Золы природных углей – нетрадиционный сырьевой источник редких элементов

Hе обсуждая истоки терминов «редкие элементы», «редкие металлы», примем, что в современных условиях редкие элементы (металлы) – это группа мало- и ультрамалокларковых (10-2 – 10-7 масс. %) естественных нерадиоактивных, неблагородных металлов и неметаллов, объемы промышленного применения которых увеличиваются с развитием высоких технологий.

Химические соединения, образовавшиеся в результате протекания в природе естественных процессов, называют минералами. Число известных в настоящее время минералов около 2500. Участки земной коры, где концентрируются определенные типы минералов, представляют месторождения полезных ископаемых. В случае металлов это рудные месторождения. Размеры такого месторождения достаточно малы по сравнению с размерами окружающих их пустых горных пород.

Обыкновенно химические элементы в земной коре находятся в состоянии значительного рассеяния. О величине такого рассеяния можно судить по химическому (элементному) составу горных пород, доступных по глубине непосредственному отбору геологических проб. Среднюю цифру содержания в земной коре определенного химического элемента (его распространенность) А.Е. Ферсман предложил (1933 г.) называть кларком (в честь американского геохимика Дж. Д. Кларка). Это число чаще всего выражается или в массовых процентах, или в граммах на тонну.

Некоторые редкие металлы (Sc, Ge, Ga, In, Tl, Re, Se, Те) не имеют собственных рудных месторождений, хотя и представлены в земной коре обширным кругом своих минералов. А поэтому их производство неразрывно связано с добычей и переработкой руд других металлов: свинца, цинка, меди, никеля, алюминия, олова и др., т.е. эти редкие металлы можно называть «металлами-спутниками». В последние годы начинают приобретать значение и нетрадиционные сырьевые источники редких металлов:

• •    природные минерализованные воды (Li, Rb, Cs, Ge, Sr);

• •    битуминозные сланцы и песчаники (Re, V, Ge);

• •    лигниты – бурые угли, сохраняющие древесное строение (Ge);

• •    золошлаковые отходы (Sc, Y, Ga, Be, Li и др.).

Здесь следует отметить, что элемент Ge дал начало не только эпохе микроэлектроники, но и целому новому научному направлению 一 геохимии ископаемых углей. Блестящий норвежский ученый В. Гольдшмидт на основе знаний о летучести низших оксида и сульфида германия (GeO и GeS) предсказал, что они должны накапливаться в летучих золах – уносах при сжигании углей.

Продолжая разговор о нетрадиционных сырьевых источниках производства редких металлов, можно более подробно остановиться на золошлаковых отходах. И чтобы лучше понять потенциал этих отходов как сырьевого источника для металлургического производства, проблемы и необходимость их утилизации, полезно познакомиться с ними ближе.

Общая характеристика золошлаковых отходов

Минеральными компонентами углей являются неорганические вещества в виде силикатов, сульфидов, сульфатов, карбонатов, оксидов железа, кремния, алюминия, магния; при термической обработке углей (сжигание, газификация, химическая переработка на жидкие продукты) образуются твердые (золы, шлаки) и газообразные выбросы. Эти выбросы – коллекторы химических элементов-многофазны, полиминеральны и представляют собой в определенном смысле техногенный концентрат, в частности концентрат редких металлов. Ежегодно в мире образуется около 700 млн т золошлаковых отходов. В составе зол условно можно выделить три группы веществ – стекловидные, кристаллические и органические.

Стекловидная группа по химическому составу сложна и весьма многообразна. Золы каменных и бурых углей, содержащие до 20 % СаО, включают преимущественно ферроалюмо-силикатное стекло, в котором основные стеклообразующие компоненты Fe₂O₃, Al₂O₃ и SiO₂ составляют 80-90 %. Кристаллическая часть зол представлена как первичными минералами, присутствующими в углях, так и новообразованными в топочном процессе. Наиболее широко представлены магнетит, гематит, муллит, кварц; менее 一 геленит, фаялит. Из минералов, являющихся новообразованиями, следует отметить силикаты, алюминаты и ферриты кальция различной основности. Эти минералы известны как цементные (клинкерные) материалы.

Наряду с минеральной частью в золошлаковых отходах обычно содержатся несгоревшие органические включения. Органическая часть углей (недожог) имеется во всех золах. Обычно содержание органической части в золе составляет менее 5 %. Оно представлено полукоксами, коксом с низким выходом летучих. Недожог присутствует в золе либо в виде самостоятельных органических частиц, либо в виде включений в агрегаты, образованных разными фазами.

