Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама

4483 1 з) А 1 19) 2 В 59/О б 12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к авторскому свидетельству сстановительной плавкойшлака, обогащенного по кислотным выщелачи РЗЭ. Целью является ия скандия и РЗЭ с полученскандию РЗЭ, идия иизвлечен нием ска овышение ислотный оты и уде- новительной литом подоследующим на жидкую у после ох- щелачивают ОО м из н ным сырь- одвергают ислотному ак после способу изасного шлавыщелачиванию подвергаютвосстановительной плавки. Комитет Российской Федерац о патентам и товарным знак(72) Бондаренко И.В., Щербан С,А., Слуцкий И.З Баланцева В.МСадыков Ж.С. (71) Казахский политехнический институт им,В.И,Ленина(56) Авторское свидетельство СССР 1321089, кл, С 22 В 59/00, 1985, Авторское свидетельство СССР М 1238399, кл, С 22 В 59/00, 1984. Авторское свидетельство СССР1464493, кл, С 22 В 59/00, 1986. Авторское свидетельство СССР М 1515741, кл. С 22 В 59/00, 1988.(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ КРАСНОГО ШЛАМА(57) Изобретение относится квлечения скандия и РЗЭ из кр раствор, снижения потерь кисл шевления способа. Перед восста плавкой исходное сырье с кри вергают плавке при 1000 С с п разделением продуктов плавки и твердую фазы. Жидкую фаз лаждения и кристаллизации вы щелочным раствором с получен криолита и подачей его с исхо ем на плавку. Твердую фазу восстановительной плавке, аИзобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии глиноземного производства, производству редких цветных металлов.Постоянно возрастающий спрос современной техники и технологий на соединения скандия и редкоземельных элементов (РЗЭ) требует расширения сырьевой базы с использованием обогащенного по Бс и РЗЭ алюминийсодержащ его сырья, в частности красного шлама некоторых глиноземных заводов.Известен способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанный на кислотной обработке с получением растворимых соединений скандия 1. Недостатками данного способа являются сильное загрязнение кислотного раствора соединениями основных компонентов, содержащихся в шламе (Ге 20 з, А 120 з, Т 102 и др.), низкая концентрация скандия в кислотном растворе, что затрудняет его выделение из раствора, значительный расход кислоты.Известны способы извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства, основанные на магнитной сепарации с получением магнитной фракции, обогащенной по скандию 2-3. Недостатками данных способов являются высокие потери Бс с немагнитной фракцией, невысокие степени концентрирования.За прототип заявляемого способа принят способ извлечения Бс и );РЗЭ из красного шлама, включающий составление шихты, ее обжиг и плавку, разделение продуктов плавки с получением обогащенного по Бс и ,.РЗЭ продукта, сернокислотное вскрытие. При плавке вводят металлический алюминиевый лом для восстановления оксидов кремния и титана, содержащихся в красном шламе, а добавление известкового компонента при плавке проводят из расчета на образование алюмината кальция из оксида алюминия красного шлама и оксида алюминия, образующегося при восстановлении оксидов кремния и титана алюминием 4.