Технологический участок для переработки и дезактивации отходов производства и избирательным извлечением скандия

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, химической технологии и промышленной экологии, в частности к технологическим участкам, отделениям, переделам для комплексной переработки, обезвреживания и дезактивации сложных по составу многокомпонентных отходов, содержащих черные, цветные, рассеянные и радиоактивные металлы. Предлагаемая полезная модель может быть реализована для переработки с избирательным извлечением из них соединений скандия с обезвреживанием образующихся при этом вторичных отходов производства. Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - "Технологическим участком для переработки и дезактивации отходов производства с избирательным извлечением скандия", включающим ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов, снабженную системой подачи в нее азота для перемешивания образующейся пульпы, гидроотстойник, циркуляционный бак, имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия и хлорида бария, фильтр-пресс-I, соединенный баком-сборником осветленных исходных растворов, реактор для осаждения суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия, верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия и высокомолекулярного флокулянта, а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II для выделения осадка суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия, шнековый смеситель-I, входной конус которого соединен с корытом фильтр-пресса-I, 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., отличающийся тем, что выход осветленного хлоридного раствора с фильтр-пресса-II направлен в сборную емкость, корыто фильтр-пресса-II имеет соединение через разгрузочный люк с обогреваемым реактором-репульпатором, снабженным мешалкой и имеющем на верхней крышке патрубок, подсоединенный через запорную арматуру к баку-дозатору щелочного раствора гипохлорита натрия, а патрубок нижнего слива реактора-репульпатора имеет соединение с вакуумным нутч-фильтром, к которому подсоединена линия подачи раствора гидроксида натрия из бака-дозатора и воды, слив фильтрата очищенного от оксигратного осадка хроматного раствора из вакуумного фильтр-пресса направлен в сборную емкость хроматного раствора, вакуумный нутч-фильтр имеет соединение через выгружное устройство с загрузочным люком обогреваемого реактора с мешалкой, один из патрубков на крышке которого через запорно-регулирующую арматуру соединен с баком-дозатором соляной кислоты, а другой патрубок имеет загрузочный конус для подачи в реактор металлического магния, нижний слив из реактора направлен в сборную емкость скандий-содержащего раствора, соединенную с системой сорбционно-экстракционных колонн, заполненных фосфор-содержащими ионитами или твердыми экстрагентами; сорбционно-экстракционные колонны имеют соединения через запорно-регулирующую арматуру с баками и для исходных промывных и регенерирующих/десорбирующих растворов и сборниками промвод элюатов и/или реэкстрактов, которые соединены с реактором для переработки элюатов/реэкстрактов и осаждение из них соединений скандия, слив суспензии из этих растворов направлен на нутч-фильтр-II выход твердой фазы с которого направлен с помощью разгрузочно-загрузочного устройства в сушильно-прокалочную печь, а слив маточного раствора - в сборную емкость.

Предлагаемая полезная модель относится к области металлургии, химической технологии и промышленной экологии, в частности к технологическим участкам, отделениям, переделам для комплексной переработки, обезвреживания и дезактивации сложных по составу многокомпонентных отходов, содержащих черные, цветные, рассеянные и радиоактивные металлы. Предлагаемая полезная модель может быть реализована для переработки с избирательным извлечением из них соединений скандия с обезвреживанием образующихся при этом вторичных отходов производства.

Известны (Свидетельство РФ на ПМ №29530 и №29721; Патенты РФ на ПМ №36015; №41019 и №41020) технологические решения - Поточные технологические линии, участки, отделения, переделы и т.п. предназначенные для переработки, обезвреживания и дезактивации различных отходов титанового производства. Недостатком этих известных технических решений является то, что в их составе не предусмотрено необходимое оборудование для избирательного извлечения и концентрирования скандия.

Из известных аналогов наиболее близкой по совокупности признаков, технической сущности и достигаемому при этом техническому результату является известное техническое решение (Патент РФ на ПМ №37100 с приор. от 10.11.2003; Зарег. и опубл.: 20.04.2004; Бюл. №10, МКИ⁷ С 22 В 34/12; 34/22; 60/02) - "Технологический передел для обезвреживания и дезактивации отходов производства с извлечением и утилизацией ценных компонентов" - принят за ПРОТОТИП.

