Производственное отделение для комплексной переработки и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением и концентрированием скандия

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к производственным отделениям для комплексной гидрометаллургической переработки, обезвреживания и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением ценных компонентов - соединений скандия и получением различных товарных продуктов, полупродуктов и концентратов. Полезная модель может быть реализована на титано-магниевых предприятиях для переработки отходов производства тетрахлорида титана - отработанного расплава солевых хлораторов с извлечением и концентрированием скандия. Задачей предлагаемой полезной модели является повышение потребительских свойств получаемых скандиевых концентратов за счет повышения степени концентрирования скандия. Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели заключается в повышении содержания оксида скандия в товарном продукте, предлагаемого для реализации потребителям. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемым техническим решением - полезной моделью "Производственным отделением для комплексной переработки и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением и концентрированием скандия", включающим в своем составе: ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов с системой подачи в нее азота для перемешивания пульпы, гидроотстойник, циркуляционный бак, имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия и хлорида бария, фильтр-пресс-I для выделения из пульпы нерастворимого остатка и осадка сульфатов бария/кальция, бак-сборник

осветленных растворов, реактор для осаждения гидроксидов хрома, скандия и примесей металлов, верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия и высокомолекулярного флокулянта, а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II для отделения осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов, выход осадка из корыта фильтр-пресса-I направлен в шнековый смеситель-I, вход которого соединен также с бункером пыли от руднотермической плавки титан-содержащих концентратов и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника, а выход направлен во второй шнековый смеситель-II, соединенный с бункером исходных магний-содержащих оксидных материалов, баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси. Новым в предлагаемом техническом решении является то, что после фильтр-пресса-II установлен бак-сборник осветленных растворов, выход осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов из корыта фильтр-пресса-II через разгрузочный люк направлен в обогреваемый реактор-репульпатор, снабженный мешалкой, на крышке которого имеется патрубок, соединенный через запорную арматуру с баком-дозатором щелочного раствора гипохлорида натрия, патрубок нижнего слива реактора-репульпатора через запорную арматуру соединен с нутч-фильтром для выделения из пульпы скандий-содержащего редкометального концентрата, слив осветленного раствора и щелочных промвод - из дозатора с нутч-фильтра направлен в бак-сборник хроматных растворов.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, в частности к производственным отделениям для комплексной гидрометаллургической переработки, обезвреживания и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением ценных компонентов - соединений скандия и получением различных товарных продуктов, полупродуктов и концентратов. Полезная модель может быть реализована на титано-магниевых предприятиях для переработки отходов производства тетрахлорида титана - отработанного расплава солевых хлораторов с извлечением и концентрированием скандия.

Известна (Патент РФ на ПМ №29530 по заявке №2002132141/20 с приор, от 04.12.2002, Зарег. и опубл.: 20.05.2003, Бюл. №14; МПК⁷ С 22 В 60/00) "Технологическая линия для переработки металлургических отходов".

Известная "Технологическая линия для переработки металлургических отходов" предназначена, в частности для переработки отходов титанового производства и включает в себя (рис.1): ванну гидроудаления (1), соединенную с гидроотстойником (2); бак-сборник исходных хлоридных растворов и пульп (3), непосредственно соединенный через насос (4) с ванной гидроудаления (1) и реактором-осадителем (6); бак-сборник ванадий-содержащих сточных вод (5), соединенный с баком-сборником исходных хлоридных растворов и пульп (3); баки-дозаторы высокомолекулярного флокулянта (7), раствора хлорида бария (8), сульфатсодержащего неорганического реагента (9) и магнезиального молока (10), соединенные через сливные патрубки с реактором-осадителем (6); фильтр-пресс (11), соединенный с реактором-осадителем (6); шнековый смеситель (12), соединенный с выгружным сборником фильтр-пресса (11), бункером пыли от

рудно-термической плавки титан-содержащих концентратов (13) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2); шнековый смеситель (14), соединенный с бункером исходных магний-содержащих оксидных материалов (15), баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (16) с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси, причем выход из шнекового смесителя (15) соединен с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (17).