Следует отметить, что характер минерализации углей определяет их обогатимость, а степень минерализации – зольность. Зола углей – это сложное разнородное вещество, состоящее из нескольких генетических классов минеральных примесей. Можно выделить, например, следующие классы.

• •    Первый класс – биогенный. Здесь минеральные вещества привнесены в уголь самими растениями-углеобразователями. Действительно, хорошо известно, что в золе любых растений содержатся элементы, входящие в состав ферментов: марганец, кобальт, молибден и др.

• •    Второй класс – сорбционный. Это минеральные вещества, которые сформированы были главным образом на торфяной (буроугольной) стадии углеообразования. Самый характерный золообразующий элемент этого класса – кальций, отчасти к этому классу можно отнести алюминий, магний, железо. Наиболее велика доля этого класса минеральных компонентов в золе бурых углей (до 50 %).

• •    Третий класс – конкреционный. В отличие от сорбционного, где компоненты связаны с органическим веществом углей (типа гуматов, хелатов), конкреционный класс представлен минеральными формами – карбонатами кальция, магния, железа (кальцит СаСО 3 , доломит CaMg(CО₃), сидерит FеСО₃ и др.), пиритом FeS₂, каолинитом Al₂(OH)₄[SiO₅], вивианитом Fe 3 (H 2 O) 8 [PО 4 ] 2 и др. Доля конкреционного класса – величина, достаточно изменчивая для углей различных месторождений.

• •    Четвертый класс – терригенный. Это есть то, что чаще всего и определяется термином «зола». Терригенный класс представлен в углях минеральными частицами, которыми сложены также и вмещающие уголь породы, т.е. кварц, полевые шпаты, слюды, глины, апатит, циркон и др. Терригенные компоненты содержат все элементы-примеси, присутствующие в углях. Но так как минералогический состав их компонентов близок к составу нормальных осадочных пород, то содержания редких металлов в терригенном классе очень близки к соответствующим кларкам для осадочных пород. Например, зола, представленная терригенным классом, обычно содержит около 1-3 г/т германия и 10-20 г/т галлия.

• •    Пятый класс – инфильтрационный. В отличие от ранее приведенных четырех классов, сформировавшихся вместе с углем, компоненты этого класса появились в углях на последующих стадиях. Это минералы, отложившиеся в трещинах и порах угольных пластов из подземных вод. Если в углях присутствует этот класс, то в составе золы мы обнаружим сульфиды металлов, например сфалерит ZnS, пирит FeS₂.

Изучено распределение ряда элементов в углях для выявления приуроченности их к органическим и минеральным компонентам углей. Если использовать коэффициент распределения D=C о /C м, где С о – концентрация элемента в легкой фракции угля (плотность < 1,2 г/см³), богатой органическими веществами, а С_м – концентрация элемента в тяжелой фракции (плотность > 1,6 г/см³), богатой минеральными веществами, то получим ряд, показывающий связь элемента или с органической массой угля (D > 1), или с минеральными компонентами (D < 1). Для отдельных элементов этот ряд имеет вид

Ge    W    Ga    Be    Nb    Mo    Sc    Y    La    Zn    Pb

• 2,6      2,2      1,7       1,1       0,7      0,6      0,4      0,2      0,2     0,03     0,02

Таблица 1. Угольные кларки (г/т) и зольные кларки концентрирования (КК) некоторых редких металлов

Элемент	Кларк осадочных пород, г/т	Угли		Золы			Зольный КК*)
		бурые	каменные	бурые	каменные	всех углей
Li	55	20,0 ± 7,0	25,0 ± 8,0	80 ± 15	150 ± 90	115	2
Sc	11	2,0 ± 0,4	3,0 ± 0,2	15 ± 2	20 ± 2	17	1,5
Y	28	7,0 ± 1,0	6,0 ± 1,0	37 ± 6	47 ± 10	42	-1,5
Yb	2,7	0,9 ± 0,2	0,8 ± 0,2	5 ± 3	7 ± 1	6	2,2
Ga	17	7,0 ± 1,0	7,0 ± 1,0	36 ± 4	51 ± 5	43	2,5
Ge	1,4	1,5 ± 0,3	2,9 ± 0,3	9 ± 3,7	20 ± 4	14	10

*)КК – зольный кларк всех углей/ кларк осадочных пород.

Здесь отчетливо выражена преимущественная связь с органическими компонентами у германия, вольфрама, галлия, тогда как скандий, иттрий и лантан тяготеют к минеральным компонентам.