Технологический передел по прототипу включает в себя (рис.1): ванну гидроудаления (1) отработанных расплавов титановых хлораторов, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (4), фильтр-пресс-I (7), бак-сборник осветленных растворов (14), реактор для осаждения суммы гидрокисидов металлов скандия, хрома, титана, циркония, алюминия и примесей железа (15), верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора щелочи (16) и высокомолекулярного флокулянта (17), а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II (18) для отделения осадка суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония, алюминия и др., 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 магний-содержащих оксидных материалов (11), баком-дозатором раствора и/или пульпы хлорида магния (12) и с блоком формования, термообработки и прессования композиционной смеси (13), циркуляционный бак (4) имеет соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия (5) и хлорида бария (6), а нижний слив циркуляционного бака (4) соединен с фильтром-прессом-I (7) для выделения из пульпы нерастворимого остатка и осадков сульфатов бария/кальция, выход раствора с фильтр-пресса-II (18) направлен в реактор (19) для осаждения суммы оксигидратов железа и марганца, снабженный устройством для подачи сжатого воздуха, верхний патрубок соединен с баками-дозаторами раствора NaOH (20) и щелочного раствора NaClO (21), а патрубок нижнего слива образует соединение с фильтр-прессом (22) для фильтрования оксигидратной пульпы, корыто фильтр-пресса (22) имеет соединение с баком-репульпатором осадка оксигидратов железа и марганца и сушильной камерой (23), выход из сушильной камеры (23) направлен в бак с мешалкой (24), имеющей соединение с системой подачи воздуха и баком-дозатором соляной кислоты (25), а нижний слив из бака имеет соединение с

дополнительно установленным фильтром (26) для выделения из суспензии осадка оксигидрата железа, фильтр соединен с системой для сушки и прокалки (27) и прокалочной печью (28) оксигидратов железа с получением красных железооксидных пигментов, выход маточного раствора и промвод с фильтра (26) направлен в реактор-осадитель (29) оксигидратов марганца, соединенный с баками-дозаторами раствора NaOH (20) и щелочного раствора NaClO (21), а нижний слив из реактора-осадителя (29) образует соединение с нутч-фильтром (30) для выделения из пульпы осадка оксигидратов марганца, нутч-фильтр (30) имеет соединение с сушильным агрегатом (31) и прокалочной печью (32).

Техническое решение по прототипу - "Технологический передел для обезвреживания и дезактивации отходов производства с извлечением и утилизацией ценных компонентов" обеспечивает переработку, обезвреживание и дезактивацию отходов производства, в том числе вторичных радиоактивных отходов от радиоактивных металлов и токсичных веществ с переводом их в отвержденное состояние, при этом данное известное техническое решение дает возможность получать из отработанного расплава титановых хлораторов различные товарные продукты и полупродукты: скандий-содержащий черновой хромовой концентрат, красные железооксидные пигменты, диоксид марганца и др.

Недостатком технического решения по прототипу является тот факт, что на технологическом переделе не предусмотрено оборудование для переработки скандий-содержащего чернового хромового концентрата и очистки скандия от примесей сопутствующих металлов - хрома, железа, алюминия, титана, циркония и др.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение избирательности извлечения скандия из отходов производства.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемой полезной модели заключается в повышении степени очистки скандия от примесей сопутствующих металлов, снижении их содержания в

полученном скандиевом концентрате и, соответственно, в повышении содержания Sс₂О ₃ в товарном продукте.

Поставленная задача решается с достижением вышеуказанного технического результата предлагаемой полезной моделью - "Технологическим участком для переработки и дезактивации отходов производства с избирательным извлечением скандия", включающим ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов (1), снабженную системой подачи в нее азота для перемешивания образующейся пульпы, гидроотстойник (2), циркуляционный бак (4), имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия (5) и хлорида бария (6), фильтр-пресс-I (7), соединенный баком-сборником осветленных исходных растворов (14), реактор для осаждения суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия (15), верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия (16) и высокомолекулярного флокулянта (17), а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II (18) для выделения осадка суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия, шнековый смеситель-I (8), входной конус которого соединен с корытом фильтр-пресса-I (7), бункером пыли от руднотермической плавки титан-содержащих концентратов (9) и патрубком разгрузочного устройства гидроотстойника (2), 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 предлагаемой полезной модели является то, что выход осветленного хлоридного раствора с фильтр-пресса-II (18) направлен в сборную емкость (19), корыто (20) фильтр-пресса-II (18) имеет соединение через разгрузочный люк (21) с обогреваемым реактором-репульпатором (22), снабженным мешалкой и имеющем на верхней крышке патрубок, подсоединенный через запорную арматуру к баку-дозатору щелочного

