Технология извлечения скандия из кека Кадамжайского сурьмяного комбината

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 669.054.82+622.8                               

Известно, что к редкоземельным металлам относятся: лантан, церий, неодим, празедум, самарий, прометий, гадолиний, европий, тербий, гольмий, диспрозий, эрбий, иттербий, лютеций, тулий, скандий, иттрий. Установлено, что наружные электронные уровни этих атомов практически одинаковы, именно с этим связаны химические и физические свойства металлов. 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. Именно для этой группы характерна пирофорность — которые имеют 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. Например, их широко применяют в стекольной промышленности. Во-первых, они повышают светопрозрачность стекла, а во-вторых эти металлы используются для производства стекла специального назначения — стекла поглощающие 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].

Предложен способ извлечения РЗЭ из фосфогипса, включающий обработку фосфогипса раствором серной кислоты, фильтрацию и выделение РЗЭ из отходов [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 фракций частиц [6].

Разработана технология извлечения редкоземельных металлов при комплексной переработке хвостов обогащения свинцово-цинковых руд [7]. 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].

Дана оценка ресурсов глинозема и редкоземельных элементов, содержащихся в крупнотоннажных отходах переработки апатит-нефелиновых руд в золошлаковых отходах тепловых электростанций, отходах переработки бокситов [9].

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 [10].

Исследован химический состав техногенных отходов (шлак отвальный и флотационный хвостовой отход) Кадамжайского сурьмяного комбината [11-13, 16].

Экспериментальная часть

В экспериментальной части предложен способ извлечения скандия. Данный метод использовали для извлечения скандия из техногенного отхода (кека) [16].

Для этого использовалась количественное определение скандия, который по сравнению с известными менее длителен. Позволят провести анализ в течении 25-30 мин с достаточной точностью и 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 колориметрируюут обычными приемами. На фотоколориметрирование не влияют щелочноземельные элементы, редкоземельные элементы, а также иттрий, цинк, кадмий, марганец, железо.

Навеску техногенного отхода в 1 г растворяют в 20-10 мл соляной 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 для окрашивания 5 мл 0,1% раствора кисленового оранжевого, доводят объем мерной колбы до метки водой и тщательно перемешивают. Через 20 мин перешивания, колориметрируют спектрофотометром ПЭ-5400 УФ с зеленым фильтром (длиной волны 750 нм) и кюветы с толщиной10 мм [14-16].

Стандартный раствор, содержащий500 мкг/мл готовят растворением 0,05 г окси скандия (Sc 2 O 3 ), предварительно прокаленным 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 стакан 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.

На основе полученных данных сделаны следующие выводы:

• 1.    Технология отличается по времени проведения. Каждая стадия технологического процесса переработки имеет свои Ноу-хау, внедрение которых позволит значительно интенсифицировать все процессы технологии, повысить их экономическую эффективность и снизить себестоимость товарной продукции.

• 2.    Содержание РЗЭ в растворе определено спектрометрическим методом. Масса извлеченного скандия составляла 99,6 мг/л.