Из данных табл. 1 видно, что концентрирование для некоторых редких элементов в золах достигает 2-10-кратного по отношению к осадочным породам, а содержание их в золах выше, чем в рудах цветных металлов. Обогащение углей германием, скандием, иттрием и рядом других элементов – явление глобальное. Оно отмечено в угольных бассейнах как России, Казахстана, так и Англии, Германии, Канады, Японии, Польши, Чили и других стран.

Но имеет место и аномальное содержание редких металлов в некоторых угольных пластах. Так, например, в Польше (Верхняя Силезия) содержание германия достигает 22 г/т, гораздо выше оно в Венгрии (месторождение Боршол) – 650 г/т.

Основные направления комплексного использования минеральной части углей следующие:

• •    производство концентратов редких металлов – германия, галлия, скандия, иттрия, рения;

• •    производство сплавов типа ферросилиция, силумина, ферроалюмосилиция и др.;

• •    производство глинозема, сульфата или хлорида алюминия;

• •    производство строительных материалов (цемент, кирпич, каменное литье, пенозол и др.);

• •    известкование кислых почв, заменяя известняк или доломит.

Различные химико-технологические аспекты использования золошлаковых отходов для производства строительных материалов, ферросплавов рассмотрены в работах [2, 3]. Ниже мы остановимся на проблеме извлечения скандия.

Скандий – типичный рассеянный литофильный элемент, содержание скандия в земной коре 6^.10^-4 % (по массе). В незначительных количествах (менее 0,5 %) скандий содержится во многих минералах (вольфрамитах, касситеритах, урановых рудах, бокситах и др.). Из собственных минералов скандия известны тортвейтит Sc₂Si₂О₇, содержащий 30–40 % Sc₂O₃, и стереттит Sc(PО 4 )^.2Н 2 О.

Основной формой нахождения скандия в породах является рассеяние в породообразующих минералах. Значительно большим распространением пользуются скандиеносные мине-– 523 – ралы, в которых скандий содержится в виде изоморфной примеси. Обычно содержание Sc2O3 в этих минералах от 0,0005 до 0,3 % (редко больше).

В образованиях скандий присутствует в виде примеси во многих фосфатах, образует собственный минерал кольбекит ScPO 4' 2H₂O, а также накапливается в фосфатных костных остатках [2]. Скандий характеризуется хорошими сорбционными свойствами. Установлено, что коллоидные гидроксиды железа и некоторые глинистые минералы (каолинит, галлуазит) могут его сорбировать. По этой причине часть скандия в экзогенных условиях может мигрировать в сорбированном состоянии.

Кристаллохимическая близость скандия к Fe, а также к Y — одна из главных причин их совместного нахождения в скандиевых минералах. Для Sc³⁺ и Y³⁺ (и РЗЭ) характерен изовалент-ный изоморфизм, а для Sc³⁺ и Fe²⁺ 一 гетеровалентный.

Из перечисленных скандиевых минералов добывался только тортвейтит. Однако oбщee количество полученного тортвейтитового концентрата невелико. В Норвегии за 50 лет получено всего около 50 кг этого концентрата. Другое месторождение тортвейтита находится вблизи Бефанамо на Мадагаскаре.

Помимо собственных минералов скандия известны минералы с повышенными его содержаниями (до 6 % Sc2O3). К ним относятся: Sc-танталониобат, Sc-иксиолит, Sc-перьерит, магба-сит. Однако все они также распространены ограниченно. Только минералы, содержащие относительно небольшую примесь скандия (0,00n–0,n %), распространены достаточно широко (пироксены, слюды, ильменит и др.). Часть из них давно является объектом добычи. Скандий извлекается попутно с получением главного компонента (U, Al, Ti, Zr, Р, W, Sn, TR и др.). Ввиду низких содержаний скандия предпочтение следует отдать скандийсодержащим рудам крупных месторождений.

Скандий получают попутно при переработке ильменитовых руд. Среди них наиболее важны в практическим отношении две основных группы: 1) руды россыпей и кор выветривания; 2) руды коренных месторождений. Как правило, ильменитовый концентрат содержит от 0,005 до 0,01 % скандия. Именно такой уровень его содержания в концентрате следует считать оптимальным для производства скандиевой продукции из титанового сырья. Обычно такой уровень скандиеносности ильменита характерен для эндогенных месторождений в габброидах и экзогенных месторождений, образовавшихся за счет разрушения последних.

