Способ получения скандиевых концентратов
Изобретение относится к металлургии, в частности к способу получения скандиевых концентратов из отходов металлургических производств, включающему их дробление и измельчение, обработку соляной кислотой при повышенной температуре, извлечение скандия из раствора путем экстракции, промывку экстрагента и реэкстракцию скандия, осаждение из реэкстракта малорастворимых соединений скандия, отделение раствора от осадка, его промывку, сушку и прокалку. Сущность: железо (III) в полученном после обработки соляной кислотой растворе восстанавливают до железа (II), обрабатывают щелочным реагентом, раствор отделяют от осадка, который растворяют в соляной кислоте, соляно-кислый раствор пропускают через колонку с твердым экстрагентом на основе трибутилфосфата, реэкстракцию скандия после промывки ведут водой и/или разбавленной соляной кислотой, а реэкстракт обрабатывают щавелевой кислотой, при этом скандийсодержащие отходы перед измельчением подвергают термоактивации при 900-1100o в течение 1-2 часов; обработку раствора щелочным реагентом ведут до рН 3,5-5,0, а в реэкстракт перед обработкой щавелевой кислотой предварительно вводят щелочной реагент до рН 0,5-2,0. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения скандиевых концентратов из отходов производства цветных металлов, и может быть использовано, в частности, при переработке отвальных шлаков ферровольфрамового и оловянного производств.
Изобретение может быть реализовано на предприятиях цветной и черной металлургии и предприятиях химической промышленности гидрометаллургического профиля. Известен [1, 2] способ получения скандиевых концентратов из отходов процесса переработки вольфрамитовых концентратов отвальных шлаков процесса получения ферровольфрама из вольфрамита. Известный способ заключается в следующем. Отвальный шлак ферровольфрамового производства, содержащий мас. SiO2 46,14; TiO2 1,32; Al2O3 4,65; Fe2O3 1,64; FeO 3,28; СаО 19,52; MgO 0,79; P2O5 0,07; MnO 21,06; SO3 1,5; WO3 0,27; Sc2O3 0,04 измельчают (на 80%) до 200 меш, после чего разлагают серной или азотной кислотами (преимущественно соляной). Оптимальные условия разложения шлака по известному способу: 18% соляная кислота, температура 80-90oС, длительность выщелачивания не менее 2 часов, соотношение Ж:Т=4:5. Пульпу после разложения фильтруют на вакуум-фильтре, остаток промывают небольшим количеством воды, которая объединяется с раствором. В раствор вводят кремнефторид натрия (Na2SiF6), образующуюся пульпу фильтруют, фильтрат сбрасывают в отвал, скандийсодержащий осадок подвергают сульфатизации (обрабатывают серной кислотой), растворяют в воде, раствор обрабатывают щелочью (аммиаком или гидроксидом натрия), пульпу фильтруют, фильтрат сбрасывают в отвал, гидратный осадок (Sc2O3 1,4; TiO2 3,0; Al2O3 9,0; Mn 0,1 и другие) растворяют в соляной кислоте (1:1), после чего щавелевой кислотой из раствора осаждают оксалаты скандия, РЗЭ и примеси сопутствующих металлов; осадок оксалатов после отделения от маточного раствора прокаливают при 600oС, растворяют в соляной кислоте, из полученного раствора аммиаком осаждают сумму гидроксидов металлов, которую затем прокаливают до оксидов. Получаемый таким образом скандиевый концентрат содержит 30-33 оксида скандия, около 70 суммы оксидов РЗЭ и примеси других металлов. Известный способ имеет следующие недостатки: невысокое содержание скандия в концентрате, большие потери скандия. Из известных аналогов наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный [3] способ получения скандиевых концентратов из отвальных шлаков ферровольфрамового и оловянного производства ПРОТОТИП. Способ по прототипу заключается в следующем. Отвальный шлак выщелачивают соляной кислотой, нерастворимый остаток (кек) сбрасывают в отвал. Из раствора извлекают скандий экстракцией алкилфосфорной кислотой (0,3 М Д2ЭГФК в керосине) при О:В=1:10; водную фазу (рафинад) сбрасывают в отвал; органическую фазу промывают кислотой (соляной или серной), после чего осуществляют реэкстракцию скандия фтористо-водородной кислотой, полученный фторид отделяют центрифугированием, подвергают сульфатизации или обработке щелочью, растворяют, из раствора осаждают сумму гидроксида скандия и сопутствующих металлов, осадок прокаливают с получением в качестве конечного