Данное известное техническое решение обеспечивает переработку и обезвреживание отходов титанового производства - отработанного расплава солевых хлораторов. При этом согласно известному техническому решению отходы, содержащие токсичные металлы и радиоактивные вещества, превращаются в отвержденное состояние, т.е. в форму удобную для длительного радиоционно-безопасного складирования - в непылящее водонерастворимое состояние, устойчивое к воздействию атмосферных осадков, грунтовых и почвенных вод, не наносящее экологического ущерба окружающей среде и не оказывающее вредного воздействия на здоровье населения и обслуживающего персонала.

Недостатком данного технического решения являются безвозвратные потери всех ценных компонентов, в том числе скандия со вторичным отходом производства.

Этим же недостатком обладает другое известное техническое решение - "Аппаратурно-технологическая линия для переработки, обезвреживания и дезактивации полиметаллических отходов производства" (Патент РФ на ПМ №29721 по заявке №2002132135/20, с приор, от 04.12.2002 г.; Зарег. и опубл.: 27.05.2003, Бюл. №15; МПК⁷ С 22 В 9/02).

Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является известный "Технологический участок для дезактивации и комплексной переработки полиметаллических отходов производства" (Патент РФ на ПМ

№36015 по заявке №2003132311 с приор, от 05.11.2003; Зарег. и опубл.: 20.02.2004, Бюл. №5; МПК⁷ С 22 В 34/12, 34/22, 60/02) - принят за ПРОТОТИП.

"Технологический участок для дезактивации и комплексной переработки полиметаллических отходов производства" согласно прототипу включает в себя (рис.2) ванну гидроудаления (1) отработанных расплавов титановых хлораторов, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (4), фильтр-пресс (7), бак-сборник осветленных растворов (14), реактор для осаждения гидроксидов металлов (15), верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора щелочи (16) и высокомолекулярного флокулянта (17), а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом (18) для отделения осадка гидроксидов металлов, баки для приготовления и дозировки раствора хлорида бария (6), шнековый смеситель (8), вход которого соединен с бункером пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов (9) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2), а выход направлен во второй шнековый смеситель (10), соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов (11), баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (12) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (13), систему подачи азота в ванну гидроудаления (1) для перемешивания образующейся пульпы, циркуляционный бак (4) имеет соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия (5) и хлорида бария (6), а нижний слив циркуляционного бака соединен с фильтром-прессом (7) для выделения из пульпы нерастворимого осадка и осадков сульфатов бария/кальция, выход раствора с фильтр-пресса (18) направлен в дополнительно установленный обогреваемый реактор синтеза железооксидных пигментов (19), снабженный паровой рубашкой и устройством подачи в реактор сжатого воздуха, верхние патрубки соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия (20), а патрубок нижнего слива образует соединение с дополнительно установленным фильтр-прессом

(21) для фильтрования пигментной суспензии, корыто фильтр-пресса имеет соединение с баком-репульпатором пигментной пасты (22) и сушильным агрегатом (23), а выход маточных растворов и промвод направлен в бак для получения черных термостойких пигментов (24), верхние патрубки которого имеют соединение с системой подачи сжатого воздуха, с баком для приготовления и/или дозировки раствора хлорида меди (II) (25) и баком-дозатором раствора гидроксида натрия (26), слив из этого бака направлен в дополнительно установленный фильтр-пресс (27) для выделения из суспензии (пульпы) осадка суммы оксигидратов железа, марганца и меди, корыто фильтр-пресса имеет соединение с баком-репульпатором, сушильной камерой (28) и прокалочной печью (29) черного термостойкого пигмента.

Техническое решение по прототипу обеспечивает обезвреживание отходов производства от токсичных веществ, локализацию радиоактивных металлов, извлечение ценных компонентов и получение на их основе различных товарных продуктов, пользующихся устойчивым спросом у потребителя.

Недостатком технического решения по прототипу является низкая степень концентрирования скандия, что связано с отсутствием в составе известного "Технологического участка" необходимого оборудования для переработки первичного скандиевого концентрата, образующегося в результате осаждения из исходных растворов (после их дезактивации) чернового хромового концентрата - осадка суммы оксигидратов хрома, скандия и примесей железа, титана, циркония и алюминия.