Бокситы, фосфориты и урановые руды могут использоваться в качестве скандийсодержащего сырья, если концентрация скандия в них 0,005-0,01 % (редко больше). Цирконовый концентрат должен содержать около 0,03–0,1 % скандия. Однако конкретные месторождения Ti, Al, Zr, U, P и других элементов по скандиеносности имеют специфические особенности. Все это не позволяет дать единые кондиции на скандийсодержащее сырье. Так как скандиенос-ность может заметно отличаться для руд разных месторождений, кондиции разрабатываются для каждого из них отдельно [3].

Известные методы извлечения скандия из зол бурого угля, например, спеканием со щелочью или содой с последующим выщелачиванием, дают невысокий процент извлечения скандия (не более 50 %). В случае прямого солянокислого вскрытия может быть достигнуто 75-85 %-ное извлечение скандия, но возникают проблемы с коррозией оборудования и необходимостью – 524 – очистки скандийсодержащих растворов от большого количества примесных элементов (железа, алюминия, кремнезема и др.).

Цель данной работы – исследование возможности извлечения скандия из золы методом сорбционного выщелачивания.

Экспериментальная часть

Для исследования использовали золу, полученную при температуре сжигания угля Ирша-Бородинского разреза 750-800 °С; выше этой температуры начинаются процессы остекловывания золы и она теряет свою реакционную способность. Химический состав золы представлен в табл. 2.

Анализ водной вытяжки золы при отношении ж : т =100 показал отсутствие в ней щелочных компонентов (рН равен приблизительно 5) и низкий процент водорастворимых форм (концентрация сульфатов и частично хлоридов металлов не более 10-3- 10-4 моль/л).

Предварительно провели опыты по сорбционному выщелачиванию золы по методике, описанной в литературе [1], в мягких условиях (комнатная температура и исходное значение рН жидкой фазы рН° = 4) и в более жестком режиме (температура 60 °С, начальная величина рН°=2,5). Исследование кинетики процесса сорбционного выщелачивания золы в течение недели (результаты, полученные при жестком режиме выщелачивания, даны в табл. 3) показало, что основная доля сорбционнорастворимых металлов (95 %) переходит в фазу ионита за 30-60 мин. Поэтому в дальнейших опытах процесс выщелачивания осуществляли в течение часа.

Проведенные эксперименты показали, что ужесточение условий процесса способствует более полному извлечению не только скандия и кальция, но и других металлов, которые являются нежелательными примесями, в частности железа.

Как видно из результатов, приведенных в табл. 2, основным компонентом, который переходит при выщелачивании золы в фазу ионита, являются ионы кальция (остаточная массовая доля кальция в золе не превышает 0,5 % при исходной 5,2 %), поэтому исследовали возможность извлечения кальция из ионита с одновременным образованием товарного продукта – сульфата кальция. При этом контролировали распределение скандия между фазами. В качестве элюента использовали серную кислоту различной концентрации и растворы сульфата натрия с варьируемым содержанием серной кислоты. Полученные результаты приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 2. Содержание металла в твердых фазах, %

Твердая фаза	Металл
	Са	Fe	Al	Mg	К	Sr	Sc
Зола исходная	>5,2	2,2	4,9	>0,8	1,0	0,5	0,0026
Зола после выщелачивания при t = 20 °C, рH = 4,0, рHисх = 4,5	3	8	2	0,5	-	0,1	0,0020
Зола после выщелачивания при t=60 °C, рH = 2,5, рHисх = 2,0	0,5	5	-	0,2	0,1	-	0,0010

Таблица 3. Зависимость молярной доли металла, извлеченного из золы, от времени процесса (рН°= 2,5, t = 60 °С)

Время	Молярная доля металла, %			Молярное отношение
	Са	Sc	Fe	Sc/Ca	Sc/Fe
15 мин	66	40	27	-
30 мин	84	48	31	5.10-4	1,2.10-4
1 час	88	49	31	-	-
3 час	90	55	32	-	-
7 сут	90	55	33	2,510-4	2.510-3

Таблица 4. Зависимость степени регенерации катионита, содержащего ионы скандия (0,025 ммоль/г) и кальция (2 ммоль/г), от концентрации элюента при ж : т = 5:1

№ опыта	Концентрация H 2 SО 4 , моль/л	Степень извлечения, %
		скандия	кальция
1	0,1	1	3
2	0,3	10	5
3	0,5	38	7
4	0,6	44	11
5	0,8	70	17

Для исследования возможности накопления скандия на ионите при многократном его использовании применяли образцы катионита, переведенные в разной степени в скандий – форму (от 0,4 до 10 % ПОЕ) сорбцией скандия из раствора его сульфата различной концентрации. Результаты, полученные для 2 %-го заполнения ионита, приведены в табл. 6.