Недостатками данного способа являются невысокая степень извлечения Бс и ),РЗЭ в кислотный раствор; существенные потери Бс и РЗЭ с образующимся при сернокислотном вскрытии гипсом; шламы содового выщелачивания разубожены по Бс иРЗЭ из-за значительного содержания соединений кальция; значительный расход кислоты; расход металлического алюминия,Целью данного изобретения является повышение извлечения Бс и,),РЗЭ, снижение потерь кислоты и удешевление способа. Это происходит за счет растворения в криолите при плавке основных компонентов красного шлама (СаО, А 120 з, Б 102, Т 102) и их вывода с получением твердой фазы, обогащенной по Бс и РЗЭ, что значительно облегчает и удешевляет ее дальнейшую переработку, многократной регенерации и использования криолита в технологическом процессе.Указанная цель достигается тем, что в способе извлечения Бс и РЗЭ из красного шлама глиноземного производства, включающем составление шихты, ее обжиг и плавку, разделение продуктов плавки с получением обогащенного по Бс и ,.РЗЭ продукта, сернокислотное вскрытие, в качестве компонента шихты используют криолит, разделение продуктов плавки на жидкую и твердую фазы проводят фильтрацией, осуществляют восстановительную плавку твердой фазы с получением богатого концентрата Бс и РЗЭ, охлажденную и откристаллизованную жидкую фазу плавки выщелачивают щелочным раствором с отделением осадка и получением фторалюминатного щелочного раствора, карбонизируют фторалюминатный щелочной раствор с получением и отделение криолита и возвращают его на составление шихты.Процесс разделения компонентов красного шлама с получением концентрата Бс и РЗЭ обусловлен различной растворимостью оксидов металлов в расплаве криолита. Так, например, при температуре 1000 С предельная растворимость в криолите составляет, мас.l,: А 120 з 16,00; СаО - 10,50; Т 102 4,87; Ма 20 - 23,0; Ге 20 з - 0,18.Фильтрация криолитового расплава через графитовое полотно возможна из-за невысокой температуры плавки 1000 С и невысокой вязкости расплава (2-4)10 П.-2Полученная твердая фаза состоит в основном из оксидов железа, обогащена по Бс и РЗЭ и может быть легко подвергнута восстановительной плавке с отделением чугуна и обогащенного концентрата Бс и ; РЗЭ, который подвергается сернокислотному выщелачиванию с получением богатого по Бс и РЗЭ кислотного раствора.Образующаяся после фильтрации жидкая фаза, представляет собой криолит, загрязненный примесями, обрабатывается щелочным раствором. Одними из основных протекающих реакций являются:ХазА 1 Рь + 4 МаОН = 6 МаР + ХаА 102 +2 Н 201,7 Ха 2310 з + 21 аА 102 + 3,4 Н 20 = Ма 02 А 12031,7 Б 10 ф 1,7 НО + 3,4 МаОНОксиды титана и железа практически не вступают во взаимодействие со щелочными растворами и сразу переходят в осадок при растворении загрязненного криолита.Сопоставительный анализ заявляемогорешения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известноготем, что в качестве компонента шихты используют криолит, разделение продуктов плавки на жидкую и твердую фазы проводят фильтрацией, осуществляют восстановительную плавку твердой фазы с получением богатого концентрата Бс и РЗЭ, охлажденную и откристаллизованную жидкую фазу плавки выщелачивают щелочным раствором с отделением осадка и получением фторалюминатного щелочного раствора, карбонизируют фторалюминатный щелочной раствор с получением и отделением криолита и возвращают его на составление шихты.Существенными отличиями способа от известного являются: получение более богатых по Бс и ПЗЭ концентратов, более концентрированных по Бс и ,РЗЭ кислотных растворов.При совокупности отличительных существенных признаков возможно достижение целей, таких как повышение извлечения Бс и 2,РЗЭ в кислотный раствор, снижение потерь кислоты и удешевление способа.