Задачей предлагаемой полезной модели является повышение потребительских свойств получаемых скандиевых концентратов за счет повышения степени концентрирования скандия.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой полезной модели заключается в повышении содержания оксида скандия в товарном продукте, предлагаемого для реализации потребителям.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемым техническим решением - полезной моделью "Производственным отделением для комплексной переработки и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением и концентрированием скандия", включающим в своем составе: ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов (1) с системой подачи в нее азота для перемешивания пульпы, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (4), имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия (5) и хлорида бария (6), фильтр-пресс-I (7) для выделения из пульпы нерастворимого остатка и осадка сульфатов бария/кальция, бак-сборник осветленных растворов (14), реактор для осаждения гидроксидов хрома, скандия и примесей металлов (15), верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия (16-1) и высокомолекулярного флокулянта (17), а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II (18) для отделения осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов, выход осадка из корыта фильтр-пресса-I (7) направлен в шнековый смеситель-I (8), вход которого соединен также с бункером пыли от руднотермической плавки титан-содержащих концентратов (9) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника, а выход направлен во второй шнековый смеситель-II (10), соединенный с бункером исходных магний-содержащих оксидных материалов (11), баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (12) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (13).

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что после фильтр-пресса-II (18) установлен бак-сборник осветленных растворов (19), выход осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов из корыта (20) фильтр-пресса-II (18) через разгрузочный люк (21) направлен в обогреваемый реактор-репульпатор (22), снабженный мешалкой, на крышке которого имеется патрубок, соединенный через запорную арматуру с баком-дозатором

щелочного раствора гипохлорида натрия (24), патрубок нижнего слива реактора-репульпатора (22) через запорную арматуру соединен с нутч-фильтром (25) для выделения из пульпы скандий-содержащего редкометального концентрата, слив осветленного раствора и щелочных промвод - из дозатора (16-1) с нутч-фильтра (25) направлен в бак-сборник хроматных растворов (26).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Технологический участок для дезактивации и комплексной переработки полиметаллических отходов производства работает следующим образом. Отработанный расплав хлораторов поступает в ванну гидроудаления (1), куда одновременно подают воду и/или циркулирующий раствор (пульпу); для перемешивания пульпы и предотвращения окисления Fe (II) и Fe (III) барботируют газообразный азот. Образующаяся пульпа самотеком сливается в гидроотстойник (2), где оседает крупная ("песочная") фракция нерастворимого остатка, направляемого в шнековый смеситель (8). Пульпу из гидроотстойника (2) насосом (3) закачивают в циркуляционный бак (4), куда периодически - после каждого цикла циркуляции - из баков-дозаторов (5), (6) подают раствор сульфита натрия для восстановления Fe (II) до Fe (III), а по окончании циркуляции раствор хлорида бария для образования в пульпе Ba(Ca)SO ₄. Затем пульпу из циркуляционного бака (4) подают на фильтр-пресс-I (7) для отделения тонкодисперсной фазы нерастворимого остатка и сульфатного осадка Ва(Са)SO₄ с радионуклидами Th и Ra, "захваченными" сульфатными осадками за счет процессов соосаждения, сокристаллизации и адсорбции. Твердую фазу затем из корыта фильтр-пресса направляют в шнековый смеситель-I (8), куда одновременно из бункера (9) подают радиоактивную пыль от руднотермической плавки ильменитовых или других титансодержащих концентратов, а из разгрузочного устройства гидроотстойника (2) песочную фракцию нерастворимого остатка,

содержащего повышенное количество радионуклидов. Полученную смесь направляют в шнековый смеситель (10), куда из бункера-дозатора (11) подают магнийсодержащие минеральные оксидные материалы (серпентинит, и/или брусит, и/или магнезит), а из бака-дозатора (12) подают раствор и/или пульпу хлорида магния, например, сгущенную магнезиальную пульпу (суспензию), образующуюся при очистке отходящих газов от Сl ₂ и/или НСl магнезиальной суспензией (100-150 г/дм ³ MgO). Полученную композиционную смесь затем подают в блок термообработки, прессования и формования (13). Хлоридный раствор после дезактивации закачивают в бак-сборник очищенных растворов (14) и далее в реактор (15) для осаждения гидроксида хрома (III), соосаждения скандия и примесей других металлов (Ti, Zr, Hf, Fe (III), Al). Для этого в реактор (15) при непрерывно работающей мешалке из бака-дозатора (16-1) подают раствор гидроксида натрия, а по окончании осаждения из бака-дозатора (17) подают раствор высокомолекулярного флокулянта, например, 0,15-0,25% раствор полиакриламида (ПАА) и/или праестола и т.п. Из реактора (15) суспензия подают на фильтр-пресс-II (18) для отделения осадка гидроксидов хрома, скандия и других металлов. Раствор с фильтр-пресса (18) поступает в бак-сборник (19) растворов (FeCl ₂, MnCl₂, NaCl, KCl, MgCl ₂, CaCl₂) откуда затем этот раствор направляют на дальнейшую переработку с получением желтых, и/или красных, и/или коричневых, и/или черных неорганических пигментов, сорбентов оксигидратного типа, катализаторов и/или индивидуальных соединений Мn и Fe с использованием ранее известных, описанных в литературе способов и с применением известных технологических установок.