С целью выявления компонента золы, который обеспечивает ее сорбционные свойства по отношению к ионам скандия, определяли емкость реактивных образцов А1 2 О 3 , Fe 3 О 4 и CaSО 4 , полученного при регенерации ионита. Для этого твердые фазы приводили в контакт с 10 мл раствора сульфата скандия (С = 8 10^-4 М) в течение 3 ч. Исследовали также сорбционную способность исходной золы и золы, обработанной 6 М соляной кислотой до прекращения растворения металлсодержащих компонентов. Остаток после кислотной обработки содержал в основном несгоревшие частицы угля и кремнезем. Полученные данные по сорбции скандия представлены в табл. 7.

Обсуждение результатов

Из анализа результатов табл. 2 видно, что характер изменения рН жидкой фазы в ходе сорбционного выщелачивания золы зависит от его исходного значения. Так, если при рН = 4 кислотность среды в ходе выщелачивания несколько снизилась, что можно объяснить нейтрализующим действием золы, то во втором опыте произошло подкисление жидкой фазы (рН=2). Очевидно, причина этого – сорбционное растворение сульфата кальция, приводящее к увеличению концентрации ионов водорода, вытесняемых из ионита в раствор.

Таблица 5. Зависимость степени регенерации Са-формы катионита от состава элюента при ж : т = 5:1

№ опыта	Состав элюента		рН начальная	рН конечная	Степень извлечения кальция, %
	Концентрация H 2 SO 4 , моль/л	Концентрация Na 2 SO 4 , моль/л
1	0	1	5,0	2,0	74
2	0,01	0,99	2,5	1,7	76
3	0,10	0,90	1,7	1,5	98
4	0,02	0,18	2,2	1,7	38

Таблица 6. Распределение скандия между фазами при использовании катионита, содержащего скандий (2 % ПОЕ)

№ опыта	Время выщелачивания, ч	Массовая доля скандия, %
		в золе	в ионите	в растворе
1	0,25	70	3,3	26,7
2	1	74	4,2	21,8
3	3	82	4,7	13,3
4	3*	90	3,9	6,1

* Жидкая фаза разбавлена водой в 4 раза после 1 ч выщелачивания.

Таблица 7. Сорбционная емкость материалов по ионам скандия

№ опыта	Материал	Емкость по скандию, ммоль/г .10-4
1	Fe 2 О 3	0,5
2	Аl 2 О 3	0
3	CaSO 4	1,0
4	зола	80,0
5	Зола после обработки кислотой	0,1
6	КУ-2-8	80,0

Исследование скорости сорбционного растворения компонентов золы (см. табл. 3) показывает, что наиболее быстро выщелачивается кальций, а наименьшую скорость растворения имеет железосодержащий компонент золы. Поэтому при увеличении времени процесса отношение Sc/Ca в ионите снижается, a Sc/Fe – растет.

Отметим, что снижение рН среды в результате повышения скорости перемешивания способствует выходу скандия из золы, практически не влияя на выщелачивание других металлов. Следовательно, увеличение значения этого фактора будет повышать селективность извлечения скандия.

Повышение температуры процесса в исследованном интервале не сказывается на степени выщелачивания скандия. Это можно объяснить нивелирующим влиянием падения кислот-– 527 – ности вследствие летучести азотной кислоты. Очевидно, в результате этого при повышении температуры значительно снижается извлечение других исследованных металлов. Кроме того, как известно, с ростом температуры уменьшается растворимость сульфата кальция и повышается степень гидролиза ионов железа и алюминия, что также может понижать степень выщелачивания этих металлов. Некоторой активации железосодержащего продукта способствует увеличение времени предварительного выдерживания золы с жидкой фазой, поэтому следует исключить эту стадию.

Полученные результаты показали, что сорбционное выщелачивание помогает отделению скандия от мешающих ионов, в частности железа. Так, в лучшем опыте плана молярное отношение Fe/Sc с 2000 в золе снижается до 14 в ионите, а степень извлечения скандия достигает 65 %. Проведение второй стадии выщелачивания золы в более жестких условиях повышает степень извлечения скандия до 85 %, таким образом, остаточная массовая доля скандия в золе составляет 5 - 10^-4 %. Возможно, этот результат можно улучшить, заменив азотную кислоту на серную. Опыты продемонстрировали, что при использовании серной кислоты степень извлечения скандия несколько выше.

