СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СКАНДИЯ ИЗ КРЕМНИЙСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C01F17/00 B09B3/00 

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, преимущественно скандия, и может быть использовано для извлечения редких металлов из отвалов обогащения руд черных и цветных металлов, шлаков выплавки чугуна, зольных остатков бурого угля и других смешанных кремнийсодержащих материалов.

В отвалы до настоящего времени складируется минеральное сырье со значительным содержанием цветных, редких и благородных металлов. Концентрация наиболее ценных компонентов весьма невысока, а извлечение их из сложных химических и минеральных смесей представляет собой длительный и трудоемкий многостадийный процесс. Как правило, он включает в себя предварительное тонкое измельчение исходного отвального сырья и вскрытие его при температуре 200^oC и выше одной или несколькими концентрированными минеральными кислотами: соляной, серной, возможно с добавлением фосфорной или плавиковой кислот (Химия и технология редких и рассеянных элементов. /Под ред. К. А. Большакова. Т 11, М. Высшая школа, 1969, с. 259-264).

Известен способ переработки шлаков производства чугуна, химический состав которых представлен оксидами кальция, алюминия, марганца, железа и кремния и содержащих до 0,06% оксида скандия. Шлаки вскрывают 98%-ной серной кислотой при 220^oC (Т:Ж=1:1) (Коршунов Б.Г. и др. Скандий. М. Металлургия, 1987, с. 150).

Известен способ переработки отходов производства глинозема, представляющий собой смесь оксидов кремния 16% алюминия 14% кальция 33% а также железа, титана, магния и около 0,01% скандия (авт. свид. СССР N 191503, C 01 F 17/00, 1967). Материал перерабатывают комплексно, извлекая из него последовательно ряд ценных компонентов. Скандий извлекают в первую очередь после измельчения исходного материала в шаровой мельнице, вскрытия его концентрированной серной кислотой (d= 1,87 г/см³) при 220^oC в весовом соотношении Т:Ж около 1:1,5 в течении 4 ч. Выход скандия в раствор составляет около 95% а в конечный продукт (Sc₂O₃) не более 80%
Недостатком известных способов является необходимость использования концентрированных кислот, ведение процесса при высоких температурах и недостаточная полнота извлечения скандия. Кроме того, в результате переработки обьем отвалов практически не уменьшается, так как основную их массу составляет неиспользуемая смесь оксидов кремния, кальция, алюминия и железа. Например, в отходах магнитной сепарации железорудного сырья содержание, SiО₂ достигает 50; Fe₂O₃ 12; CaO 20; MgO 15, а в золе бурых углей содержится, SiO₂ до 67; Fe₂O₃ 12; Al₂O₃ 19; CaO, MgO 2. Возможному использованию диоксида кремния в качестве сырья для производства цемента препятствует низкое содержание активного SiO₂ (менее 60%), остающегося в отвалах после извлечения скандия.

Изобретение позволяет повысить степень извлечения скандия из отвального сырья при использовании менее концентрированных кислот и проведении процесса при температурах порядка 85-110^oC. При этом также происходит отделение оксидов железа и других сопутствующих примесей от оксида кремния, что позволяет использовать последний (при содержании активного SiO₂ более 65%) в качестве исходного сырья в производстве строительных материалов.

Способ извлечения скандия из кремнийсодержащих материалов, преимущественно из отходов обогащения титаномагнетитов, включает измельчение и разложение исходного материала серной кислотой с концентрацией 150-500- г/л при 85-110^oC с последующим разделением фаз и получением фильтрата, содержащего скандий, и твердого осадка. Измельчение проводят до получения частиц со средним размером 1-10 мкм, а последующее разложение проводят при постоянном перемешивании.

Наилучшие результаты по извлечению скандия достигаются, если исходный материал сразу после измельчения переносят в реактор с предварительно нагретым раствором серной кислоты. Разложение преимущественно проводят при соотношении твердой фазы к жидкой от 1:4 до 1:7 в течение 1-6 ч. Для снижения потерь скандия осадок после фильтрации промывают водой или разбавленным раствором HCl при соотношении твердой фазы к жидкой от 1:3 до 1:5 и температуре 20-50^oC.

