Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ КРАСНОГО ШЛАМА ПРОИЗВОДСТВА ГЛИНОЗЕМА

Изобретение относится к металлургии редких металлов, в частности к извлечению скандия из красного шлама, являющегося отходом производства глинозема.

Способ включает сернокислотное выщелачивание скандия из красного шлама (КШ), фильтрацию и промывку пульпы. При этом выщелачивание скандия из красного шлама ведут 27%-ной серной кислотой (320 г/л) в присутствии фторида натрия при его дозировке не менее 20 г/л и температуре не ниже 80°C. Техническим результатом является повышение степени извлечения скандия в раствор, выхода фильтрата и скорости фильтрации пульпы после выщелачивания.

Известен способ извлечения скандия из красного шлама, включающий выщелачивание красного шлама сначала 3-5%-ной соляной кислотой при температуре 20-25°C и отношении Т:Ж=1:5-10, затем последующую обработку 50-55%-ной серной кислотой при 100-110°C и отношении Т:Ж=1:6-8 (патент РФ №2040587, С22В 59/00, опубл. 25.07.1995). Данный способ извлечения скандия из красного шлама имеет ряд недостатков. Это прежде всего двухстадийное выщелачивание красного шлама, для проведения которого необходимы дополнительные операции фильтрации и промывки кека (остатка) выщелачивания 1 стадии, что усложняет процесс. При этом на первой стадии используют нетехнологичную соляную кислоту, а на второй стадии применяют серную кислоту высокой концентрации, что приводит к значительному ее расходу в процессе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ извлечения скандия из красного шлама, включающий выщелачивание красного шлама серной кислотой с концентрацией 74-100 г/л при температуре не ниже 64°C в течение 1,5-2 часов при перемешивании (Патент РФ 2140998, опубл. 10.11.1999). Полученную пульпу фильтруют или отстаивают в течение 1-1,5 часов и декантируют. Отмечено, что повышение концентрации серной кислоты при низкой температуре приводит к загипсованию пульпы, пульпа превращается в густое, вязкое "тесто", что затрудняет проведение процесса в промышленных условиях. Дальнейшее увеличение исходной концентрации серной кислоты выше заявленного предела при одновременном повышении температуры проведения процесса также вызывает загипсование пульпы или приводит к тому, что значительное количество сопутствующих элементов переходит в раствор. Общее извлечение скандия в раствор в интервале температур 20-94°C составляет 30,2-86,9% соответственно; только при температуре 95°C и увеличении содержания серной кислоты извлечение скандия достигает 100%, а скорость фильтрации приемлема для осуществления процесса (загипсования пульпы нет).

Недостатками способа является низкое извлечение скандия из красных шламов в условиях проведения процесса, связанное с отсутствием решения проблемы отделения кека от раствора выщелачивания («загипсовывание пульпы») в более широких интервалах концентрации серной кислоты и температуры.

Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения скандия в раствор, выхода раствора при фильтрации и скорости фильтрации пульпы при выщелачивании красного шлама.

Технический результат достигается тем, что выщелачивание КШ проводят раствором серной кислоты с концентрацией не ниже 320 г/л, температуре не менее 80°C в присутствии добавки фторида натрия не менее 20 г/л. Введение добавки фторида натрия приводит к изменению структуры осадка, что значительно увеличивает скорость фильтрации твердого остатка после выщелачивания красного шлама и позволяет использовать менее жесткие условия проведения процесса.

Процесс выщелачивания осуществляется следующим образом. В термостатируемую емкость с раствором серной кислоты выбранной в опыте концентрации, нагретым до заданной температуры, при перемешивании вводили сухой КШ. Процесс проводили при перемешивании в течение 2 часов, далее осадок (остаток выщелачивания) отделяли от раствора фильтрованием на вакуумном нутч-фильтре, осадок на фильтре промывали горячей дистиллированной водой. Фторид натрия вводили в смеси с КШ. Концентрацию элементов в растворе выщелачивания и промывном растворе определяли эмисионно-спектральным методом с индукционно связанной плазмой.

Условия проведения экспериментов и их результаты приведены в таблице.

