Дополнение к технологии извлечения скандия из штейна Кадамжайского сурьмяного комбината

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 66.092.088                                     

Группа из 17 элементов, включающая скандий, иттрий и лантаноиды (лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, лютеций. Скандий, иттрий и лантаноиды имеют высокую реакционную способность. Представители данной группы обладают довольно высокой реакционной способностью, которая усиливается при нагревании. Например, при повышенной температуре некоторые металлы способны реагировать с гидрогеном. Кроме того, при нагревании эти элементы взаимодействуют с кислородом, образовывая стойкие, нерастворимые в воде оксиды. При горении металлов в атмосферном кислороде наблюдается выделение значительного количества тепла [1–9].

Именно для этой группы характерна пирофорность, которая имеет свойства искриться в воздухе. Редкоземельные металлы могут также образовывать гидроксиды, которые плохо растворяются в воде и обладают некоторыми амфотерными свойствами. Практически для всех представителей группы РЗЭ степень окисления равна +3, однако активность элементов не одинаковы. Самым активным считается лантан.[14, 15].

Данные элементы используются в совершенно различных отраслях. Их широко применяют в стекольной промышленности. Во-первых, они повышают свето прозрачность стекла, а во-вторых эти металлы используются для производства стекла специального назначения – стекла поглощающего ультрафиолетовые лучи или пропускание инфракрасных излучений. С помощью редкоземельных веществ производят жаростойкие стекла [1].

Самые высокие темпы роста РЗЭ прогнозируется для магнитов катализаторов и керамики со средними ежегодными темпами роста 6% за период. Легкие редкоземельные элементы (LREE) используются в производстве жидких катализаторов каталитического крекинга (FCC) авто катализаторов, которые вместе составляют около 16% мирового спроса. Люминофоры и пигменты составляют чуть более 6% от общего объема потребления редкоземельных элементов, но почти 15% по стоимости. Люминофор является основным рынком для европия и иттербия, тяжелых редкоземельных элементов (HREE) с высокой стоимостью, а также церия [2].

Патентное исследование и анализ литературы показало, что в изобретениях разработаны технологии извлечения редких и редкоземельных металлов [3]. Техническим результатом является снижение расходов реагентов (кислот) на выщелачивание редкоземельных элементов из углей или золошлаковых отходов и упрощение процесса извлечения и очистки этих металлов при переработке растворов выщелачиванием [10].

Имеется способ извлечения РЗЭ из фосфогипса, включающий обработку фосфогипса раствором серной кислоты, фильтрацию и выделение РЗЭ из отхода [5]. Наряду с этим также предложен второй способ извлечения РЗЭ, включающий измельчение исходного материала и его обработку выщелачивающим раствором при нагревании, в котором выщелачивание проводят раствором активированной, путем электролиза воды с добавкой 50% серной кислоты в количестве 3-10% в соотношении Т:Ж=1:1 и температуре 40-80°С. Использование активированной, путем электролиза воды с добавлением 50% серной кислоты в количестве 3-10%, позволяет повысить степень перехода РЗЭ в раствор и получить РЗЭ высокого качества. Использование предлагаемого способа извлечения редкоземельных элементов из углей и золошлаковых отходов от их сжигания позволит значительно удешевить процесс и повысит содержание РЗЭ в растворе до 99,9% [4].

Способ извлечения РЗЭ из фосфогипса, включает карбонизацию с получением карбоната кальция, его прокладку с образованием оксида кальция, выщелачивание раствором хлорида аммония с получением концентрата редкоземельных элементов, который подвергают сухую классификации с выделением фракции с размером частиц [6].

Разработана технология извлечения редкоземельных металлов, что может быть использовано при комплексной переработке хвостов обогащения свинцово-цинковых руд [7]. Способ извлечения редкоземельных элементов из отходов обогащения свинцово-цинковых руд включает кислотное выщелачивание, выделение редкоземельных элементов из раствора с дальнейшим получением концентрата при этом выделение редкоземельных элементов проводят осаждением первоначально гидроксидом аммония концентрацией 15-25% с последующим растворением полученного осадка в слабо концентрированной азотной кислоте, затем переводят осаждение редкоземельных элементов щавелевой кислотой.

