Новые способы и новая технология сернокислотного обезвреживания и переработки красных шламов-отходов производства глинозема в Стоительные материалы и коагулянты с попутным получением чистых солей скадия, редких земель и гидроокиси алюминия Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Л. И. ВОДОЛАЗОВ Т. В. МОЛЧАН ОБА В. А. МАЛИКОВ

Новые способы и новая технология сернокислотного обезвреживания и переработки красных шламов-отходов производства глинозема в строительные материалы и коагулянты с попутным получением чистых солей скандия, редких земель и гидроокиси алюминия

При переработке бокситов по различным вариантам процесса Байера при производстве глинозема образуется много твердых отходов в виде красных шламов, которые складируют на специальных хвостох-ранилищах. Последние содержат много естественных радионуклидов и избыточной щелочи и поэтому отрицательно влияют на окружающую среду.

С красными шламами безвозвратно теряется до 15% глинозема. Присутствующие в красных шламах редкие металлы, редкоземельные элементы и железо не используются.

На одном Николаевском глиноземном заводе продуцируется ежегодно 1,4 млн. т красных шламов, для хранения которых выделена площадь чернозема размером 400 га, и расходуются средства на ее эксплуатацию до 10 млн. руб. ежегодно. Это проблема многих регионов страны: Северо-Запад, Приуралье, Алтай. В масштабах страны накоплено свыше 200 млн тонн красных шламов. На организацию новых полей расходуется ежегодно 100-150 млн. руб. при текущих затратах до 30 млн. руб. в год.

Этих расходов можно избежать в случае строительства заводов по переработке этого вторичного сырья с выпуском новых видов готовой продукции. Для этого необходимо применять новые гидрометаллургические схемы с комплексным использованием всех имеющихся в красных шламах компонентов. Возможно создание производства по их переработке с выпуском новых видов продукции стоимостью в 2,0-2,5 раза превыша-

ющей стоимость полученного из боксита глинозема (рис. 1).

КРАСНЫЕ ШЛАМЫ (хил - ОТХОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ НА ГЛИНОЗЕМ СЕРНОКИСЛОТНАЯ ПЕРЕРАБОТКА КРАСНЫХ Ш/1АМ08

Г'

красные шяамы

I

/ДЬ 3АКТИВАЦИЯ

Десорбция

Бс.и.ТЬ

— - « Концентрат

Sc.lJ.Th

600 г/т

СОРБЦИЯ РЭЭ.А1

Дееорбиия РЗЭ.А1

Ося кд« нм« Каустифисация Фильтрование

Концентрат РЗЭ б кг/т

Раствор алюмината натрия (100г/л. 14 кг/т)

СГУЩЕМИГ

Раствор

Элекгродмалиэ

Серная кислота (270-330 кг/т)

Вода очищение«

1ВОО л/о

СТРОИТЕЛЬНЫЕ •блоки кирпичи «блицопоммые плитки -черепица (15 1 вт/т)

КРАСКИ

масляные

густотертертые

пигменты

КОАГУЛЯНТЫ железо* алюминиелые ‘Гранулированные -гелевые

Рис.1 Технологическая схема. Красные шламы(КШ) - отходы переработки бокситов на глинозем.

Сернокислотная переработка красных шламовСоздание такого производства позволяет кардинально улучшить экологическую обстановку в районах эксплуатации глиноземных заводов и облегчить решение многих социальных вопросов за счет улучшения технико-экономических показателей работы производств перерабатывающих местные и привозные бокситы (табл. 1, бизнес-план).

Содержание макрокомпонентов в красных шламах, %:

• оксид алюминия - 13,

• оксид железа - 55;

• диоксид кремния - 4,4;

• диоксид титана - 5,0;

оксид кальция - 6-9; триоксид хрома - 2,0; оксид натрия - 2,2; оксид магния - 0,7-0,8; диоксид марганца - 0,26; пентоксид ванадия - 0,06; цирконий - 0,08; торий - 0,004; уран - 0,003; молибден - 0,002; бериллий - 0,001.

Содержание микрокомпонентов красных шламах, г/ т:

• галлий - 40;

• скандий - 40-60;

• РЗЭ - до 600

в

в том числе:

• иттрий - 100

• лантан - 20;

• неодим - 20;

• церий - 50.

-120;

Таблица 1

БИЗНЕС-ПЛАН ЗАВОДА С ПЕРЕРАБОТКОЙ 1 МЛН Т КШ В ГОД

ЭКОНОМИКА ПРИМЕНЕНИЕ

1 Затраты на оборудование, млн.доля 120 30 т. скандия в концентратах для авиационной и космической

: 2 Общие затраты, млн.долл 200 промышленности, Ють цены реализации глиноземного завода

3 Выпуск продукции млн.т/год 1,6- 2,0 25т урана в концентратах для атомной энергетики,0,1 % цены реализации глинозема

4 Себестоимость переработки, долл/т 20 1000 т. концентратов нефтяной, электронной промышленности, 3% цены реализации глиноземного завода.

