способ переработки скандийсодержащего алюмосиликатного сырья

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СКАНДИЙСОДЕРЖАЩЕГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО СЫРЬЯ, включающий смешивание сырья с карбонатом натрия, определение в полученной шихте отношения по массе Al₂O₃/SiO₂, спекание шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором и отделение шлама от раствора, отличающийся тем, что при отношении в шихте Al₂O₃/SiO₂ < 1.5 спекание ведут при 950 1050^oС, а при выщелачивании используют раствор с концентрацией Nа₂О_кауст 180 230 г/л и отношением Ж Т 20 25 1, при отношении Al₂O₃/SiO₂ 1,5 2,5 при спекании температуру поддерживают 1000 1150^oС, а при выщелачивании используют раствор с концентрацией Na₂O_кауст. 150 200 г/л и отношением Ж Т 10 20 1, при отношении Al₂O₃/SiO₂> 2,5 при спекании поддерживают температуру 1100 1250^oС, а при выщелачивании используют раствор с концентрацией Na₂O_кауст. 120 160 г/л и отношением Ж Т 5 15 1, при этом продолжительность выщелачивания спека устанавливают 1 6 ч, температуру 40 - 50^oС, раствор после отделения от шлама разбавляют до концентрации Na₂O_кауст. 120 180 г/л, нагревают до 80 100^oС в течение 10 60 мин и выдерживают в течение 10 30 мин с последующим отделением от выпавшего в осадок цеолита, а шлам после выщелачивания спека направляют на кислотное выщелачивание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении скандия и цеолита.

Известен способ переработки скандийсодержащего алюмосиликатного сырья, включающий его агломерацию, восстановительную электроплавку с получением чугуна и алюмокальциевого шлака и сернокислотное вскрытие шлака с переводом скандия в раствор.

Однако способ характеризуется большими энергетическими затратами и повышенным расходом кислоты на разложение шлака.

Известен также способ переработки скандийсодержащего алюмосиликатного сырья, включающий смешивание сырья с карбонатами натрия и калия, спекание полученной шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором при Ж:T= 15:1, отделение шлама от полученного раствора и кислотное разложение шлама.

Однако способ не пригоден для переработки сырья с отношением по массе менее 1,5. Отношение Ж:T=15:1 является недостаточным и ведет к получению высокого выхода шлама и к повышению расхода кислоты на его разложение. Присутствие калия не позволяет получить цеолит, пригодный для получения синтетических моющих средств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки скандийсодержащего алюмосиликатного сырья, включающий смешивание сырья с карбонатом натрия, определение в шихте отношения по массе , спекание шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором и отделение шлама от раствора.

Однако способ не обеспечивает достаточно глубокого извлечения глинозема и кремнезема в раствор, в результате образуется значительное количество шлама с невысоким содержанием скандия. Для извлечения скандия из шлама потребуется повышенный расход реагентов. Невысокое содержание кремнезема в растворе не дает возможности выделения из него синтетического цеолита, пригодного для производства синтетических моющих средств.

Цель изобретения повышение комплексности использования сырья.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки скандийсодержащего алюмосиликатного сырья, включающем смешивание сырья с карбонатом натрия, определение в шихте отношения по массе , спекание полученной шихты, выщелачивание спека щелочно-алюминатным раствором и отделение шлама от раствора при отношении в шихте менее 1,5 спекание ведут при температуре 950-1050^оС, спек выщелачивают раствором с концентрацией Na₂О_кауст 180-230 г/л при отношении Ж:T=(20-25):1, где Ж объем раствора, л, Т масса спека, кг; при отношении в пределах 1,5-2,5 спекание ведут при 1000-1150^оС, спек выщелачивают раствором с концентрацией 150-200 г/л Na₂O_кауст при Ж:T= (10-20): 1, при отношении более 2,5 спекание ведут при 1100-1250^оС, спек выщелачивают раствором с концентрацией 120-160 г/л Na₂O_кауст при Ж:T= (5-15):1; при этом выщелачивание спека ведут в течение 1-6 ч при температуре 40-50^оС, раствор, полученный после отделения от шлама, разбавляют до концентрации Na₂O_кауст 120-180 г/л, нагревают до 80-100^оС в течение 10-60 мин и выдерживают в течение 10-30 мин, после чего отделяют от выпавшего в осадок цеолита, а шлам направляют на кислотное разложение.

