствор. Установлено, что при температуре ниже 50°C снижается степень извлечения скандия из раствора за счет ухудшения кинетики лимитирующей стадии диффузионного процесса карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлам, в то же время при температуре выше 60°C также наблюдается снижение степени извлечения скандия в раствор вследствие снижения устойчивости анионных карбонатных комплексов скандия. Снижение концентрации NaHCO₃ ниже 80 г/дм³ и повышение концентрации Na₂CO₃ выше 45,0 г/дм³ способствует снижению концентрации комплексообразующего лиганда (HCO₃)^-, что существенно снижает степень извлечения скандия из красного шлама. Оптимальная продолжительность процесса карбонизационного выщелачивания составляет 4-6 часов, т.к. при продолжительности процесса меньше 4 часов степень извлечения скандия значительно меньше, при продолжительности более 6 часов степень извлечения скандия практически не изменяется вследствие достижения равновесной концентрации скандия в растворе при данных условиях процесса.

Проведение выщелачивания скандия из красного шлама раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ 125 г/дм³, при газации шламовой пульпы газо-воздушной смесью, содержащей 95 об.% CO₂ при температуре 50-60°C в постоянном виброкавитационном режиме в течение 4-6 часов обеспечивает значительное повышение степени извлечения скандия за счет более высокой концентрации комплексообразующего лиганда (HCO₃)^-, способствующего переходу в скандия из твердой фазы красного шлама в раствор. Повышение концентрации гидрокарбоната натрия выше 125 г/дм³ практически не влияет на степень извлечения скандия, поэтому увеличение расхода выщелачивающего агента экономически и технологически нецелесообразно.

Проведение выщелачивания скандия раствором гидрокарбоната натрия NaHCO₃ 125 г/дм³ при газации пульпы газо-воздушной смесью, представляющей собой топочные газы печей спекания, содержащие 8-17% CO₂, при повышенном давлении 6,0 ати, температуре 60°C и продолжительности процесса 8 часов позволяет обеспечивает снижение операционных затрат вследствие использования топочных газов печей спекания глиноземного производства вместо товарного CO₂ и позволяющее снизить экологическую нагрузку в районе местоположения глиноземного предприятия.

Способ получения скандиевого концентрата осуществляется следующим образом.

Карбонизационное выщелачивание скандия проводят из производственной пульпы исходного красного шлама, имеющей следующий, средний, химический состав:

- твердая фаза, мас.%: 46,5 Fe₂O₃общ, 12,0 Al₂O₃, 8,0 СаО, 10,0 SiO₂, 4,50 TiO₂, 0,0135 Sc₂O₃, 0,10 ZrO₂;

- жидкая фаза, г/дм³: 5,0 Na₂Ообщ, 4,0 Na₂Oкст, 3,0 Al₂O₃, значение pH 12,5 ед; отношение Т:Ж в пульпе равно, в среднем, 1,0:4,0.

Пульпу красного шлама обрабатывают карбонатным раствором, содержащим 100-125 г/дм³ NaHCO₃ и/или 20-45 г/дм³ Na₂CO₃, при одновременной газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей 8,0-95,0 об.% CO₂, при повышенном давлении P_CO2 3,0-6,0 ати и при температуре 50-60°C, в виброкавитационном режиме при окружной скорости перемешивания пульпы 30-40 м/с в течение 4-6 часов.

Полученный скандийсодержащий раствор выдерживают при температуре 90-95°C, значениях pH 9,0-9,5 и продолжительности не менее 3,0 часов с целью осаждения примесных компонентов (титан, цирконий, железо) и получения очищенного (продуктивного) скандийсодержащего раствора.

Далее проводят осаждение малорастворимых соединений скандия из очищенного (продуктивного) скандийсодержащего раствора при температуре 100-110°C (кипячение), значениях pH 12,0-12,5 и продолжительности не менее 3,0 часов.

Возможность осуществления заявляемого способа получения скандиевого концентрата из красного шлама показана следующими примерами.

