В настоящее время проблема истощения запасов высококачественных бокситов и эффективной рентабельной переработки низкокачественного сырья или отходов производства становится крайне актуальной, а создание экологически чистых процессов было признано новым важным направлением в развитии технологий. Такой подход не только направлен на повышение эффективности использования ресурсов, но также уделяет больше внимания сокращению выбросов загрязняющих веществ.
Технологии, доступные в настоящее время для обработки бокситов повсеместно используемыми способами Байера и спекания не решают проблемы ресурсоэффективности и воздействия на окружающую среду в результате переработки низкокачественного сырья с высоким содержанием кремнезема. Кремний при щелочном селективном выщелачивании Al переходит в раствор, взаимодействует с алюминатными ионами (Al(OH)4-) и образуется ГАСН, что существенно увеличивает потребление каустической щелочи и выход нерастворимого остатка – красного шлама.
Красные шламы образуются в количестве 120 млн тонн ежегодно и содержат потенциально токсичные элементы (ПТЭ, а именно As, Ba, Ni, Zn, Cu, Zr, Pb, Cr, V, Hg и тд.), избыточную щелочь и РЗЭ (редкоземельные элементы).
Проблему накопления сложного по составу токсичного сырья ухудшает отсутствие эффективных технологических решений по селективному извлечению оставшихся в отходах ценных элементов и получению их первичного концентрата, что делает существующие технологии нерентабельными.
Целью настоящего проекта является исследование новых способов выщелачивания отходов глиноземного производства, селективного извлечения из них складируемых сейчас в отвалах РЗМ в товарный продукт и изучение закономерностей и механизмов протекающих при этом процессов и физико-химических характеристик получаемых продуктов и растворов.
Научная новизна проекта будет заключаться в изучении механизма процессов слабокислого выщелачивания существующих промышленных красных шламов, твердого остатка от переработки бокситов по новому способу спекания и пыли электрофильтров, отличающейся повышенным содержанием РЗЭ и образуемой в печах спекания бокситов, с целью последующего селективного извлечения редкоземельных металлов новыми эффективными методами, установления наиболее значимых факторов, влияющих на данный процесс (концентрация раствора по кислоте, железу и примесям, температурные режимы и др.), поиска способов устранения вероятных диффузионных затруднений, вызванных образованием пленок титана и/или продуктов обескремнивания на поверхности реагирующих частиц; выведением полуэмпирических уравнений кинетики и термодинамики исследуемых новых процессов взаимодействия различных компонентов сырья с выщелачивающими реагентами, а также процесса извлечения РЗЭ из раствора с применением новых видов ионообменных смол, отличащихся высокой селективностью.
Ожидаемые результаты
При реализации проекта будут получены следующие основные результаты:
1. Изучены химический, фазовый, микроструктурный и гранулометрического состав исходного сырья с применением современных физико-химических методов анализа.
2. Выявлены термодинамические и кинетические закономерности, а также механизмы процессов, протекающих при выщелачивании различных видов отходов глиноземной промышленности с целью извлечения РЗЭ в продуктивный раствор.
3. С использованием рентгенофазового анализа, мессбауэровской спектроскопии, электронной сканирующей и просвечивающей микроскопии с приставками для энергодисперсионного анализа, масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой с лазерной абляцией пробы будут определены наличие пленок на поверхности реагирующих частиц, фазовый состав, распределение различных соединений, их морфологию и размер частиц исходных компонентов и продуктов изучаемых взаимодействий.
4. Получены новые данные о влиянии фазовых превращений железа, протекающих в ходе спекания на форму нахождения РЗЭ в красном шламе и их распределение по поверхности различных фаз.
5 Изучены кинетические и термодинамические особенности сорбции из продуктивных растворов РЗЭ с использованием относительно нового видов ионообменных смол Purolite S958.
Полученные результаты позволят глубже понять природу нахождения РЗЭ в красном шламе, с какими фазами они связаны и как видут себя в процессе переработки бокситов, а также как различные методы переработки бокситов влияют на последующее выделение из красного шлама РЗЭ в концентрат. В конечном итоге полученные данные могут быть положены в основу разработки новых высокоэффективных технологий извлечения ценных компонентов из красного шлама, не требующих его полного растворения в кислоте.