раствора гипохлорита натрия (23-1), а патрубок нижнего слива реактора-репульпатора (22) имеет соединение с вакуумным нутч-фильтром (24), к которому подсоединена линия подачи раствора гидроксида натрия из бака-дозатора (16) и воды, слив фильтрата очищенного от оксигратного осадка хроматного раствора из вакуумного фильтр-пресса (24) направлен в сборную емкость хроматного раствора (25), вакуумный нутч-фильтр имеет соединение через выгружное устройство (26) с загрузочным люком (27) обогреваемого реактора с мешалкой (28), один из патрубков на крышке которого через запорно-регулирующую арматуру соединен с баком-дозатором соляной кислоты (29), а другой патрубок имеет загрузочный конус (30) для подачи в реактор металлического магния, нижний слив из реактора (28) направлен в сборную емкость скандий-содержащего раствора (31), соединенную с системой сорбционно-экстракционных колонн (32), заполненных фосфорсодержащими ионитами или твердыми экстрагентами; сорбционно-экстракционные колонны имеют соединения через запорно-регулирующую арматуру с баками (33) и (34) для исходных промывных (33) и регенерирующих/десорбирующих растворов (34) и сборниками промвод (35) элюатов и/или реэкстрактов (36), которые соединены с реактором (37) для переработки элюатов/реэкстрактов и осаждение из них соединений скандия, слив суспензии из этих растворов направлен на нутч-фильтр-II (39) выход твердой фазы с которого направлен с помощью разгрузочно-загрузочного устройства (40) в сушильно-прокалочную печь (41), а слив маточного раствора - в сборную емкость (42).

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Предлагаемая полезная модель - "Технологический участок для переработки и дезактивации отходов производства с избирательным извлечением скандия" работает и эксплуатируется 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) до 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 (III) до Fe (II), а по окончании циркуляции раствор хлорида бария для образования в пульпе Ba(Ca)SO₄. затем пульпу из циркуляционного бака (4) подают на фильтр-прессе-I (7) для отделения тонкодисперсной фазы нерастворимого остатка и сульфатного осадка Ba(Ca)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 (8), куда одновременно из бункера (9) подают 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 Cl₂ и/или НСl магнезиальной суспензией (100-150 г/дм³ 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 гидроксидов хрома (III), скандия титана, циркония, алюминия и примесей железа. Для этого в реактор (15) при непрерывно работающей мешалке из бака-дозатора (16) 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 подается на фильтр-пресс-II (18) для отделения осадка суммы гидроксидов металлов (Cr, Sc, Ti, Zr, и примеси Fe). Хлоридный раствор с фильтр-пресса-II (18) - фильтрат направляют в сборную емкость (19), откуда этот раствор (FeCl ₂, МnСl₂, NaCl, KCl, MgCl ₂, CaCl₂) направляют на получение различных товарных неорганических пигментов, сорбентов, катализаторов известными способами, с использованием известных аппаратурно-технологический и поточных линий, участков и переделов.

Осадок суммы оксигидратов Cr, Sc, Ti, Zr и Аl с примесями Fe промывают водой и выгружают с рам-фильтр-пресса-II (18) в корыто (20) фильтр-пресса-II (18) и затем через разгрузочный люк (21) направляют в реактор-репульпатор (22), куда предварительно заливают из бака (23) и бака-дозатора (23-1) щелочной раствор гипохлорита натрия (NaClO+NaOH), образующуюся пульпу нагревают при перемешивании до 80-100°С, выдерживают при этой температуре и непрерывно перемешивают в течение 1-4 часов. В процессе такой обработки происходит окисление хрома (III) до хрома (VI) и переход хрома из оксигидратного осадка в реактор - в форме хромата натрия (NaCrO₄ ), алюминий при этом также преимущественно переходит в водную фазу - в форме алюмината натрия (NaAl(OH)₄ .

Пульпу (хроматный раствор - скандий-содержащий черновой редкометальный концентрат) затем из реактора-репульпатора (22) через патрубок нижнего слива направляют на вакуумный нутч-фильтр-I (24), на котором осадок скандий-содержащего чернового редкометального концентрата (Ti, Sc, Zr и примесями Cr, Fe и Аl) отделяют от маточного раствора (Na₂CrO ₄+NaAl(OH)₄+NaCl+NaOH), последовательно промывают на фильтре раствором гидроксида натрия и водой. Все промводы объединяют с маточным раствором в сборник (25). Объединенный хроматный раствор затем утилизируют одним из известных способов с применением известных аппаратурно-технологических комплексов,

переделов, участков и отделений. Скандий-содержащий черновой редкометальный концентрат выгружают с нутч-фильтра-1 (24) с помощью выгружного устройства (26) и порциями загружают через загрузочный люк (27) в реактор (28), куда предварительно заливают из дозатора (29) соляную кислоту, образующуюся пульпу нагревают до 70-90°С, при непрерывно-работающей мешалке. Подачу скандий-содержащего чернового редкометального концентрата в реактор (28) ведут до образования насыщенного по хлоридам металлов раствора, после чего в реактор (28) через загрузочный люк (30) загружают металлический магний в форме гранул и/или порошка, и/или стружки для восстановления Fe (II) и Fe(III).