П р и м е р. Для переработки берут 5 проб скандийсодержащего алюмосиликатного сырья, состав которых приведен в табл. 1. Пробы смешивают с карбонатом натрия до получения в шихте молярных отношений 1,05 и спекают при температурах в интервале 930-1300^оС. Полученные спеки измельчают до крупности менее 0,25 мм и выщелачивают при 35-55^оС щелочно-алюминатными растворами с каустическим модулем 2,8 в течение 0,5-7 ч. Выщелачивание ведут растворами с содержанием Na₂O_к в пределах 115-235 г/л при отношениях Ж:T (отношение объема раствора в литрах к массе спека в кг) от 3:1 до 27:1. После выщелачивания шлам отделяют от раствора на фильтре, промывают водой, подсушивают до влажности 45% и смешивают с серной кислотой с концентрацией 96% которую добавляют по стехиометрии из условия разложения всех имеющихся в шламе оксидов. Смесь самопроизвольно разогревается за счет теплоты реакций, а затем остывает с образованием сульфатной массы, которую выщелачивают водой при 90^оС и Ж:T=7:1 в течение 1 ч. Раствор, содержащий скандий и иттрий, отделяют от кека и направляют на дальнейшую переработку с целью извлечения указанных металлов.

Влияние температуры спекания и условий выщелачивания спека в зависимости от отношения по массе в сырье на содержание скандия в шламе от выщелачивания спека и расход серной кислоты иллюстрируется данными табл.2, из которых следует, что при переработке шихты с отношением по массе менее 1,5 оптимальная температура спекания в оптимальном интервале значений всех остальных параметров находится в пределах 950-1050^оС (опыты 2-4), при отношении в пределах 1,5-2,5 она составляет 1000-1150^оС (опыты 15-17), а при отношении более 2,5 1100-1250^оС (опыты 28-30). Уменьшение температур спекания ниже заявленных пределов (опыты 1, 14 и 27) ведет к незавершенности реакций образования алюминатов и силикатов натрия, неполному выщелачиванию спека и вследствие этого повышенному выходу шлама и расходу серной кислоты на его разложение. Выход за верхний температурный предел (опыты 5, 17 и 31) ведет к расплавлению шихты и невозможности проведения спекания.

Из данных табл.2 также следует, что при отношении в шихте по массе менее 1,5 отношение Ж:T при оптимальных значениях остальных параметров должно составлять (20-25):1, а концентрация Na₂O_кауст 180-230 г/л (опыты 2-4), при отношении в пределах 1,5-2,5 отношение Ж: T и концентрация Na₂O_кауст должны быть соответственно (10-20):1 и 150-200 г/л (опыты 15-17), а при отношении более 2,5 (5-15):1 и 120-160 г/л (опыты 28-30). Увеличение отношения Ж: T выше заявленных пределов (опыты 10, 23 и 37) не дает дополнительного эффекта, но удорожает процесс за счет увеличения объемов растворов и бакового оборудования, а выход за нижние пределы (опыты 11, 24 и 36) не обеспечивает получения стойких растворов, что ведет к выпадению кремнезема в осадок в виде гидроалюмосиликата натрия, повышению выхода шлама и расхода кислоты на его разложение. К этому же эффекту ведет уменьшение концентраций Na₂O_кауст ниже заявленных пределов (опыты 12, 25 и 38), а увеличение концентраций Na₂O_кауст выше указанных значений (опыты 13, 26 и 39) ведет к повышению вязкости растворов, ухудшению кинетики выщелачивания спеков, повышению выхода шлама и расхода кислоты на его разложение.

