[go: up one dir, main page]

RU2840984C1 - Method of processing red mud to produce scandium oxide - Google Patents

Method of processing red mud to produce scandium oxide Download PDF

Info

Publication number
RU2840984C1
RU2840984C1 RU2024127657A RU2024127657A RU2840984C1 RU 2840984 C1 RU2840984 C1 RU 2840984C1 RU 2024127657 A RU2024127657 A RU 2024127657A RU 2024127657 A RU2024127657 A RU 2024127657A RU 2840984 C1 RU2840984 C1 RU 2840984C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scandium
solution
alkali
soda
precipitate
Prior art date
Application number
RU2024127657A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Геннадиевич Сусс
Александр Борисович Козырев
Сергей Валерьевич Пищальников
Елена Сергеевна Малюкова
Александр Александрович Дамаскин
Сергей Федорович Ордон
Андрей Владимирович Панов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Application granted granted Critical
Publication of RU2840984C1 publication Critical patent/RU2840984C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to processing red mud in order to obtain scandium oxide. Method involves filtration of red sludge from the liquid phase, repulping the red sludge cake with a soda-bicarbonate solution, bubbling the sludge pulp with a gas-air mixture to activate scandium compounds in the sludge, carbonizing leaching of slime pulp, filtration to produce production scandium-bearing solution. Obtained solution is mixed with alkali-aluminate solution to produce precipitate, which is filtered and repeatedly leached to obtain scandium-containing alkali-aluminate solution and insoluble precipitate. Precipitate is repeatedly leached to obtain scandium-containing soda-bicarbonate solution. Scandium-containing alkali-aluminate solution and the scandium-containing soda-bicarbonate solution are mixed to obtain a concentrate, from which scandium is extracted into the sulphuric solution by two-stage sulphuric acid leaching. From the scandium-containing solutions filtered after 1st and 2nd stages, scandium sulphate is deposited, which is treated with sulphuric acid solution to obtain basic scandium sulphate and then treated with oxalic acid. Obtained scandium oxalate precipitate is filtered and calcined to obtain scandium oxide.
EFFECT: high extraction of scandium.
7 cl, 4 tbl, 1 dwg, 21 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно, к технологии комплексной переработки бокситов, в частности, отходов, образующихся при производстве глинозёма из бокситов по способу Байера, так называемого красного шлама. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, namely, to the technology of complex processing of bauxites, in particular, waste generated during the production of alumina from bauxites using the Bayer method, the so-called red mud.

Уровень техникиState of the art

Известно, что скандий является классическим рассеянным элементом и не встречается в природе в свободном состоянии, практически не образует в промышленном масштабе залежи Sc-содержащих минералов. Скандий получают только при промышленном производстве, преимущественно в виде оксида Sc2O3, имеющего вид белого порошка, или его солей. Скандий относится к числу одного из самых дорогих металлов на Земле, что сдерживает его активное использование в инновационных и высоких технологиях, а также в качестве компонента легких сплавов. При этом спрос на скандий растёт. Прежде всего, скандий представляет интерес для получения сплавов, используемых как конструкционный материал в самолетостроении, железнодорожном, автомобильном и водном транспорте, поскольку, придаёт алюминиевым сплавам улучшенные свойства. Несколько сотых долей процента металлического скандия в алюминиевом сплаве повышает его электропроводность, прочность в т.ч. к скручиванию, улучшает пластические свойства, увеличивается сопротивление против коррозионного растрескивания, обеспечивается свариваемость этих сплавов в атмосфере воздуха, при этом прочность сварных швов больше материала.It is known that scandium is a classic dispersed element and is not found in nature in a free state, and practically does not form deposits of Sc-containing minerals on an industrial scale. Scandium is obtained only in industrial production, mainly in the form of Sc 2 O 3 oxide, which has the appearance of a white powder, or its salts. Scandium is one of the most expensive metals on Earth, which hinders its active use in innovative and high technologies, as well as as a component of light alloys. At the same time, the demand for scandium is growing. First of all, scandium is of interest for the production of alloys used as a structural material in aircraft construction, rail, road and water transport, since it gives aluminum alloys improved properties. Several hundredths of a percent of metallic scandium in an aluminum alloy increases its electrical conductivity, strength, etc. torsion, improves plastic properties, increases resistance to stress corrosion cracking, ensures weldability of these alloys in an air atmosphere, while the strength of the welded seams is greater than the material.

Основные мировые запасы скандия, имеющие коммерческое значение, сконцентрированы в красных шламах – отходах от переработки бокситов на глинозём. Утилизация этих экологически вредных отходов представляет большую проблему для алюминиевого производства. Создание технологии извлечения скандия позволяет улучшить свойства красного шлама и снизить его класс опасности, в том числе, существенно уменьшить содержание активной каустической щелочи и фитотоксичного алюминия, снизить влажность красного шлама. Это снижает класс опасности шлама с 3 до 4 и снимает необходимость дорогостоящего захоронения красного шлама, экологических выплат за размещение отходов, а также создает источник дополнительной прибыли при использовании активированного шлама в строительной индустрии или для очистки промышленных стоков от тяжелых металлов, в частности, молибдена, меди, стронция.The world's major commercial reserves of scandium are concentrated in red mud, waste from the processing of bauxite into alumina. The disposal of this environmentally harmful waste is a major problem for aluminum production. The development of scandium extraction technology allows us to improve the properties of red mud and reduce its hazard class, including significantly reducing the content of active caustic alkali and phytotoxic aluminum, and reducing the humidity of red mud. This reduces the hazard class of the mud from 3 to 4 and eliminates the need for expensive burial of red mud, environmental payments for waste disposal, and also creates a source of additional profit when using activated mud in the construction industry or for cleaning industrial waste from heavy metals, in particular, molybdenum, copper, strontium.