После выполнения вышеуказанных операций подготовленный хлоридный раствор сливают из реактора (28) через патрубок нижнего слива в сборную емкость (31), из которой солянокислый скандий-содержащий раствор подают на систему сорбционно-экстракционных колонн (32), имеющих соединение с баками (33) и (34) для промывных (33) и регенерирующих/десорбирующих (34) растворов и сборниками (35) и (36) промвод (35) и реэкстрактов/элюатов (36). Элюаты/реэкстракты затем из сборника (36) направляют (самотеком или с помощью насоса) в обогреваемый реактор с мешалкой (37), для переработки элюатов/реэкстрактов. Затем в реактор (37) загружают (заливают) из бака (38) реагенты для осаждения из раствора малорастворимых соединений скандия (гидроксида или оксалата скандия). Пульпу затем из реактора (37) подают на нутч-фильтр (39), влажный осадок скандиевого концентрата отделяют от маточного раствора промывают, и с помощью устройства (40) загружают в сушильно-прокалочный агрегат (41). Осадок сушат, прокаливают с получением скандиевого концентрата (60-90% Sс ₂О₃), который затем направляют на доочистку от примесей с получением товарного оксида скандия (99,0-99,9%).

Таким образом, реализация разработанного технического решения обеспечивает с одной стороны обезвреживание и дезактивацию

многокомпонентных полиметаллических отходов титанового производства от токсичных и радиоактивных металлов, с другой стороны дает возможность с высокой избирательностью извлекать скандий из сложного по составу солевых растворов с получением скандиевых концентратов с высоким содержанием Sс₂О ₃.

Технологический участок для переработки и дезактивации отходов производства с избирательным извлечением скандия, включающий ванну гидроудаления отработанных расплавов титановых хлораторов, снабженную системой подачи в нее азота для перемешивания образующейся пульпы, гидроотстойник, циркуляционный бак, имеющий соединение с баками-дозаторами растворов сульфита натрия и хлорида бария, фильтр-пресс-I, соединенный баком-сборником осветленных исходных растворов, реактор для осаждения суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия, верхние патрубки которого соединены с баками-дозаторами раствора гидроксида натрия и высокомолекулярного флокулянта, а сливной патрубок образует соединение с фильтром-прессом-II для выделения осадка суммы гидроксидов хрома, скандия, титана, циркония и алюминия, шнековый смеситель-I, входной конус которого соединен с корытом фильтр-пресса-I, 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, отличающийся тем, что выход осветленного хлоридного раствора с фильтр-пресса-II направлен в сборную емкость, корыто фильтр-пресса-II имеет соединение через разгрузочный люк с обогреваемым реактором-репульпатором, снабженным мешалкой и имеющем на верхней крышке патрубок, подсоединенный через запорную арматуру к баку-дозатору щелочного раствора гипохлорита натрия, а патрубок нижнего слива реактора-репульпатора имеет соединение с вакуумным нутч-фильтром, к которому подсоединена линия подачи раствора гидроксида натрия из бака-дозатора и воды, слив фильтрата очищенного от оксигратного осадка хроматного раствора из вакуумного фильтр-пресса направлен в сборную емкость хроматного раствора, вакуумный нутч-фильтр имеет соединение через выгружное устройство с загрузочным люком обогреваемого реактора, с мешалкой, один из патрубков на крышке которого через запорно-регулирующую арматуру соединен с баком-дозатором соляной кислоты, а другой патрубок имеет загрузочный конус для подачи в реактор металлического магния, нижний слив из реактора направлен в сборную емкость скандий-содержащего раствора, соединенную с системой сорбционно-экстракционных колонн, заполненных фосфорсодержащими ионитами или твердыми экстрагентами; сорбционно-экстракционные колонны имеют соединения через запорно-регулирующую арматуру с баками для исходных промывных и регенерирующих/десорбирующих растворов и сборниками промвод, элюатов и/или реэкстрактов, которые соединены с реактором для переработки элюатов/реэкстрактов, и осаждение из них соединений скандия, слив суспензии из этих растворов направлен на нутч-фильтр-II, выход твердой фазы с которого направлен с помощью разгрузочно-загрузочного устройства в сушильно-прокалочную печь, а слив маточного раствора - в сборную емкость.