Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к кислотной переработке красных шламов, получаемых в процессе производства глинозема, и может применяться в технологиях утилизации отходов шламовых полей глиноземных заводов.

Известен способ переработки красного шлама глиноземного производства путем его выщелачивания серной кислотой с переводом ценных компонентов в раствор (RU, патент №2140998, C22B 7/00, C22B 59/00, опубл. 10.11.1999 г.). При этом выщелачивание ведут серной кислотой с концентрацией 74-100 г/л при температуре не ниже 64°C.

Недостатком данного способа является то, что в пределах заявленных температур и концентраций не обеспечивается степень извлечения в раствор главного ценного компонента - скандия более чем 50%, поскольку вне этих пределов ограничивающим фактором является «загипсование» пульпы - превращение ее в густую вязкую массу, чрезвычайно затрудняющее выделение целевого продукта - скандийсодержащего раствора.

Наиболее близким к заявленному способу является способ извлечения алюминия, кальция и редкоземельных металлов из красных шламов глиноземных производств, включающий выщелачивание кислотой, фильтрацию раствора и разделение извлекаемых целевых продуктов (RU, патент №2048556, C22B 21/00, C22B 26/20, C22B 59/00, C01F 7/02, опубл. 20.11.1995 г.). При этом выщелачивание проводят с использованием в качестве выщелачивающего реагента водорастворимых карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле менее 3 при массовом соотношении сухой твердой и жидкой фаз 1:(4-18) и концентрации кислот 3-25% при температуре 30-80°C в течение 0,5-3 ч. В качестве выщелачивающего реагента используют водный раствор муравьиной кислоты HCOOH и водный раствор уксусной кислоты CH₃COOH с различной концентрацией.

Недостаток данного способа заключается в отсутствии контроля уровня pH, который является решающим информативным параметром для управления процессом выщелачивания, поскольку осаждение гидроксидов металлов происходит в весьма узких интервалах кислотности. Так, TiO(OH)₂ уже при pH=2 полностью переходит в твердую фазу. Fe(OH)₃ начинает частично осаждаться при pH=1,5, а при pH=4,1 выпадает целиком. Al(ОН)₃ полностью растворим при pH<3,2. В результате контроль процесса выщелачивания красного шлама, представляющего собой сложную многокомпонентную систему, очень затруднен. К тому же переменное содержание щелочи в исходном шламе не позволяет точно предсказать кислотность и другие свойства получаемой суспензии. Следует также учесть, что карбоновые кислоты жирного ряда, в том числе муравьиная и уксусная, способны удерживать в растворе соединения кремния с образованием трудноотделимых коллоидных осадков аморфного кремнезема.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в оптимизации условий выщелачивания красных шламов кислотами в процессе их переработки.

Техническим результатом является обеспечение высокой степени извлечения ценных компонентов и увеличение производительности процесса.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе кислотной переработки красных шламов, включающем выщелачивание с использованием в качестве выщелачивающего реагента водорастворимых карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле менее 3, фильтрацию раствора и разделение извлекаемых целевых продуктов, выщелачивание проводят при порционном добавлении красного шлама с контролем значений pH, при достижении заданного значения pH, равного 2,3-3,8, добавление красного шлама прекращают, по завершении выщелачивания раствор выдерживают при заданной температуре выщелачивания не менее одного часа.

Кислотная обработка красного шлама при максимальном извлечении ценных компонентов, высокой производительности процесса и эффективном разделении получаемых суспензий на твердую и жидкую фазы обеспечивается благодаря контролю значений pH, проведению выщелачивания при заданном значении pH, равном 2,3-3,8, и выдержке раствора при заданной температуре выщелачивания по его завершении.

Значение pH, равное 2,3-3,8, определено исходя из одновременного обеспечения условий высокой производительности процесса кислотной обработки и условий осуществления последующей фильтрации. При значении pH, равном менее 2,3, количество введенного в процесс и обработанного красного шлама оказывается малым. При значении pH, равном более 3,8, затрудняется последующая фильтрация, в первую очередь, из-за присутствия высокодисперсного аморфного кремнезема и практически не фильтруется и начала выпадения высокодисперсного гидроксида алюминия.

Способ кислотной переработки красных шламов осуществляли следующим образом.

Исходный красный шлам содержал, %: SiO₂ 9,3; Al₂O₃ 12,4; Fe₂O₃ 44,3; TiO₂ 4,4; P₂O₅ 0,75; CaO 13,6; MgO 0,93; Na₂O 2,9; K₂O<0,15; V₂O₅ 0,09; Cr₂O₃ 0,05; MnO 0,52; SO₃ 2,8; редкоземельные металлы (сумма) 0,14; Sc 9,0·10^-3.

Выщелачивание проводили с использованием в качестве выщелачивающего реагента водорастворимых карбоновых кислот жирного ряда с числом атомов углерода в молекуле менее 3, а именно водный раствор муравьиной кислоты HCOOH, водный раствор уксусной кислоты CH₃COOH и их смеси.

Термостатированный реактор с устройством перемешивания и датчиком pH наполняли 15% раствором муравьиной и/или уксусной кислоты, доводили температуру до 80°C и затем малыми порциями добавляли красный шлам с непрерывным контролем значений pH. Процедуру прекращали по достижении заданной кислотности суспензии (в интервале pH=1,6-4,0), но перемешивание продолжали еще в течение часа с момента подачи последней порции шлама. Далее перемешивание останавливали и при той же температуре выдерживали суспензию еще один час. Затем твердый осадок отделяли от жидкости фильтрованием, после чего твердую и жидкую фазы анализировали для определения степени извлечения наиболее ценных компонентов в раствор.

В таблице приведены полученные описанным выше способом степени извлечения по алюминию, скандию и редкоземельным металлам в зависимости от pH пульпы при завершении процесса выщелачивания. Результаты, полученные для обеих кислот отдельно и для их равнообъемной смеси, отличаются незначительно. При смещении в щелочную сторону (возрастание pH) наблюдается небольшое снижение степени извлечения, но при этом увеличивается производительность процесса, сначала резко до pH=2,3, а затем более плавно до pH=3,8. При значении pH=4,0 фильтрование становится невозможным из-за накопления коллоида, состоящего, в первую очередь, из аморфных форм соединений кремния и алюминия. В итоге получается, что оптимальные значения pH, при которых можно прекращать добавление красного шлама, находятся в интервале 2,3-3,8 для любых комбинаций уксусной и муравьиной кислот.

При промышленной реализации способа выбор кислот определяется только их стоимостью и доступностью. Оказавшиеся в растворе соединения алюминия, скандия и редкоземельных металлов затем отделяются известными способами.