Отметим, что во всех опытах плана суммарная концентрация солей в контактном растворе не превышала сантимолярную, что обеспечивает низкий обратный градиент ионов, извлекаемых из твердой фазы, и способствует более полному их извлечению.

Анализ результатов, полученных при регенерации Ca-Sc-формы ионита серной кислотой (см. табл. 4), показал, что увеличение концентрации кислоты в большей степени влияет на полноту выщелачивания скандия, чем кальция. Экспериментально установлено, что для полного извлечения кальция из ионита нужна примерно одномолярная концентрация раствора по сульфат-ионам и сравнительно небольшая кислотность элюента. Поэтому максимальное 98 %-ное извлечение кальция за одну стадию регенерации достигается при использовании раствора 0,9 М по сульфату натрия и 0,1 М по серной кислоте.

Однако при этом 30 % ионов скандия выходят из ионита и обнаруживаются как в жидкой фазе (в концентрации 2,710-6 моль/л), так и в твердой фазе сульфата кальция в количестве 0,0008 – 0,001 % (мас).

Установлено, что накопить достаточное количество скандия в ионите, используя его повторно при выщелачивании золы после десорбции ионов кальция и натрия, не удается. Так, использование катионита, переведенного в Sc-форму на 2 % ПОЕ, вместо сорбента в Н-форме резко увеличивает содержание скандия в жидкой фазе (с 2,7 10-7 до 5,6 10-6 моль/л) и, как следствие, содержание скандия в золе повышается по сравнению с исходным на порядок (до 0,02 %).

Результаты выщелачивания золы ионитом, переведенным в Sc-форму всего на 0,07 % ПОЕ (см. табл. 6), показали, что при этом приблизительно 50 % скандия выходят из ионита, а содержание скандия в золе возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с исходным, хотя степень извлечения других металлов (Са, Fe, А1 и Mg) остается примерно той же, что и при использовании Н-формы ионита. Лишь при переведении ионита в Sc-форму на 0,04 % ПОЕ не происходит выхода скандия из ионита в ходе сорбционного выщелачивания золы. Полученные результаты, очевидно, являются следствием низкой селективности сульфокатионита КУ-2 к ионам скандия.

Попытки снизить сорбционные свойства золы по отношению к ионам скандия увеличением температуры ее сжигания до 1200 °С оказались неэффективными, так как при этом происходит ее спекание, что резко снижает активность золы при сорбционном выщелачивании. Термографическое исследование угля показало, что при температуре выше 830 °С заканчивается экзоэффект, соответствующий сгоранию угля, и начинается эндоэффект, сопровождающийся изменением массы, который можно отнести к процессам остекловывания компонентов золы, в частности кремнезема. В литературе [2] есть указания на то, что при температуре сжигания угля больше 800 °С образующаяся зола представляет собой в основном стеклообразный материал, кристаллооптическая идентификация которого затруднена.

Опыты по выявлению компонента золы, обеспечивающего ее сорбционные свойства, показали, что максимальную емкость из модельных образцов имеет CaSО4 (0,001 ммоль/г), что на два порядка меньше, чем емкость исходной золы. Возможно, степень окристаллизованности, а значит, и активности этих компонентов в золе отличаются от исследованных нами модельных образцов. Судя по литературным данным, фазой, проявляющей сорбционные свойства по отношению к скандию, может быть Fe-содержащий материал. Так, известно [3], что в продукте, отделенном от остальной массы золы магнитной сепарацией, содержание скандия гораздо выше.

Выводы

В результате проведенного исследования установили, что степень сорбционного извлечения скандия из золы углей Бородинского месторождения с помощью катионита КУ-2-8 в оптимальных условиях достигает 85 %. При этом в фазу ионита переходит практически весь кальций, но лишь часть железа, т.е. отношение Fe/Sc, равное 2000 в золе, снижается до 15 в фазе ионита.

Определены оптимальные условия десорбции кальция из ионита, при которых 98 % кальция переводится в сульфат кальция и 70 % скандия остается в ионите. Показано, что накопление скандия на ионите в количестве больше 0,04 % ПОЕ при выщелачивании золы не происходит за счет высокой сорбирующей способности золы по отношению к ионам скандия и низкой селективности к ним катионита КУ-2-8.