Переработка формиатных растворов после выщелачивания красного шлама

Цель − определение показателей разработанной технологической схемы комплексной переработки красного шлама формиатным методом: извлечение компонентов, выход и состав продуктов при переработке пробы формиатного раствора, полученного после выщелачивания красного шлама. В эксперименте использовался красный шлам, образующийся при производстве глинозема на Уральском алюминиевом заводе. Полученные пробы формиатного раствора после выщелачивания шлама анализировались на спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Optima 8000, для измерения влажности использовался анализатор влажности Sartorius MA-30, для измерения массовой доли элементов в металлических и неметаллических образцах, находящихся в твердом, жидком и порошкообразном состояниях, применялся рентгенофлюоресцентный спектрометр ARL 9800. Эксперименты велись при постоянном измерении и контроле значений pH при помощи pH-метра с функцией термокомпенсации. Проведены экспериментальные работы по сквозному извлечению ценных элементов из формиатных растворов выщелачивания красного шлама. Концентрат, содержащий Al, Sc, редкоземельные элементы, перерабатывается в самостоятельные продукты – оксид скандия и концентрат с редкоземельными металлами (после перевода алюминия в раствор путем его растворения в щелочи). Показано, что редкоземельные металлы и скандий концентрируются в твердой фазе, скандий затем селективно выщелачивается содобикарбонатным раствором с образованием водорастворимых карбонатных комплексов типа [Sc(CO₃)₄]^5- с карбонат-ионами СО₃^2-, НСО₃^-. В целом при использовании предлагаемой технологии извлечение скандия, редкоземельных элементов составило 98−99%; алюминия, формиатов кальция и натрия из продукционного раствора 99%. Конечными продуктами переработки формиатного раствора являются оксид скандия (с содержанием Sc₂O₃ 99% масс.), концентрат редкоземельных элементов (с содержанием 56,1%). Показана принципиальная возможность переработки растворов, полученных после проточного выщелачивания красного шлама формиатным способом.

1. Dubovikov O. A., Brichkin V. N., Ris A. D., Sundurov A. V. Thermochemical activation of hydrated aluminosilicates and its importance for alumina production // Non-ferrous Metals. 2018. No. 2. Р. 11–16. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.02.02.

2. Власов А. А., Сизяков В. М., Бажин В. Ю. Использование глинозема песчаного типа для производства алюминия // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 6. С. 111–118. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-6-111-118.

3. Александров А. В., Немчинова Н. В. Расчет ожидаемой экономической эффективности производства алюминия за счет увеличения применения глинозема отечественного производства // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24. № 2. С. 408–420. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2020-2-408-420.

4. Бажин В. Ю., Смольников А. Д., Петров П. А. Концепция энергоэффективного производства алюминия «Электролиз 600+» // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 5. Ч. 3. С. 37–40. https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.47.113.

5. Gorlanov E. S., Bazhin V. Yu., Vlasov A. A. Electrochemical borating of titanium-containing carbographite materials // Russian Metallurgy (Metally). 2017. Vol. 2017. No. 6. Р. 489–493. https://doi.org/10.1134/S003602951706009X.

6. Немчинова Н. В., Тютрин А. А., Бараускас А. Э. Анализ химического состава техногенных материалов производства первичного алюминия для поиска рациональных методов их переработки // Цветные металлы. 2019. № 12. С. 22−29. https://doi.org/10.17580/tsm.2019.12.03.

7. Петлин И. В., Малютин Л. Н. Технология комплексной переработки фторсодержащих отходов алюминиевой промышленности с целью получения фторида водорода // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2014. Т. 7. № 2. С. 24–31.

8. Гуляев А. В., Гавриленко Л. В., Баранов А. Н., Ножко С. И. Утилизация твердых углеродсодержащих отходов на алюминиевом заводе, оснащенном электролизерами с самообжигающимися анодами с верхним токоподводом // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21. № 5. С. 8–10. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2017-5-8-10.

9. Немчинова Н. В., Сомов В. В., Тютрин А. А. Определение оптимальных параметров выщелачивания фтора из угольной части отработанной футеровки демонтированных электролизеров производства алюминия // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 544−549. https://doi.org/10.31897/PMI.2019.5.544.