Пример 1. 50 г сухого красного шлама (нележалый шлам Уральского алюминиевого завода) с содержанием, масс. %: Sc 0,0092, Al 7,67, Ca 5,24, Fe 30,7, Mg 0,72, Na 2,51, Ti 2,43, V 0,048, Zr 0,10, Y 0,018 (образец КШ-1) обрабатывали 3,3 M раствором H₂SO₄ при температуре 60°C и соотношении Т:Ж=1:7,5 в течение 2 часов. Полученную пульпу фильтровали, осадок промывали на фильтре горячей дистиллированной водой. Извлечение скандия в раствор составило 77,9% (табл.).

Пример 2. Процесс проводили так же, как в примере 1, но при температуре 70°C. Извлечение скандия в раствор составило 85,7% (табл.).

Пример 3. Процесс проводили так же, как в примере 1, но при температуре 80°C. Извлечение скандия в раствор составило 92,9%, скорость фильтрации - 0,568 л/(м²·мин), выход фильтрата - 66,7% от исходного объема раствора, или 5 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 4. Процесс проводили так же, как в примере 3, но 2,2 М раствором H₂SO₄. Извлечение скандия в раствор составило 53,1% (табл.).

Пример 5. Процесс проводили так же, как в примере 3, но использовали образец красного шлама состава, масс. %: Sc 0,0073, Al 7,7, Ca 5,2, Fe 29,7, Mg 0,48, Na 3,2, Ti 2,24, V 0,039, Zr 0,08, Y 0,014 (образец КШ-2). Извлечение скандия в раствор составило 95,07%, скорость фильтрации - 0,290 л/(м²·мин), выход фильтрата - 68% от исходного объема раствора, или 5,1 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 6. Процесс проводили так же, как в примере 5, но вводили добавку фторида натрия в количестве 5 г/литр раствора. Извлечение скандия в раствор составило 96,01%, скорость фильтрации - 0,756 л/(м²·мин), выход фильтрата - 70,9% от исходного объема раствора, или 5,32 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 7. Процесс проводили так же, как в примере 6, но вводили добавку фторида натрия в количестве 10 г/литр раствора. Извлечение скандия в раствор составило 96,43%, скорость фильтрации - 0,877 л/(м²·мин), выход фильтрата - 72% от исходного объема раствора, или 5,4 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 8. Процесс проводили так же, как в примере 5, но вводили добавку фторида натрия в количестве 20 г/литр раствора. Извлечение скандия в раствор составило 97,15%, скорость фильтрации - 4,697 л/(м²·мин), выход фильтрата - 82,7% от исходного объема раствора, или 6,2 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 9. Процесс проводили так же, как в примере 5, но вводили добавку фторида натрия в количестве 30 г/литр раствора. Извлечение скандия в раствор составило 94,44%, скорость фильтрации - 4,394 л/(м²·мин), выход фильтрата - 77,3% от исходного объема раствора, или 5,8 л/кг красного шлама (табл.).

Пример 10. Процесс проводили так же, как в примере 5, но вводили добавку фторида натрия в количестве 40 г/литр раствора. Извлечение скандия в раствор составило 94,65%, скорость фильтрации - 7,159 л/(м²·мин), выход фильтрата - 84% от исходного объема раствора, или 6,3 л/кг красного шлама (табл.).

Таким образом, введение добавки NaF количестве 20 г/л в процессе выщелачивания КШ-2 раствором 3,3 М H₂SO₄ при отношении Т:Ж=1:7,5, температуре 80°C за 2 часа обеспечивает извлечение скандия в раствор на уровне 97,2%; скорость фильтрации при этом составляет 4,697 л/(м²·мин), что в 16 раз превосходит скорость фильтрации пульпы без добавки NaF; увеличение объема фильтрата происходит на 15%.

Использование предлагаемого способа обеспечивает следующие преимущества: позволяет извлечь скандий на 92-96% из красного шлама при температуре 80°C, высокой скорости фильтрации пульпы выщелачивания и технологически приемлемых расходах реагентов (100 кг фторида натрия/т красного шлама и 1,65 т серной кислоты/т красного шлама).