Пример 1. Отходы мокрой сепарации титаномагнетитов с крупностью частиц 0,07-0,15 мм, содержащие, SiO₂ 44,6; Fe₂O₃ 7,8; Al₂O₃ 2,2; CaO 19,4; MgO 13,4; TiO₂ 1,6; Sc₂O₃ 0,02 измельчили в шаровой мельнице до среднего размера частиц 3-6 мкм. Полученный материал перегрузили в реактор с серной кислотой концентрацией 320 г/л, предварительно нагретой до 95^oC. Соотношение твердой и жидкой фаз (Т: Ж) составило 1:5,3. Разложение проводили при постоянном перемешивании в течении 4,5 ч. Температуру во время процесса поддерживали в пределах 90-95^oC. По окончании разложения фазы разделили фильтрованием, осадок промыли пятикратным объемом воды при 45^oC и определили содержание компонентов в обеих фазах. В раствор перешло 99,4% исходного скандия. Твердая фаза содержала 72,4% активного SiO₂.

Пример 2. Отходы сухой магнитной сепарации титаномагнетитов с крупностью частиц 0,07-0,15 мм, содержащие, SiO₂ 49,9; Fe₂O₃ 7,9; Al₂O₃ 4,1; CaO 15,8; MgO 8,7; TiO₂ 1,0; Sc₂O₃ 0,014 измельчили до среднего размера частиц 2-6 мкм. Измельченный материал перегрузили в реактор с серной кислотой концентрацией 250 г/л, нагретой до 105^oC. Соотношение твердой и жидкой фаз (Т: Ж) составило 1:6,3. Разложение проводили при постоянном перемешивании в течение 2,5 ч. Температуру во время процесса поддерживали в пределах 100-105^oC. По окончанию разложения фазы разделили фильтрованием, осадок промыли четырехкратным объемом 3% раствора HCl при 35^oC. В раствор перешло 98,9% исходного скандия. Твердая фаза содержала 80,3% активного SiO₂.

Пример 3. Золу бурых углей, содержащую, SiO₂ 64; Fe₂O₃ 12,1; Al₂O₃ 18,6; CaO 1; MgO 1,2; TiO₂ 0,9; Sc₂O₃ 0,012 измельчили до среднего размера частиц 5-8 мкм. Измельченный материал перегрузили в реактор с серной кислотой концентрацией 440 г/л, нагретой до 90^oC. Соотношение твердой и жидкой фаз (Т: Ж) составило 1:4,5. Разложение проводили при постоянном перемешивании в течение 3 ч. Температура во время процесса находилась в пределах 88-93^oC. По окончании разложения фазы разделили фильтрованием, осадок промыли четырехкратным объемом 1% раствора HCl при 40^oC. В раствор перешло 99,1% исходного скандия.

Использование: гидрометаллургия редких металлов, в частности для извлечения скандия из отвалов обогащенных руд черных и цветных металлов, шлаков выплавки чугуна, зольных остатков бурого угля и других смешанных кремнийсодержащих материалов. Сущность способа: проводят измельчение и разложение исходного материала серной кислотой с концентрацией 150-500 г/л при 85-110^o с последующим разделением фаз и получением фильтрата, содержащего скандий, и твердого кремнийсодержащего осадка. Измельчение проводят до получения частиц со средним размером 1-10 мкм. Исходный материал сразу после измельчения переносят в реактор с предварительно нагретым раствором серной кислоты. Разложение преимущественно проводят при соотношении твердой фазы к жидкой от 1: 4 до 1:7 в течение 1-6 ч. Для снижения потерь скандия осадок после фильтрации промывают водой или разбавленным раствором HCl при соотношении твердой фазы к жидкой от 1:3 до 1:5 и температуре 20-50^oC. 3 з. п. ф-лы.

1. Способ извлечения скандия из кремнийсодержащих материалов, включающий измельчение и разложение материалов минеральными кислотами при нагревании и перемешивании с последующим разделением фаз и получением фильтрата, содержащего скандий, и твердого осадка, отличающийся тем, что измельчение проводят до получения частиц с размером 1 10 мкм, а последующее разложение проводят серной кислотой с концентрацией 150 500 г/л при 85 110^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельченный исходный материал переносят в предварительно нагретый раствор серной кислоты. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разложение проводят при соотношении твердой фазы к жидкой от 1 4 до 1 7 в течение 1 6 ч. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок после фильтрования промывают водой или разбавленным раствором HCl при соотношении твердой фазы к жидкой от 1 3 до 1 5 и температуре 20 50^oС.