10. Belskii S. S., Chantsev M. V. Industrial production technology for aluminium paste // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. P. 847–852. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.410.847.

11. Подгородецкий Г., Ширяева Е., Горбунов В., Козлова О. Проблема эффективной переработки красных шламов, поиск решений // Экология и промышленность России. 2015. № 12. Т. 19. С. 46−53. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2015-12-46-53.

12. Трушко В. Л., Утков В. А., Бажин В. Ю. Актуальность и возможности полной переработки красных шламов глиноземного производства // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 547−553. https://doi.org/10.25515/PMI.2017.5.547.

13. Утков В. А., Сизяков В. М. Современные вопросы металлургической переработки красных шламов // Записки Горного института. 2013. Т. 202. С. 39−43.

14. Khairul M. A., Zanganeh J., Moghtaderi B. The composition, recycling and utilisation of Bayer red mud // Resources Conservation and Recycling. 2019. Vol. 141. P. 483−498. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2018.11.006.

15. Зиновеев Д. В., Грудинский П. И., Дюбанов В. Г., Коваленко Л. В., Леонтьев Л. И. Обзор мировой практики переработки красных шламов. Часть 1. Пирометаллургические способы // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Т. 61. № 11. С. 843−858. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-11-843-858.

16. Wang Shaohan, Jin Huixin, Deng Yong, Xiao Yuandan. Comprehensive utilization status of red mud in China: a critical review // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 289. P. 125−136. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125136.

17. Mohapatra A., Bose P., Pandit S. S., Kumar S., Alex T. C. Bulk utilization of red mud in geopolymer based products // Advances in Sciences and Engineering. 2020. Vol. 12. No. 2. P. 86−91. https://doi.org/10.32732/ase.2020.12.2.86.

18. Пат. № 2245371, Российская Федерация, С2, C21B3/04. Способ переработки красного шлама глиноземного производства / Е. А. Коршунов, С. П. Буркин, Ю. Н. Логинов, И. В. Логинова, Е. А. Андрюкова, В. С. Третьяков; заявитель и патентообладатель ООО «ДАТА-ЦЕНТР». Заявл. 03.02.2003; опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

19. Пат. № 2692709, Российская Федерация, С2, C22B 59/00. Способ извлечения скандия из красного шлама глиноземного производства / А. Б. Козырев, О. В. Петракова, А. Г. Сусс, С. Н. Горбачев, А. В. Панов; заявитель и патентообладатель ООО «Объединенная Компания РУСАЛ. Инженерно -технологический центр». Заявл. 21.06.2017; опубл. 26.06.2019. Бюл. № 18.

20. Xiao Junhui, Peng Yang, Ding Wei, Chen Tao, Zou Kai, Wang Zhen. Recovering scandium from scandium rough concentrate using roasting -hydrolysis -leaching process // Green Separation and Extraction Processes. 2020. Vol. 8. No. 3. P. 365−380. https://doi.org/10.3390/pr8030365.

21. Иванков С. И., Скобелев К. Д., Шубов Л. Я., Доронкина И. Г. Систематизация многотоннажных отходов и запатентованные технологии их утилизации и переработки // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. Обзорная информация/ Всероссийский институт научной и технической информации РАН. М.: Изд-во ВИНИТИ РАН, 2020. Вып. 1. С. 2−118. https://doi.org/10.36535/0869-1002-2020-01-1.

22. Скобелев Д. О., Марьев В. А., Шубов Л. Я., Иванков С. И., Доронкина И. Г. Отходы горно-металлургической отрасли: систематизация технологических решений экологических задач (Часть II) // Экологические системы и приборы. 2019. № 1. С. 12−37. https://doi.org/10.25791/esip.01.2019.401.

23. Киров С. С., Хайруллина Р. Т., Сусс А. Г., Александров П. В. Осаждение Sc-концентрата из растворов карбонатно-бикарбонатного выщелачивания известковым молоком c последующей сернокислотной перечисткой Ca – Sc-осадков // Цветные металлы. 2017. № 1. С. 46−52. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.01.08.

24. Пягай И. Н. Блочная переработка бокситовых шламов глиноземного производства // Цветные металлы. 2016. № 7. С. 43−51. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.07.05.