Пример 1. В карбонизаторе (V_раб=40,0 дм³), совмещенном с виброкавитационной мешалкой (V_раб=5,0 дм³), проводится выщелачивание скандия из красного шлама при дозировке NaHCO₃ 90-125 г/дм³ пульпы, при температуре 50-60°C, при одновременной газации шламовой пульпы углекислым газом (100,0% об. СО₂) под давлением 3-6 ати; общая продолжительность процесса выщелачивания (газации) составляет 4-6 часов, при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы посредством ее прокачки через совмещенный контур «карбонизатор - виброкавитационная мешалка», значение окружной скорости ротора перемешивающего устройства в виброкавитационной мешалке 30 м/с.

После окончания процесса выщелачивания скандия откарбонизированную шламовую пульпу фильтруют на фильтр-прессе (S_ф=0,5 дм³) под давлением, равным давлению (P_CO2) газации, и полученный черновой Sc-содержащий раствор направляют на следующий цикл «рециклинг-процесса» - выщелачивание «свежей» порции красного шлама (см. Пример 3).

В табл. 1 приведены результаты опытов по карбонизационному выщелачиванию - степень извлечения скандия из красного шлама за 1-й цикл - согласно заявляемому изобретению, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.

Как видно из табл. 1, оптимальные условия карбонизационного выщелачивания скандия раствором гидрокарбоната натрия (NaHCO₃) следующие (оп. 1-5):

- Концентрация NaHCO₃ 100-130 г/дм³;

- Температура 50-60°C;

- Продолжительность 4-6 часов;

- Газация шламовой пульпы углекислым газом при P_CO2=3,0-6,0 ати.

При выходе за оптимальные пределы в меньшую сторону (оп. 7, 8, 9, 10, 11) степень извлечения скандия 13,5-15,5%, т.е. меньше, чем у прототипа (15,8%), в среднем на 1,3%. Это объясняется либо недостаточной концентрацией выщелачивающего реагента NaHCO₃ (лиганда ) - оп. 8 и 10, либо пониженной температурой процесса (45°C - оп. 7, 9, 10).

При выходе за оптимальные пределы в большую сторону (оп. 12, 13, 14) извлечения скандия относительно прототипа повышается на 0,2-1,2%, в среднем на 0,7%, т.е. незначительно при существенном увеличении энергозатрат (давлении при газации до P_CO2=7,0 ати - оп. 13 и/или температуры 70°C - оп. 12) и расходе реагента - до 140 г/дм³ (оп. 14) - что экономически нецелесообразно.

Пример 2. Производится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама аналогично пр. 1, но смешанным карбонатным раствором, содержащим 85-100 г/дм³ и 20,0-45,0 г/дм³ Na₂CO₃, при газации шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO₂) при P_CO2=6,0 ати, температуре 60°C и общей продолжительности процесса 6-8 часов при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы.

После окончания процесса выщелачивания скандия откарбонизированную шламовую пульпу фильтруют на фильтр-прессе (Р=6,0 ати) и получают черновой Sc-содержащий раствор, содержащий, г/дм³: 20,0 Na₂CO₃, 95,0 NaHCO₃, 0,05 Al, 0,400 Ti, 0,16 Zr, 0,04 Fe, 6,0 мг/дм³ Sc, pH=8,0-8,5. Полученный раствор направляют на выщелачивание «свежей» порции красного шлама - «рециклинг-процесс» (см. Пример 3).

В табл. 2 приведены результаты опытов по карбонизационному выщелачиванию скандия смешанным карбонатным раствором за 1 (один) цикл - согласно заявляемому изобретению, а также при выходе за оптимальные пределы параметров.

Итак, как видно из табл. 2, оптимальные условия карбонизационного выщелачивания скандия смешанным карбонатным раствором при прочих равных условиях следующие:

- концентрация гидрокарбоната натрия (NaHCO₃) и карбоната натрия в смешанном растворе соответственно 85,0-100,0 г/дм³ и 20,0-45,0 г/дм³;

- продолжительность процесса 6-8 часов.