Оптимальная продолжительность выщелачивания при прочих оптимальных параметрах составляет 1-6 ч (опыты 2, 3, 4, 15, 16, 17, 28, 29 и 30). Выход за нижний предел (опыты 6, 19 и 32) не обеспечивает полноты выщелачивания спека, что ведет к увеличению выхода шлама и расхода кислоты на его вскрытие, а увеличение продолжительности выщелачивания (опыты 7, 20 и 33) не дает дополнительного эффекта, но ведет к дополнительным энергетическим и капитальным затратам.

Оптимальная температура выщелачивания при прочих оптимальных параметрах составляет 0-50^оС (2, 3, 4, 15, 16, 17, 28, 29 и 30). Температура ниже 40^оС (опыты 9, 22 и 35) не обеспечивает полноты вскрытия спека, а при температуре свыше 50^оС (опыты 8, 21 и 34) выпадает в осадок гидроалюмосиликат натрия. И в том и в другом случае увеличивается выход шлама, что ведет к увеличению расхода кислоты на его разложение.

При переработке данного сырья по прототипу (опыты 42-48, табл. 2) шихта плавится (опыты 42 и 44), что делает невозможным дальнейшую переработку, либо наблюдается значительное увеличение выхода шлама, что приводит к снижению содержания скандия в шламе и к увеличению расхода серной кислоты на разложение шлама, а из растворов после выщелачивания выделить синтетический цеолит, пригодный для производства синтетических моющих средств, не удалось.

Раствор после выщелачивания спека, полученный при проведении опыта 16 (табл. 2), содержащий, г/л: Al₂O₃ 128,7; Na₂O_кауст 208,5; SiO₂ 11,7; TiO₂ 0,005; Fe₂O₃ 0,003, направляют на получение синтетического цеолита. Раствор разбавляют водой до концентрации 115-185 г/л Na₂O_к и нагревают при перемешивании в течение 8-65 мин до 75-105^оС. После достижения заданной температуры раствор выдерживают при перемешивании 8-35 мин. Затем выпавший осадок отделяют от раствора на фильтре, промывают горячей (100^оС) водой и высушивают при 110^оС.

Качество полученного осадка оценивают путем сравнения с эталонным образцом марки "Вессалит-Р", который является одним из компонентов синтетических моющих средств (СМС).

Влияние условий получения цеолита на его выход и качество иллюстрируется данными табл. 3, из которых следует, что оптимальная концентрация раствора составляет 120-180 г/л Na₂O_кауст. Уменьшение концентрации при прочих оптимальных параметров (опыт 8) ведет к быстрому неупорядоченному росту кристаллов и образованию гидроалюмосиликата натрия типа содалит с низкими сорбирующими свойствами, что делает его непригодным для производства СМС. Увеличение концентрации Na₂O_кауст выше 180 г/л (опыт 9) незначительно влияет на качество цеолита, но резко снижает его выход. К этому же ведет уменьшение времени выдержки раствора (опыт 10), а увеличение времени выдержки приводит к образованию смеси Na цеолита А и содалита повышенной крупности с низкими сорбирующими свойствами (опыт 11). Уменьшение времени нагрева ниже 10 мин (опыт 6) снижает сорбирующую способность осадка за счет плохой его окристаллизованности, а увеличение выше 60 мин (опыт 7) ведет к образованию содалита повышенной крупности с низкими сорбирующими свойствами. Выход за нижний температурный предел 80^оС (опыт 5) ведет к снижению выхода осадка, увеличению его крупности и снижению сорбирующих свойств, а увеличение температуры выше 100^оС (опыт 4) приводит к получению осадка со структурой содалита повышенной крупности с низкими сорбирующими свойствами. Оптимальными условиями получения цеолита являются: концентрация Na₂O_кауст 120-180 г/л; температура 80-100^оС; время нагрева 10-60 мин; выдержка 10-30 мин. При этом получается либо рентгеноаморфная фаза, либо Naцеолит А с содержанием класса +40 мкм не более 0-3% и связующей способностью 114-125 мг Са²⁺ на 1 г осадка. Указанные продукты пригодны для применения в производстве СМС.

Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет повысить комплексность его использования за счет попутного получения синтетического цеолита, пригодного для производства синтетических моющих средств и получить обогащенный продукт, шлам от выщелачивания спека, пригодный для эффективного извлечения скандия.