5| Объем реализации млн.долл/г » -’*> ' * ■ у.-у. уа .' !•'. »!'.V *• • -• ‘ . ‘ 2,5

6 Цена реализации, млн.долл/год 84 10 тыс. т. глинозема для алюминиевой промышленности 1% цены реализации глиноземного завода

7 Прибыль, % 30 2,4 млн. т. Ре~А1 коагулянтов для очистки технических стоков

8 Окупаемость,лет 2,4 промышленных и коммунальных предприятий, 30% цены реализации Глиноземного завода или 1,7 млн тонн

9 Фондоотдача дол/дол.год . • • ..... г » 0,42 • В • • • • - • • Т| ф ( • 9 • 4 - * • • •••• « • . •• * « •••• 9 1 . - . . •• \ * % « » ^ • * • * » строительных материалов в виде кирпича, плитки, черепицы и блоков, 12% цены реализации глиноземного завода.

ИТОГО: Коагулянты + сумма др. прод. — 44% цены реализации глиноземного завода. Кирпичи + сумма др. прод.. — 26% цены реализации глиноземного завода

Разработанная схема безотходной сернокислотной переработки красных шла-мов предполагает:

1. Доизмельчение красных шламов до крупности -44микрона, выход класса 95 %.

2. Дезактивацию красных шламов при pH 1,5 с помощью селективного комплек-сита с выделением для спецзахоронения ураноториевых продуктов. При дезактивации красных шламов в количестве 1 млн. т в год из них удается удалить не менее 2,5 т урана и 1,5 т тория, в том числе не менее 1 т наиболее его вредного изотопа иония (тория - 230), с попутным получением технических и чистых солей скандия в количестве до 30 т в год, считая на элементарное состояние (рис. 2).

3. Сорбционное доизвлечение из пульпы КШ при pH 1,5 алюминия и РЗЭ с последующей переработкой полученного десорбата для получения чернового концентрата с содержанием 15% РЗЭ и щелочных растворов с содержанием 50-100 г/ л глинозема для возврата в цикл процесса Байера. Дополнительное извлечение глинозема 10 кг/т КШ Выход редкоземельного концентрата 1 кг на т КШ.

4. Декантация пульпы дезактивированных красных шламов и выделение серной кислоты в мембранном электродиализаторе для повторного использования в гидрометаллургическом процессе в количестве 50-60 кг/т КШ.

5. Сернокислотная обработка сгущенных дезактивированных красных шламов, коагулирование, гранулирование их в алюможелезные сульфатные коагулянты выходом 1,4 т/т КШ.

6.Шихтование дезактивированных красных шламов, формование и термоооб-работка с целью получения строительных материалов:

• кирпич - выход 1,5 т/т КШ;

• строительные блоки - выход 1,4 т/т КШ;

• черепица - выход 1,4 т/т КШ;

• плитка облицовочная - выход 1,8 т/т КШ.

7.Доизмельчение КШ при pH 6,0-6,5 до крупности 15-20 микрон и получение лаков, эмалей, масляных и густотертых красок выходом вт/т КШ:

• лаки - 1,8;

• краски - 2,1-2,3;

• эмали - 1,6-1,7.

Общий выход дополнительной новой продукции после переработки красных шламов по новой схеме колеблется в пределах от 1, до 2,6 т/т

КШ в зависимости от ассортимента выпускаемой продукции. Ее суммарная стоимость превышает стоимость глинозема,

тов, в 1,5-2,0 раза.

КРАСНЫЕ ШЛАМЫ

^ (1 мАх т/г)

ДЕЗАКТИВАЦИЯ

СОРБЦИОННОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ

4

/

ГИТАНОВЫЙ СКАНДИРЗЫЙ соицентрат *омцеи!р«і

35-40% ТІ 5-7% Бс

500 т/г 4-5% О

ПРИМЕРЫ ПРИРОДНЫХ Ш Гр#*ит облицовочный Петербургских набережных * Ьазадьты вулканические Диабаэм Якутии Зо де из дымоходов ТЭЦ

Рис. 2 Схема переработки и дезактивации красных шламов

Качество новых видов продукции:

1. Дезактивированные красные шламы входом 98-99%, ураноториевый концентрат с содержанием урана не ниже 5% и скандийсодержащая продукция (табл. 2):

а) Черновой скандиевый концентрат после выделения из товарных десорбатов, содержание компонентов в %:

• скандий 4,5-6,0,

• алюминий - 1,8;

• железо - 15,9,

• диоксид титана - 3,5,

• оксид кальция - 0,87;

• диоксид кремния - 1,5-2,0;

• галлий - 0,022;

• иттрий - 0,0025

• уран - 4,5-9,0,

• торий 0,22-0,26.

Извлечение скандия в черновой концентрат 48 %.

