способ извлечения скандия из пироксенитового сырья

Формула изобретения

1. Способ извлечения скандия из пироксенитового сырья, включающий вскрытие исходного сырья и выщелачивание скандия с последующим разделением твердой и жидкой фаз, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют скандийсодержащие пироксенитовые отходы обогащения руд крупностью менее 1 мм, вскрытие сырья и выщелачивание скандия проводят с использованием биокомплекса железоокисляющих ацидофильных тионовых бактерий Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, выделенных и культивированных из природных штаммов микроорганизмов, присущих используемому исходному сырью и адаптированных культурами из музейной коллекции, с численностью бактерий 10⁷ клеток/мл при Т:Ж=1:5-1:7, температуре 15-45°С, начальном Eh 650 мВ, рН 1,5-2,15, концентрации Fe³⁺ 13-17 г/л, Fe²⁺ 1,5-3 г/л, атмосферном давлении, после разделения твердой и жидкой фаз жидкую фазу направляют на получение фторида скандия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вскрытие сырья и выщелачивание скандия ведут в чановом варианте с постоянной аэрацией 0,5-1 м³/м³ или в тонком слое с периодическим рыхлением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вскрытие сырья и выщелачивание скандия ведут из пироксенитовых хвостов мокрой магнитной сепарации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидрометаллургической переработки черных, цветных, редких и благородных металлов, а именно к способам глубокой переработки промышленных отходов выщелачиванием и, в частности, к биохимическому вскрытию и выщелачиванию техногенного минерального сырья.

Известен гидрометаллургический способ извлечения скандия из хвостов обогащения руд черных и цветных металлов, шлаков выплавки чугуна, зольных остатков бурого угля и других смешанных кремнийсодержащих материалов, который предусматривает тонкое измельчение материала с его последующим разложением нагретым раствором серной кислоты с концентрацией 150-500 г/л при 85-110°, Ж:Т от 1:4 до 1:7 и промывкой осадка водой или раствором соляной кислоты при температуре 20-50°С, Пат. РФ 2094374, 27.10.1997.

К недостаткам способа относятся высокие расходы серной кислоты, затраты на тонкое измельчение и кислоту, подогрев серной и соляной кислот.

Известен способ концентрирования скандия из отходов процесса переработки вольфрамитовых концентратов, включающий дробление шлака, прокаливание при 900-1100°С, измельчение шлака, обработку соляной кислотой, Пат. РФ № 2069180, МПК C01F 17/00, 20.11.1996.

Недостатки способа заключаются в том, что процесс ведется при высоких температурах при больших расходах кислоты.

Известен способ извлечения скандия из пироксенитового сырья путем сплавления его со щелочами (NaOH) при температурах 500-600°С с последующим растворением спека в соляной кислоте [Коршунов Б.Г., Резник A.M., Семенов С.А. Скандий. - М.: Металлургия, 1987].

Недостатки способа заключаются в технической сложности термического вскрытия сырья и высоких расходах соляной кислоты.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является способ извлечения скандия из пироксенитового сырья, согласно которому вскрытие скандия проводится одно- или двухстадиальным выщелачиванием серной кислотой в присутствии солей фтора при повышенной температуре, Пат. РФ 2034074 С1, МКИ С22В 59/00, 30.04.1995.

Недостаток способа заключается в высоком расходе серной кислоты, составляющем 1500-1700 кг кислоты на тонну исходного материала, приводящем к высокой степени затратности узла вскрытия, в которой на долю стоимости серной кислоты приходится около 80% общих затрат.

Цели настоящего изобретения - повышение глубины переработки промышленных отходов с доизвлечением ценных, востребованных рынком компонентов, снижение затрат на утилизацию отходов, минимизация отрицательного воздействия отходов и снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Задачи, на решение которых направлено предлагаемое решение, - повышение глубины переработки отходов магнитного обогащения руд, отвечающее высоким экологическим требованиям и повышению эффективности использования минерального сырья, получение дополнительной продукции с наименьшими затратами.

