Урало-Сибирская научно-практическая конференция

Переработка отходов глиноземного производства  (технологические и экологические аспекты)

Л.А. Пасечник, Н.А. Сабирзянов, В.Н. Диев, С.П. Яценко, 
В.С. Анашкин

Институт химии твердого тела УрО РАН
620219, г. Екатеринбург, ул. Первомайская, 91
e-mail: sabirzyanov@ihim.utan.ru  

В ухудшение среды обитания значительный вклад вносит деятельность глиноземных заводов, сливающих на шламовые поля ежегодно до 2 млн. тонн отходов переработки бокситов. Шламоотвалы являются источниками загрязнения щелочами поверхностных и подземных водоемов, а также значительной запыленности атмосферы. Их эксплуатация повышает себестоимость глинозема. Эти отходы являются перспективными источниками соединений редких и цветных металлов, а также железа. Извлечение большинства из них является рентабельным при комплексной переработке. Освоение природных источников сырья РЗМ потребует, включая социальную сферу, намного больше материальных вложений, чем освоение техногенных образований. Последние уже находятся на поверхности и являются тонкоизмельченными, что облегчает их переработку.

Существенный вклад в экономику глиноземного производства может внести также доизвлечение глинозема и получение таких продуктов, как пигменты разной цветовой гаммы, железорудные концентраты (окатыши для доменного процесса), коагулянтов для очистки вод и других продуктов.

Для комплексной блочной переработки нами был подвергнут ситовому, гравитационному и магнитному обогащению красный шлам (КШ) с последующей химической переработкой фракций на опытных установках. Для фракции +0.05, имеющей выход до 15%, содержание компонентов, масс.%: Al₂O₃ – 30.5, Fe₂O₃ – 33.5, CaO – 22.1 и SiO₂ – 13.0. В случае использования заводом трехкомпонентной шихты для спекания этот концентрат может пойти на подшихтовку как низкокачественный боксит с высоким содержанием извести. Магнитной сепарации подвергалась пульпа с Т:Ж=1:(3.5¸5.0). Железосодержащий концентрат содержит Fe₂O₃ 69.8%. В результате двухстадийного магнитного обогащения (а.с. СССР №1238399, №1711499) был получен магнитный концентрат с извлечением 31.0%, степенью концентрирования 3.2 (содержание Sc₂O₃  – 0.036%) и химической активации (а. с. СССР №1715874) содержание Sc₂O₃ достигает 0.04 масс.%.   

Растворение магнитного концентрата в кислотах (серной или соляной) позволяет получать растворы с содержанием, г/дм³: Al₂O₃ – 44.0÷52.5; Fe₂O₃ – 40÷78; SiO₂ – 0.1÷7.5; TiO₂ до 8,6; Sc₂O₃ – 0.09÷0.10, при этом в раствор переходит Al₂O₃ не менее и Sc₂O₃ более 70%. Установлены условия исключения «загипсовывания» осадка при работе с серной кислотой (патент РФ №2140998) – отходом предприятий органического синтеза. Метод позволяет извлекать до 75% иттрия и более 50% скандия с незначительным извлечением железа. Коагулянт из КШ (патент РФ №2085509) позволяет в два раза повысить производительность очистных сооружений и получить более низкие содержания компонентов (Al, Fe, SO₄^2-) и цветности, чем показатели, для питьевой воды по ГОСТ 2874-82.   

Промпродукт предварительной магнитной сепарации шлама подвергают гидролитическому осаждению оксигидроксидов железа различной цветовой гаммы. Готовый пигмент получается после фильтрации, промывки и сушки.   

При использовании химического осаждения из растворов магнитного концентрата может быть получен первый скандиевый концентрат, содержащий 0.2% Sc₂O₃. (а.с. СССР №1711499). Дальнейшая переработка скандий- и иттрийсодержащих растворов осуществляется на ионообменных колонках либо экстракцией. Последнее можно осуществить как жидкостной экстракцией (растворы Д2ЭГФК или ТБФ), так и ТВЭКС.

В результате работы в Институте были также получены конечные продукты: Sc₂O₃ – 99.0% и Y₂O₃ – 99.0%.

Другим принципиально новым подходом является разрабатываемая Институтом совместно с работниками завода (патент № 2201988) бескислотная содощелочная технология переработки КШ. Получены следующие значения по себестоимости 1 кг оксида и фторида скандия по двум различным вариантам: бескислотной («БАЗ») и слабокислотной («УАЗ») технологиям.

Соответствующие цены на мировых биржах металлов для оксида скандия (99.0%) 1800 $кг и Al-2%Sc лигатуры – 250 $/кг. Таким образом, имеющиеся в Институте разработки подтверждают экономическую целесообразность комплексной переработки боксита и необходимость создания производства солей и лигатуры редких металлов, а также коагулянта, глиноземистого концентрата, окатышей, железоокисных пигментов и других продуктов.