о) Технический скандиевый концентрат из реэкстрактов, содержание компонентов в %:

• скандий - 14,0,

• алюминий - 5,8,

• железо - 22,9,

• оксид кальция - 4,5,

• оксид магния - 3,5,

• иттрий - 0,02,

в) Чистый триоксид скандия после аффинажа, содержание компонентов в %:

• триоксид скандия - 99,9,

• триоксид алюминия - 0,003,

• триоксид железа - 0,005,

• диоксид титана - 0,005,

• триоксид иттрия - 0,005,

• диоксид кальция - 0,01,

• диоксид магния - 0,003,

• диоксид кремния - 0,01,

• диоксид тория - 0,01.

г) Иттриевый редкоземельный концентрат, содержание компонентов в %:

• сумма РЗЭ - 25,0,

• триоксид иттрия - 12,0,

СОРБЦИОННОЕ ИЗЄЛЧЕНИЕ РЗЭ и А1

X \ —

РЗЗ ДІ Fe-AI

ЬОМф*КТр*1 раствор соегулвмт

1V2S% РЗЭ рН-11 2.4 т/т

4,1% иттрже 50 100 У актке

2-5% АЇ г/м АІ 11-13

т*Г5% Fe мкР/ч

2 3% ТІ &Э!в-в«Т € 2.3 1/сек

1ТЕРИАЛОВ

3CMQ мкР/ч *УТЪыжР/ч - а> 70 мсР/ч 1*30 нмР/ч

ПОЛУЧЕНИЕ

КОАГУЛЯНТОВ,

ПИГМЕНТОВ.

СТ РОИМ АТ Е РИАЛОВ

Пигмент V ¿стиеи

12 6м*Р/ч бэта-акт.

< 2.3 1/се«

КИРПИЧ ПЛИТКА ЧЕРЕПИЦА БЛОКИ 1>1.в млн і/г У-астиаи. 11.4 м*Р/ч бета-акт < 2.3 1/се«

• триоксид неодима - 4,2,

• триоксид церия - 3,6.

д) Щелочной раствор алюмината натрия для возврата в основной цикл схемы Байера:

• содержания глинозема, г/л - 50-100;

• содержание органических веществ - не обн.

Таблица 2

ХАРАКТЕРИСТИКА СКАНДИЕВЫХ ПРОДУКТОВ ПОЛУЧЕННЫХ ПОСЛЕ ПЕРЕРАБОТКИ КІЛ

Продукты Sc At Fe Ті Si и Th

Концентрация, г/л

Элюат 0,038 0,010 0,06 0,6 0,03 0,01

Содержание, %

Первичный концентрат 1,9 0.01 0,07 25 0,21 1.5 0,33

Вторичный концентрат 5-7 0,03 0,16 8-9 1.4 4,5 0,90

2. Из дезактивированных красных шламов с активностью менее 12 микрорентген в час следующего состава:

а) железо-алюминиевый коагулянт, содержание компонентов в %:

• триоксид железа - 33;

• триоксид алюминия - 13;

• диоксид кремния - 6,0;

• сульфаты - до 20.

б) Кирпич с механической прочностью в 1,5 раза выше стандарта на красный кирпич с содержанием компонентов в %:

• триоксид железа - 29-30;

• триоксид алюминия - 11-12;

• диоксид кремния - 7,0;

• сульфаты - 22-25;

• оксид кальция - 6-7.

в) строительные блоки повышенной прочности с содержанием компонентов в

7 •

/О •

• триоксид железа - 25,0;

• триоксид алюминия - 9,0;

• диоксид кремния - 7,0;

• оксид кальция - 8,0;

• сульфаты - до 23.

г) Плитка облицовочная с содержанием компонентов в %:

• триоксид железа -21;

• триоксид алюминия - 8,0;

• диоксид кремния - 8,0;

• оксид кальция -9-11;

• сульфаты - до 18.

д) лаки, эмаль с содержанием компонентов в %:

• триоксид железа - 16-22;

• триоксид алюминия -7-11;

• двуоксид кремния - 5-7;

• сульфаты - до 5;

• органика - 40-60.

е) масляные и густотертые краски с содержанием компонентов, %:

• триоксид железа - 20-25;

• триоксид алюминия - 9-14;

• диоксид кремния - 4-5;

• сульфаты - до 12;

• масла - до 60,0.

3. Эффективность переработки красных шламов

Типовой глиноземный завод перерабатывает 2 млн. т бокситов. Стоимость гидрометаллургического завода по переработке красных шламов равняется 50 % от стоимости глиноземного завода, а суммарная стоимость получаемой при переработке Красных шламов продукции составляет 150% от стоимости полученного глинозема.

© Авторов

ш Ретро дайджест

Открытие золота в области Войска Донского пока единственное в Европе. Оно открыто в трещинах, вкрапленное мелкими лепестками. После анализа среднего образца рудной массы золота оказалось до 17 г в тонне.

"Московские ведомости", 20 июня 1895 г.