Примеры осуществления способа.По прототипу 30 г сухого красного шлама одного из глиноземных заводов состава, мас./: А 120 з 7,3; Ре 203 52,0; Т 102 6,6; 8102 1,40; СаО 14,1; Ха 20 1,45; БсгОз 0,017; оксидов РЗЭ 0,015; растерты и смешаны с 4,0 г СаСОз марки "ЧДА", 5,7 г коксика, добавлено 8 капель раствора сульфитно-спиртовой барды и проведено на лабораторном прессе формование таблеток. Таблетки помещены в алундовый тигель и прокалены при температуре 1250 С. В расплав внесено 1,5 г разрезанных гранул металлического алюминия марки "ЧДА", перемешаны в тигле графитовой палочкой, при этом происходило кратковременное повышение температуры. Расплав выдержан при температуре 1750 С в течение 60 мин, далее тигель извлечен из печи, расплав вылит в изложницу, охлажден и разделен на сплав и шлак. Получено 12,1 г сплава, состава, мас.: Ге 89,2; Т 1 8,9;5 1,34; А 1 0,5 и шлака 14,6 г состава, мас.,4: СаО 44,3; А 120 з 52,6; Бс 20 з 0,026. оксидов РЗЭ 0,022. Алюминиево-кальциевый шлак растерт до крупности минус 100 меш. Измельченный алюминиево-кальциевый шлак подвергли вышелачиванию 170 мл синтетического содового раствора (Ма 20 кб -80 г/дм ) при температуре 70 С и непрерывном перемешивании в течение 120 миндля каустификации раствора и переводаА 120 з в раствор. Пульпу фильтровали. Объемполученного фильтрата 159 мл состава,г/дм: А 120 з 24,0; Ма 20 73,1; Ха 20 об - 78,2.Осадок на фильтре промыт 150 мл горячейдистиллированной воды. Объем промводы 140мл состава, г/дм; А 120 з 4,01; Ыа 20 к 8,2;3,Ха 20 об - 13,0. Осадок высушен притемпературе 105 С и прокален в муфельнойпечи при температуре 1200 С в течение 120мин, Вес прокаленного осадка 10,42 г,Состав, мас./,; СаО 62,0; А 120 з 31,4; Бс 20 з0,0287;оксидов РЗЭ 0,0326, Осадок послепрокалки растерт до крупности минус 100меш. и обработан 52 мл концентрированнойсерной кислоты, пульпа нагрета до 130 С ипри постоянном перемешивании проведеновыщелачивание в течение 240 мин. Пульпаотфильтрована под вакуумом, Осадок нафильтре промыт горячей дистиллированнойводой 100 мл. Остаток от выщелачиваниявысушен при температуре 105 С. Вес остаткаот сернокислотного выщелачивания 13,7 гсостава, мас4: СаО 46,7; БОз 44,2; Бс 2030,008; 2,оксидов РЗЭ 0,006. Объем фильтрата38 мл состава, г/дм: Яс 20 з 0,064; оксидов3,РЗЭ 0,056. Объем промвод 91 мл состава,г/дм; Бс 20 з 0,003; оксидов РЗЭ 0,0026.Общее извлечение Бс 20 з по прототипу:0,064 х 38 0,003 х 91+х 100= 530 У0,017 х 30100Общее извлечение оксидов РЗЭ по прототипу: О, 056 х 38 О, 0026 х 91+ х 100 = 52 55/ 0,015 х 30100По предлагаемому способу 30 г сухого красного шлама одного из глиноземных заводов, состава, мас. ,: А 120 з 7,3; Ге 20 з 52,0; Т 102 6,6; 8102 1,40; СаО 14,1; Ха 20 1,45; Бс 20 з 0,017; :оксидов РЗЭ 0,015 растерты и перемешаны с 100 г криолита (ХазА 1 Рб) марки "ЧДА" состава, мас.,4: Ха 32,8; А 1 12,9; Г 52,2, добавлено 10 капель сульфитно-спиртовой барды и проведено на лабораторном прессе формование таблеток. Таблетки помещены в графитовый тигель и прокалены при температуре 500 С в течение 60 мин в муфельной печи. Спеченные таблетки расплавлены при температуре 1000 С, перемешаны в тигле графитовой палочкой. Расплав при данной температуре выдержан в течение 60 мин. Содержимое1704483 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Заказ " г, Подписное ВНИИПИ, Рег. ЛР Мо 040720 113834, ГСП, Москва, Раушская наб.,4/5тигля отфильтровано через графитовую ткань, нагретую предварительно в той же печи. На фильтре получено 16,3 г твердой фазы, состава, мас. /: Ге 20 з 92,63; Бс 20 з 0,030; .