Осадок суммы гидроксидов хрома, скандия и других металлов (Ti, Zr, Hf, Fe и Al) из корыта (20) фильтр-пресса-II (18) через разгрузочный люк (21) выгружают в обогреваемый реактор-репульпатор (22) с мешалкой, в который предварительно заливают (или закачивают насосом) из бака-дозатора (24), соединенного со сборной емкостью (23), щелочной раствор гипохлорита

натрия (NaClO+NaOH). Образующуюся в реакторе-репульпаторе (22) пульпу нагревают до 80-100°С в течение 2-4 часов. В этих условиях происходит окисление хрома (III) до хрома (VI), т.е. переход хрома из фазы осадка в раствор в виде хромата натрия и также переход алюминия - в форме алюмината натрия в раствор. По окончании репульпации пульпу подают на нутч-фильтр (25), хроматный раствор (точнее раствор Na₂CrO₄+NaOH+NaCl+NaAl(OH) ₄) отделяют от скандий-содержащего редкометального концентрата и направляют в сборную емкость (бак) - (26). Осадок на фильтре промывают раствором гидроксида натрия, который подают на нутч-фильтр (25) из бака-дозатора (16-1), соединенный с реактором (16) для приготовления раствора гидроксида натрия, снабженным перемешивающим устройством. Щелочные промводы направляют в бак-сборник (26) и объединяют с хроматным раствором, который утилизируют путем получения из этого раствора оксида и/или гидроксида хрома, различных кронов - неорганических пигментов на основе хроматов цинка, кадмия, свинца, бария и т.п. и/или для получения железо-хром-марганцевых концентратов одним из известных способов.

Благодаря вышеуказанной операции содержание скандия в получаемом скандий-содержащем редкометальном концентрате возрастает - по сравнению с его исходной концентрацией в хром-скандий-содержащем гидроксидном осадке в 15-20 раз, что в значительной степени упрощает дальнейшую переработку скандиевых концентратов и снижает практически все материальные потоки на стадии получения из концентрата товарного оксида скандия.

Производственное отделение для комплексной переработки и дезактивации полиметаллических отходов с извлечением и концентрированием скандия, включающее ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов с системой подачи в нее азота для перемешивания пульпы, гидроотстойник, циркуляционный бак, имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия и хлорида бария, фильтр-пресс-I для выделения из пульпы нерастворимого остатка и осадка сульфатов бария/кальция, бак-сборник осветленных растворов, реактор для осаждения гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов, верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами растворов гидроксида натрия и высокомолекулярного флокулянта, а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II для отделения осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов, выход осадка из корыта фильтр-пресса-I направлен в шнековый смеситель-I, вход которого соединен также с бункером радиоактивной пыли от руднотермической плавки титансодержащих концентратов и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника, а выход направлен во второй шнековый смеситель, соединенный с бункером исходных магнийсодержащих оксидных материалов, баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси, отличающееся тем что после фильтр-пресса-II установлен бак-сборник осветленных растворов, выход осадка гидроксидов хрома, скандия и примесей других металлов из корыта фильтр-пресса-II через разгрузочный люк направлен в обогреваемый реактор-репульпатор, снабженный мешалкой, на крышке которого имеется патрубок, соединенный через запорную арматуру с баком-дозатором щелочного раствора гипохлорита натрия, патрубок нижнего слива реактора-репульпатора через запорную арматуру соединен с нутч-фильтром для выделения из пульпы скандий-содержащего редкометального концентрата, слив осветленного раствора и щелочных промвод с нутч-фильтра направлен в бак-сборник хроматного раствора.