Технический результат состоит в том, что в отличие от известного способа снижается расход серной кислоты на вскрытие и выщелачивание скандия из скандийсодержащих пироксенитовых отходов обогащения руд, сокращаются затраты на измельчение и реагенты, улучшается экология производства.

Суть способа биохимического вскрытия и выщелачивания скандия из пироксенитов заключается в следующем. Из природных штаммов микроорганизмов, присущих данному минерально-сырьевому объекту - хвостам и водам хвостохранилища - выделяются и культивируются активные комплексы железоокисляющих ацидофильных тионовых бактерий, которые адаптируются культурами из музейной коллекции авторов. Скандийсодержащие пироксенитовые хвосты мокрой магнитной сепарации исходной крупности менее 1 мм помещаются в культуральный раствор и подвергаются бактериальному вскрытию и выщелачиванию при температуре 15-45°С (оптимальный интервал 20-23°С), рН 1,5-2,15, при постоянной аэрации 0,5-1 м³/м³ и обычном атмосферном давлении с последующим разделением твердой и жидкой фаз и направлением жидкой фазы на получение фторида скандия по известной технологии. Биовскрытие и биовыщелачивание проводятся в чановом варианте исполнения с постоянной аэрацией или в тонком слое с периодическим рыхлением без принудительной подачи воздуха.

Пироксенитовое сырье является наиболее трудным для вскрытия из-за высокой вязкости минералов-концентраторов скандия, которые при магнитном обогащении исходных руд накапливаются в хвостах. Способ пригоден для вскрытия и выщелачивания пироксенитовых скандийсодержащих продуктов - руд, хвостов магнитного обогащения лежалых и текущего производства, в том числе в местах их естественного расположения.

Реализация способа не требует больших производственных площадей, энергоэкономична, малозатратна, ресурсосберегающая, экологически безопасная и способствует эффективному вскрытию и выщелачиванию пироксенитового материала с высоким экономическим эффектом.

Пример

Пироксенитовые хвосты магнитного обогащения текущего производства крупностью менее 1 мм, содержащие 100-115 г/т скандия, помещаются в культуральный раствор, содержащий активные комплексы из трех видов ацидофильных тионовых бактерий Acidithiobacillus thiooxidans, Acidithiobacillus ferrooxidans, Leptospirillum ferrooxidans, выделенных из хвостов и вод хвостохранилища, культивированных и адаптированных музейными культурами. Условия вскрытия и выщелачивания: соотношение Т:Ж=1:5-1:7, численность бактерий в культуральном растворе - 10 клеток/мл, температура - 15-45°С (оптимальный интервал 20-23°С), начальный Eh - 650 мВ, рН 1,5-2,15, концентрация Fe³⁺ - 13-17 г/л, Fe²⁺ - 1,5-3 г/л, давление - атмосферное, постоянная аэрация при проведении процесса в чановом варианте - 0,5-1 м ³/м³. Извлечение скандия в раствор составляет 81-83%.

При биохимическом вскрытии пироксенитовой составляющей с помощью ацидофильных тионовых бактерий необходимый расход серной кислоты на поддержание уровня кислотности и биовыщелачивание скандия составляет 8,5-11 кг на 1 тонну исходных хвостов, что почти в 150 раз ниже этого показателя, получаемого при проведении процесса по известной технологии. При проведении процесса по известной технологии в одну стадию необходимый расход серной кислоты на вскрытие и выщелачивание пироксенитовых хвостов составляет 600 кг/т исходных хвостов, при проведении процесса в две стадии - еще 1000 кг/т, т.е. всего 1600 т/т. При условной годовой потребности в серной кислоте 140,5 тыс. тонн ориентировочная годовая экономия по статье затрат на серную кислоту при использовании предлагаемого способа составит 1500 тыс. руб. при расчете по стоимости кислоты 2200 руб. за тонну (в ценах 2009 г.).