продукта скандиевого концентрата, содержащего примеси титана, циркония, тория, железа, алюминия и др. Известный способ имеет ряд существенных недостатков, которые препятствуют промышленному использованию (попутно отметим, что ни один из описанных в литературе за последние 25 лет способов извлечения скандия из шлаков ферровольфрамового производства и способов получения из шлаков скандиевых концентратов так и не вышел за рамки лабораторных исследований и испытаний). Основные трудности, препятствующие промышленному внедрению известных способов, в частности способа-прототипа, заключаются в следующем: сложность, многостадийность процесса; неудовлетворительная производительность, что связано с необходимостью переработки большого объема растворов (иначе говоря, значительные материальные потоки); использование в процессе переработки шлаков весьма токсичных веществ (фторидов), что требует принятия специальных мер безопасности; существенные потери скандия в процессе переработки шлаков, растворов, реэкстрактов и т.д. сравнительно невысокое содержание скандия в концентрате. Заявляемое техническое решение направлено на решение задачи, заключающейся в упрощении технологии, повышении производительности процесса (за счет сокращения материальных потоков) и уменьшении потерь скандия. Данная задача решается предлагаемым "Способом получения скандиевых концентратов" из отвальных шлаков ферровольфрамового производства, сущность которого выражается следующей совокупностью существенных признаков: дробление отвального шлака; термическая активация при 900-1100oС в течение 1-2 часов; измельчение шлака; обработка шлака соляной кислотой при повышенной температуре; отделение кислотонерастворимого остатка от раствора;восстановление в растворе железа (III) до железа (II);
обработка раствора щелочным реагентом до рН 3,5-5,0;
фильтрование пульпы, отделение скандийсодержащего осадка от раствора;
растворение осадка в соляной кислоте;
избирательное извлечение скандия из раствора экстракцией путем пропускания через колонки с твердыми экстрагентами, например, на основе трибутилфосфата;
промывка экстрагента в колонке;
реэкстракция скандия водой и/или разбавленным раствором соляной кислоты;
обработка реэкстракта щелочным реагентом до рН 0,5-2,0;
обработка реэкстракта щавелевой кислотой;
фильтрование пульпы, отделение осадка оксалата скандия от маточного раствора;
промывка осадка, его сушка и прокалка при 500-700oС с получением целевого продукта скандиевого концентрата. Существенными отличительными признаками заявляемого способа являются следующие:
термическая активация дробленого шлака при 900-1100oС в течение 1-2 часов;
обработку соляно-кислого скандийсодержащего раствора после восстановления железа (III) до железа (II) щелочным реагентом до рН 3,5-5,0;
фильтрование пульпы, отделение скандийсодержащего осадка от раствора;
растворение осадка в соляной кислоте;
избирательное извлечение скандия из раствора путем пропускания через колонки с твердыми экстрагентами, например, на основе трибутилфосфата;
реэкстракция скандия водой и/или разбавленным раствором соляной кислоты;
обработка реэкстракта щелочным реагентом до рН 0,5-2,0;
обработка реэкстракта щавелевой кислотой. При прочих равных условиях вышеуказанная новая последовательность осуществления операций, т.е. новый порядок выполнения действий и новые режимы осуществления процесса обеспечивают решение задачи изобретения и достижения технических результатов заявляемого способа. Получаемые технические результаты заключаются в следующем:
существенное (в 8-15 раз) сокращение материальных потоков, в частности, объемов перерабатываемых растворов на основной (и наиболее важной) стадии процесса избирательное извлечение и концентрирование скандия. Данный технический результат, в свою очередь, обеспечивает значительное сокращение объема технологического оборудования;
упрощение процесса за счет сокращения числа операций;
повышение степени извлечения скандия и сокращение его потерь с отходами и промпродуктами процесса переработки шлаков;
увеличение содержания скандия в целевом продукте, т.е. повышение степени очистки скандия от примесей и за счет этого повышение концентрации оксида в получаемом концентрате. Анализ совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, новой последовательности действий (операций), режимов осуществления процесса и достигаемый при этом технический результат показывает, что между ними существует вполне определенная причинно-следственная связь, выражающаяся в следующем:
во-первых, на достижение технического результата влияет каждый из вышеперечисленных существенных признаков как ранее известных, так и предлагаемых в заявленном способе. Исключение любого из этих признаков из всей совокупности приводит к тому, что технический результат не достигается, а задача изобретения не решается, например исключение всего лишь одной операции (известный) измельчения, приводит к уменьшению выхода целевого продукта в 4-6 раз;
во вторых, на достижение технического результата важное значение оказывает последовательность действий и режимы их осуществления. Например, изменение последовательности операции восстановления обработки щелочью, приводит к тому, что все преимущества предлагаемого способа исчезают, (т.е. объемы перерабатываемых растворов не сокращаются, процесс не только не упрощается, а напротив существенно усложняется). Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого способа, приведены в примерах. Пример 1. Отходы процесса переработки вольфрамитовых концентратов отвальный шлак производства ферровольфрама, используемый при проведении опытов, имел следующий состав, мас. 0,033 скандия; 0,03 РЗЭ; 0,24 ниобия; 0,04 тантала; 0,05 тория; 0,05 циркония; 0,67 титана; 21,2 кремния; 14,4 марганца; 9,6 железа; 8,8 кальция; 1,9 магния; 0,56 алюминия; 0,67 вольфрама. С этим шлаком проведены опыты по концентрированию скандия по предлагаемому способу. Дробленый шлак (1-3 мм) прокаливали при 1000
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Степень извлечения скандия из шлака в соляно-кислый раствор, 68
Потери скандия с нерастворимым остатком, от исходного 32
Степень концентрирования скандия: в осадке гидроксидов/в шлаке 20
Степень извлечения скандия из осадка гидроксидов металлов в скандийсодержащий концентрат, 95
Суммарные потери скандия, от исходного 35,4
Содержание оксида скандия в скандийсодержащем концентрате, мас. 75
При переработке отвальных шлаков согласно способу прототипу содержание оксида скандия в скандиевом концентрате составляет 40-60% а потери скандия достигают 60% Кроме того, как уже отмечалось выше, объем растворов, перерабатываемых на стадии экстракции (и далее) по известному способу в 10-20 раз выше, чем по предлагаемому, что приводит к снижению производительности процесса. Пример 2. Переработке подвергались отвальные шлаки оловянного производства, содержащие скандий, титан, цирконий, гафний, олово, алюминий, РЗЭ, магний, кальций, железо, кремний и др. Этот шлак дробили, измельчали, прокаливали при 900oС, затем обрабатывали 15% соляной кислотой при 60-90oС. Кислотонерастворимый остаток отделяли отстаиванием и фильтрованием. Кислый хлоридный раствор обрабатывали стальным скрапом (железной стружкой Ст.3) при 60-80oС в течение 3 часов. Железо (III) восстанавливали до железа (II), при этом частично нейтрализовалась избыточная соляная кислота. Полученный таким образом раствор обрабатывали щелочью до рН 4,5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Получение скандиевых концентратов вели путем переработки отходов одного из металлургических производств, в частности хвостов мокрой магнитной сепарации (ХММС) титано-магнетитов Качканарского горно-обогатительного комбината. По существу эти хвосты представляют собой техногенное месторождение. Содержание скандия в хвостах сравнительно невелико и не превышает 100-150 г/т; однако огромное количество (миллион тонн) этих неутилизируемых в настоящее время отходов делают их весьма перспективными для извлечения и концентрирования скандия. Основная трудность при получении скандиевых концентратов заключается в том, что ХММС в обычных условиях практически не вскрываются и скандий, например, при обработке ХММС концентрированной соляной кислотой практически не переходит в раствор, т.к. находится, по-видимому, в форме минерала тортвейтита-силиката скандия. Проблему удалось решить предлагаемым способом, в частности путем предварительной термообработки хвостов мокрой магнитной сепарации титано-магнетитов (тонкодисперсный порошок) при 1000
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Формула изобретения