При этом достигается степень извлечения 19,0-22%, т.е. на 3,2-6,2% больше, чем у прототипа.

При выходе за оптимальные пределы параметров в меньшую сторону (оп. 7, 8, 10) степень извлечения скандия 14,0-15,5%, т.е. меньше, чем у прототипа, в среднем, на 1%. Это объясняется либо недостаточной продолжительностью процесса - 4 часа (оп. 8), либо недостаточной концентрацией лиганда - иона, обладающего большей комплексообразующей способностью к Sc³⁺ - иону, по сравнению с - ионом.

Проведение карбонизационного выщелачивания карбонатным раствором - C_Na2CO3 75.0 г/дм³ - дает наименьшее значение степени извлечения - 13,0%, т.е. на 2,8% меньше; хотя опыт проводился при P_CO2=6 ати.

Проведение карбонизационного выщелачивания при максимальных значениях параметров - концентрация NaHCO₃ и Na₂CO₃ соответственно 110,0 и 55,0 г/дм³ дает значение степени извлечения 20,0%, т.е. на 4,2% выше, чем у прототипа, но проведение процесса при таких условиях (и еще при повышенном давлении) - экономически нецелесообразно из-за высоких расходов на реагенты.

Пример 3. Производится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама аналогично пр. 1 смешанным карбонатным раствором, содержащим 90,0 г/дм³ NaHCO₃ и 35,0 г/дм³ Na₂CO₃ при газации шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO₂) при P_CO2=6,0 ати, температуре 60°C, общей продолжительности процесса 6 часов при постоянной виброкавитационной обработке шламовой пульпы при значении окружной скорости ω=30 м/с, при этом осуществляют «рециклинг-процесс» - оборачивание получаемого чернового Sc-содержащего раствора на карбонизационное выщелачивание «свежей» порции красного шлама.

После проведения «рециклинг-процесса» проводили предварительную очистку первичного Sc-содержащего раствора от примесных элементов (Ti, Zr, Fe) при следующих условиях:

- значение pH - 9,5

- температура 95°C

- продолжительность - 3 часа.

После отделения осадка примесей, из очищенного первичного Sc-содержащего раствора проводили осаждение первичного скандиевого концентрата при следующих условиях:

- значение pH - 12,5

- температура 105°C (кипячение)

- продолжительность - 3 часа.

В табл. 3 приведены результаты опытов: извлечение скандия из красного шлама, содержание Sc₂O₃ в первичном скандиевом концентрате и суммарный выход (количество) скандия из всей массы отработанного красного шлама - по прототипу и согласно заявляемому изобретению.

Итак, согласно данным табл. 3 - при проведении 5-ти циклов «рециклинг-процессе» по разработанному согласно заявляемому изобретению процесса карбонизационного выщелачивания скандия из красного шлама - достигаются значительно лучшие технологические показатели по сравнению с прототипом: содержание скандия в целевом продукте - первичном скандиевом концентрате - на 1,0% больше и выход (количество) извлекаемого скандия условно из 5,0 т красного шлама (5 циклов) значительно больше, чем из 7,0 т (7 циклов) - соответственно 121,5 г напротив 104,7 г, т.е. на 16,0%. Кроме того, снижение числа циклов с 7 до 5 упрощает технологический процесс за счет, в частности, уменьшения количества циклов фильтрации откарбонизированной пульпы.

Согласно данным, приведенным в табл. 3, проведения 3-х циклов выщелачивания недостаточно: технологические показатели во выходу скандия ниже, чем у прототипа.

Проведение 7-и циклов карбонизированного выщелачивания скандия согласно заявляемому изобретению еще больше увеличивает выход скандия, на 44,4%, из одинакового количества переработанного красного шлама (условно по 7,0 т), но не упрощает аппаратурно-технологической схемы процесса.

