Получение лантана литиетермическим методом

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 542.546                                       

В настоящее время на территории Кадамжайского сурьмяного комбината (КСК) Кыргызской Республики, имеются десятки миллионов тонн промышленных отходов. Одним из примером такого техногенного образования в Киргизской Республике является накопившиеся отходы Кадамжайского сурьмяного комбината (КСК), представляющий собой техногенным сырьевым ресурсом, имеющих ценность для разных отраслей народного хозяйства страны. Поэтому разработка технологии использования накопленных отходов является актуальной задачей и для комбината, и для жителей данного региона. Промышленные отходы составляют до 90–98% от всех добываемых природных ресурсов, поэтому проблема разработки техногенных «месторождений» приобретает все большую актуальность [1, 2].

Для размещения твердых отвальных продуктов отделения рудотермических печей, образующихся в результате пирометаллургического способа получения металлической сурьмы, используется отвал, расположенный на расстоянии 1,5 км от цеха основного производства на южном склоне сухого русла Анхор-Сай. Штейновый отвал, площадью 2,4 га, содержит 283 тыс т. штейна с удельным весом 2,5 т/м3. Штейн представляет собой твердый порошкообразный материал оливково-черного цвета. Химический состав штейна: Fe — 45%, Na2O — 8–15%, S — 25–35%, Sb — 3–5%, As — 0,2–1%, Si — 2–5%.

В связи с повышенным содержанием сурьмы штейн осадительной плавки не может считаться отвальным продуктом. В настоящее время комбинатом прорабатывается вопрос разработки проекта по экологической реабилитации штейнового отвала с попутным получением сурьмосодержащего продукта.

Шлаковый отвал расположен на общей инженерно-обустроенной территории со штейновым отвалом. Площадь отвала составляет 4,2 га. Шлак — твердый отвальный продукт отделения рудотермических печей, образующийся в результате пирометаллургического способа получения металлической сурьмы. Химической состав шлака: сурьмы — 0,2–0,5%, оксид натрия — 8–15%, оксид кремния — 50–60%, оксид кальция — 8–15%, оксид алюминия — 6–10%, мышьяк — 0,05%. Класс опасности отхода — третий, Фактически уложенный объем шлаков — 447,3 тыс т.

Склад условно-отвальных кеков. Кеки — пастообразный или порошкообразный материал, являющийся остатком процесса выщелачивания при гидрометаллургическом способе получения металлической сурьмы. После промывки и сушки, кеки размещаются на специальном, инженерно-обустроенном хранилище. Хранилище занимает 2 га. Элементарный химический состав кеков: сурьма — 2,5–3,0%, окись кремния — 35,0–37,0%, окись кальция — 3,0–4,0%, окись натрия — 5,0–6,0%, мышьяк — 0,4%, сера общая — 16,0– 17,0%.

Кадамжайский опытно-промышленный завод оказался центром всех работ, связанных с разработкой пирометаллургии сурьмы местный Кадамжайский, Хайдарканский, Чаувайский, Улуу-Тооский обогащенные руды, привозили из Турции, России (Якутия, Чита), Тажикский (Анзоб) [3, 4].

Экспериментальная часть

Методика проведения работы приведена в ГОСТ Р 70815-2023 (ИСО 22444-1:2020).

В коническую колбу вместимости 100 см3 помещают навеску испытуемого вещества и приливают определенный объем воды, добавляют соответствующее количество реагентов или их смеси, доводят рН-раствора по универсальной индикаторной бумаге до определяемого значения. Затем раствор оставляют на 2–3 часа при температуре окружающей среды затем фильтрует через воронку с пористым фильтром под вакуумом.

Осадок промывают, промывные воду соединяют с фильтрат. Аналитического определение примесей химических элементов, полученных методами осаждения и со осаждения, использовали приложения Б. Таблица 1 [6].

Таблица 1

Объект        Примеси элементов        Реагент, значение рН       Способ отделения анализа                                          (осадитель)                 осадка

Соединение    Al, Mo, Nb, Ta, W, V, Zn       Коллектор La(OH)3          Фильтрация лантана

Для восстановления скандия использовали щелочной металл литий. Фильтрат упаривают досуха с коллектором, 22 г хлорид скандия и 20 г лития загружают на танталовый тигель. Нагреваем, взаимодействие лития с хлоридами скандия происходит при 50 °С, когда хлориды находятся в твердом состоянии. Литиетермический процесс составляют около 700 °С. Литиетермический процесс заканчивается при 1000 °С, получается твердый металл. Для получения лантан высокой степени чистоты, полученный продукт очищают дистилляцией в вакууме, а литий рафинируют непосредственно в аппарате восстановление, представляющем собой горизонтальную реторту из коррозионностойкой стали. Хлорид и литий, взятый с 10% избытком, помещают в две танталовой лодочки и устанавливают их в реторту. Реторту вакуумируют и выдерживают в течение 2 часа при 860 °С. Конденсация натриевых паров — в холодном конце узкого вакуумной трубки на начальной стадии нагрева обеспечивают герметизацию реторты. Температурный градиент по длине реторты определяют посредством контроля температуры 3 точках печи. Продукт реакции LiCl и избыток литий отгоняют из лодочки при 950 °С и конденсируют в холодном конце реторты. Длительность процесса дистилляции составляет 24 ч РЗМ получают в виде крупных кристаллов чистотой 99,6% (от массы) [7].

Состав исследованных композиций и результаты измерения время горения и температуры представлена в Таблице 2.

Таблица 2

Состав смеси масс, %                  Время горения, ч       Температура, °С

20% лантан хлористый + 22% металлический литий            2                   950

В процессе металлотермической процессе был получен лантан и другие побочные продукты (Рисунок).

Рисунок. Схема технология получения лантана: 1 — дробление сырья, 2 — сушка, 3 — весовая, 4 — танталовый емкость с хлоридом лантана, 5 — восстановитель, 6 — металлический лантан, 7 — шлак

Выводы

Использовали танталовый тигель, поскольку при реакции в нем не загрязняется полученный продукт. Реакция начнется при 50 °С. Полное восстановление лантана происходит при 950 °С через 2 часа. Для литиетермический реакции использовали, обогащенный хлорид лантана. Температурный режим лититермического процесса (полное восстановление лантана) измерено пирометром СЕМ ДТ-8865.