оксидов РЗЭ 0,0271. Получено 110,0 г охлажденной откристаллизованной жидкой фазы, состава, мас./О: А 1 12,86; Ма 30,7; Г 4745; Т 102 1,53; 8102 034; Са 254. Охлажденную жидкую фазу выщелачивали 1100 мл синтетического щелочного раствора состава, г/дм: МаО, 140,0; при Ж:Т = 10:1,3.температуре 70 С и при постоянном перемешивании в течение 60 мин. Пульпа отфильтрована под вакуумом. Осадок на фильтре промыт горячей дистиллированной водой. Осадок высушен при температуре 105 С. Вес высушенного осадка 9,23 г, состава, мас./: Т 102 17,33; 5102 4,00; Са 30,34; Р 29,2. Полученный фторачюминатный щелочной раствор карбонизировали при температуре 70 С, расходе углекислого газа 2 дм /мин до рН 10,5, отфильтровывали под3вакуумом выпавший осадок криолита, промывачи горячей дистиллированной водой. Осадок высушен при температуре 105 С. Вес полученного осадка 91,5 г состава, мас./О: Р 54,1; А 120 з 12,8, Ма 32,8. Потери криолита в технологической схеме составили 100 - 91, 5о. 16,0 г полученной после плавки твердой фазы смещено с 3,2 г коксика, помещено в графитовый тигель и проведена восстановительная плавка при температуре 1750 С в индукционной электропечи в течение 120 мин. Тигель был извлечен из печи, его содержимое вылито в Способ извлечения скандия и редкоземельных элементов из красного шлама, включающий восстановительную плавку с получением шлака, обогащенного по скандию и редкоземельным элементам, кислотное выщелачивание скандия и редкоземельных элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения скандия и редкоземельных элементов, снижения потерь кислоты и удешевления способа, перед восстановительной плавкой исходное сырье в изложницу, охлаждено и проведено разделение шлака и чугуна. Получено 14,8 г чугуна и 1,5 г шлака, состава, мас./,: %02 25,3; А 120 з 20,4; СаО 13,3; Т 102 15,0; Бс 20 з 0,28; ,оксидов РЗЭ 0,246. Шлак растерт до крупности 100 меш. и обработан 7,5 мл концентрированной серной кислоты марки "ОСЧ", пульпа нагрета до 130 С и при постоянном перемешивании проведено выщелачивание в течение 240 мин. Пульпа отфильтрована. Осадок на фильтре промыт 15 мл горячей дистиллированной воды и высушен. Вес высушенного осадка 0,90 г состава, мас./: СаО 21,1; Юз 30,0; 8102 40,2; А 120 з 6,6; Бс 20 з 0,0065; оксидов РЗЭ 0,004. Объем фильтрата 7 мл состава, г/дм:з, Т 102 25 70; А 120 з 29,42; Бс 20 з 0 524; Х оксидов РЗЭ 0,45. Объем промводы 14,5 мл, состава, г/дм: Т 102 1,37; А 120 з 1,25; Бс 20 з 0,0276;,.оксидов РЗЭ 0,024.Общее извлечение Бс 20 з по предлагаемой схеме:О, 524 х 7 О, 0276 х 14, 5+х 100 = 79 76%О, 017 х 30100 Общее извлечение . оксидов РЗЭ по предлагаемой схеме: О, 45 х 7 О, 024 х 14, 5 х 100 =77 73% 0,015 х 30 100По предлагаемому способу может быть дополнительно извлечено из красного шлама 45,5 г Бс 20 з и 37,8 г . оксидов РЗЭ, при этом на 1,48 м снижается расход серной кислоты. смеси с криолитом подвергают плавке при 1000 С с последующим разделением продуктов плавки на жидкую и твердую фазы, жидкую фазу после охлаждения и кристачлизации выщелачивают щелочным раствором с получением из него криолита и подачей его с исходным сырьем на плавку, твердую фазу подвергают восстановительной плавке, а кислотному выщелачиванию подвергают шлак после восстановительной плавки.