Пример 4. Проводится получение первичного скандиевого концентрата из красного шлама по разработанной технологической схеме при оптимальных условиях:

Карбонизационное выщелачивание (навеска красного шлама в каждом цикле по 5 кг):

- состав «смешанного» карбонатного раствора: 90,0 г/дм³ NaHCO₃ и 35,0 г/дм³ Na₂CO₃;

- газация шламовой пульпы углекислым газом (95,0 об.% CO₂) при P_CO2=6,0 ати;

- температура - 60°C;

- число циклов рециклинг-процесса - 5;

- виброкавитационная обработка при значении окружной скорости ω=30 м/с.

После фильтрации полученный продуктивный Sc-содержащий раствор содержал, г/дм³:

20,0 Na₂CO₃, 95,0 NaHCO₃, 0,20 Al, 1,30 Ti, 0,40 Zr, 0,35 Fe, 26,5 мг/дм³ Sc, значение pH~9,0.

Из данного раствора проводили предварительное выделение (очистку) основных примесных элементов (Ti, Zr, Fe) при следующих условиях:

- значение pH - 9,5

- температура - 95°C

- продолжительность - 3 часа.

После отделения «примесного» осадка, содержащего после промывки и сушки 48,5% TiO₂ и 7,5% ZrO₂, из очищенного продуктивного Sc-содержащего раствора, имеющего следующий химический состав, мг/дм³: 65,0 Ti, 40,0 Zr, 38,0 Fe, 25,7 Sc, значение pH=10 - проводили осаждение первичного скандиевого концентрата при следующих условиях:

- значение pH=12,5 (подщелачивание 45%-раствором NaOH);

- температура 105°C (кипячение);

- продолжительность - 3 часа.

Выделенный осадок отделяли от маточного раствора фильтрацией, промывали и сушили при температуре 150°C в течение 2 часов.

Полученный первичный скандиевый концентрат имеет следующий химический состав, мас.%: 6,5 Sc₂O₃ (4,3 Sc), 10,0 ZrO₂, 12,5 TiO₂, 3,0 Al₂O₃, 7,5 Fe₂O₃, 8,0 Na₂O, 3,5 CaO.

Количество целевого продукта - 10,0 г. Сквозное извлечение скандия из исходного красного шлама в целевой продукт - первичный скандиевый концентрат - 20,0%.

Пример 5. Проводится карбонизационное выщелачивание скандия из красного шлама при одновременной газации шламовой пульпы топочными газами печей спекания глиноземного производства, содержащими 8,0-17,0 об.% CO₂, при прочих равных условиях:

- температура - 60°C;

- концентрация NaHCO₃ - 125 г/дм³;

- давление подачи газов - 6,0 ати;

- продолжительность - 8 часов;

- постоянная виброкавитационная обработка пульпы при значении окружной скорости ω=30 м/с;

- один цикл выщелачивания.

Степень извлечения скандия из красного шлама равна при этом 20,5%, а концентрация скандия в полученном первичном Sc-содержащем растворе - 4,5 мг/дм³ (7,0 мг/дм³ Sc₂O₃).

Таким образом, благодаря проведению карбонизационного выщелачивания при одновременной газации шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей CO₂, при повышенном давлении и виброкавитационной обработкой, проведению «рециклинг-процесса», фильтрации откарбонизированной шламовой пульпы с получением продуктивного Sc-содержащего раствора, из которого осуществляют осаждение малорастворимых соединений скандия, при этом вначале ведут осаждение малорастворимых соединений примесных компонентов с отделением осадка, являющегося титан-циркониевым концентратом, а затем проводят осаждение первичного скандиевого концентрата обеспечивается, в целом, происходит повышение сквозного извлечения оксида скандия в целевой продукт (концентрат), в среднем, до ~24,0 мг/т КШ относительно 15 мг/т КШ (у прототипа) или на ~37,5% больше при одновременном повышении содержания оксида скандия в концентрате на ~1,0%.