Из-за больших объемов складированных и вновь поступающих отходов (шламы, шлаки,порода золы), обогатительные фабрики, использовавшие технологии выделения редких и драгоценных металлов параллельно с основным производством являлся рентабельным даже при низкой концентрации РЗЭ [8].

В статье В. Ю. Рогова дана оценка ресурсов глинозема и редкоземельных элементов, содержащихся в крупнотоннажных отходах переработки апатит-нефелиновых руд в золошлаковых отходах тепловых электростанций, отходах переработки боксидов. Показана возможность импортозамешания и обеспечение дополнительной потребности в глиноземе для новых алюминиевых заводов за счет использования этих ресурсов. Сформулированы положения о формировании организационно-экономического механизма использования техногенных отходов [9].

Ранее был исследован химический состав техногенных отходов (шлак отвальный и флотационный хвостовой отход) Кадамжайского сурьмяного комбината (КСК). Определены ценные редкоземельные химические элементы (иттербий, иттрий, лантан, скандий и др.) химическим, атомно-эмиссионным и рентгено-флуоресцентным методом [16-23]. Самая мелкая фракция (0,05 мкм, 40%) применяется для исследования химического состава отвального штейна, что позволяет определить точные результаты исследований [12]. Скандий достаточно точно можно определить фотоколлориметрическим методом из магниевых и алюминиевых сплавах без предварительного отделения мешающих примесей [15].

Экспериментальная часть

Предложено использование извлечения Скандия фотоколлориметрическим методом из магниевых и алюминиевых сплавов без предварительного отделения мешающих примесей. Метод использовали для извлечения скандия от техногенного отхода (штейн) [13-15].

Для этого использовалась количественного определения скандия путем спектрометрирования растворов его комплексов и позволяет провести анализ в течение 25-30 мин с достаточной точностью. Это дает возможность определять скандий в техногенных отходах без предварительного отделения мешающих примесей.

Для этого к раствору добавляют аскорбиновую кислоту, доводят рН до 1-2, после чего вводят ксиленоловый оранжевый и колориметрировать обычными приемами.

На фотоколориметрирование не влияют щелочноземельные элементы (Ca, Ba, Sr, Mg), редкоземельные элементы (La, Pr, Nd, Sm и другие), а также иттрий, цинк, кадмий, марганец, железо. Влияние Fe устраняется добавкой аскорбиновой кислоты. Навеску техногенного отхода в 1 г растворяют в 20-10 мл солянной кислоты 1:1. Раствор переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, прибавляют 5 мл 2% свежеприготовленного раствора аскорбиновой кислоты ацетат натрия в виде 50% раствора до окрашивания бумаг конго в добавляют 5 мл 0,1% раствора ксиленолового оранжевого, доводят объем мерной колбы до метки водой и тщательно перемешивают. Через 20 мин перешивания колориметрируют спектрофотометром ПЭ-5400 УФ с зеленого фильтра (длиной волны 750 нм) и кюветы с толщиной10 мм [14-16].

Стандартный раствор содержащий 500 мкг/мл готовят растворением 0,05 г Sc 2 O 3 , предварительно прокаленной при 90⁰С в течение 30 мин в стакане емкостью 50 мл. Навеску смачивают несколькими каплями воды, приливают 5 мл концентрированной азотной кислоты, 2 мл перекиси водорода, накрывают часовым стеклом и растворяют при умеренном нагревании. После растворение навески и охлаждения раствора содержимое стакана количественно переносят в мерную колбу, емкостью 10 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Обработка экспериментальных данных проводились на основе следующей формулы: Х=А-а х100/V; где А — количество скандия в пробе, найденное по калибровочной кривой, мг; а — количество скандия найденное в холостой пробег, мг; V — объем раствора, взятой для анализа.

На основе полученных данных сделаны следующие выводы:

• 1.    Извлечение редкоземельных элементов проводились на основе определения скандия путем спектрометрирования растворов его комплексов, который по сравнению с известными менее длителен, позволят провести анализ в течении 25-30 мин с достаточной точности и дает возможность определят скандия в техногенных отходах без предварительного отделения мешающих примесей.

• 2.    Масса извлеченного скандия составила 99,28 мг/л.