Из патента RU 2247788 от 10.03.2005 известен способ получения оксида скандия, включающий многократное последовательное выщелачивание красного шлама смесью растворов карбоната и гидрокарбоната натрия, промывку и отделение осадка, введение в полученный раствор оксида цинка, растворенного в гидроксиде натрия, выдержку раствора при повышенной температуре и перемешивании, отделение осадка цинка и скандия, его обработку раствором гидроксида натрия при температуре кипения, отделение, промывку и сушку полученного продукта с последующим извлечением оксида скандия известными методами. Данный способ позволяет получить из 1 т красного шлама до 58 г богатого скандиевого концентрата с массовой долей Sc2O3 в среднем 30,0%, при извлечении оксида скандия 13,9%. Для получения такого содержания Sc2O3 в концентрате (порядка 30,0%) требуется многократное, не менее 10-ти раз, оборачивание первичного Sc-содержащего раствора на новый цикл выщелачивания свежей порции красного шлама, что снижает производительность технологического процесса в целом. Основным недостатком данного способа является низкое извлечение оксида скандия из красного шлама (13,9%), обусловленное высокими вторичными потерями скандия при повторном использовании Sc-содержащего содово-бикарбонатного раствора из-за связывания скандия из раствора в начале процесса выщелачивания в плохо растворимый AlScO3. Алюминий в растворе появляется вследствие разложения части кальциевых гидрогранатов и гидроалюмосиликатов натрия, содержащихся в красном шламе, при взаимодействии с бикарбонатом натрия NaHCO3.A method for obtaining scandium oxide is known from patent RU 2247788 of 10.03.2005, which includes multiple successive leaching of red mud with a mixture of sodium carbonate and sodium bicarbonate solutions, washing and separating the precipitate, introducing zinc oxide dissolved in sodium hydroxide into the resulting solution, holding the solution at an elevated temperature and stirring, separating the zinc and scandium precipitate, treating it with a sodium hydroxide solution at boiling temperature, separating, washing and drying the resulting product with subsequent extraction of scandium oxide by known methods. This method allows obtaining up to 58 g of rich scandium concentrate from 1 t of red mud with an average mass fraction of Sc 2 O 3 of 30.0%, with scandium oxide extraction of 13.9%. To obtain such a content of Sc 2 O 3 in the concentrate (about 30.0%), it is necessary to repeatedly, at least 10 times, turn over the primary Sc-containing solution for a new leaching cycle of a fresh portion of red mud, which reduces the productivity of the technological process as a whole. The main disadvantage of this method is the low extraction of scandium oxide from red mud (13.9%), caused by high secondary losses of scandium during the repeated use of Sc-containing soda-bicarbonate solution due to the binding of scandium from the solution at the beginning of the leaching process into poorly soluble AlScO 3 . Aluminum in the solution appears due to the decomposition of part of the calcium hydrogarnets and sodium hydroaluminosilicates contained in the red mud during interaction with sodium bicarbonate NaHCO 3 .

Из патента RU 2536714 от 27.12.2014 известен способ получения скандиевого концентрата из красного шлама, обеспечивающий увеличение степени извлечения скандия из красного шлама в первичный Sc-содержащий раствор при карбонизационном выщелачивании и получение очищенного от сопутствующих примесей и более концентрированного по скандию продуктивного раствора перед осаждением скандиевого концентрата. Данный способ получения скандиевого концентрата заключается в последовательном карбонизационном выщелачивании красного шлама карбонатным раствором при одновременной газации шламовой пульпы газово-воздушной смесью, содержащей CO2, фильтрацию карбонизированной шламовой пульпы с получением скандий-содержащего раствора, последовательное отделение скандия от сопутствующих примесных компонентов с соответствующим концентрированием, осаждение малорастворимых соединений скандия из очищенного раствора, фильтрацию, промывку и сушку осадка с получением скандиевого концентрата. При этом карбонизационное выщелачивание красного шлама ведут с первоначальной вибро-кавитационной обработкой шламовой пульпы, отделение скандия от примесных компонентов с соответствующим концентрированием из полученного скандий-содержащего раствора ведут сорбцией на фосфорнокислые иониты, десорбцией скандия из органической фазы ионитов. При этом десорбцию осуществляют смешанными карбонатно-хлоридными растворами в пульсационном режиме с получением скандий-содержащего элюата, из которого осуществляют стадийное осаждение малорастворимых соединений скандия. Вначале ведут осаждение малорастворимых соединений примесных компонентов с отделением осадка, являющегося титан-циркониевым концентратом, а затем проводят осаждение скандиевого концентрата. Благодаря особенностям способа обеспечивается повышение извлечения оксида скандия в целевой продукт (концентрат) в среднем до 23,5%. Основным недостатком данного способа также является низкое извлечение скандия из красного шлама в продукционный Sc-содержащий раствор. From patent RU 2536714 of 27.12.2014, a method for obtaining scandium concentrate from red mud is known, which ensures an increase in the degree of scandium extraction from red mud into a primary Sc-containing solution during carbonization leaching and the production of a productive solution purified from accompanying impurities and more concentrated in scandium before the precipitation of scandium concentrate. This method for obtaining scandium concentrate consists of sequential carbonization leaching of red mud with a carbonate solution with simultaneous gasification of the slurry pulp with a gas-air mixture containing CO 2 , filtration of the carbonized slurry pulp to obtain a scandium-containing solution, sequential separation of scandium from accompanying impurity components with appropriate concentration, precipitation of poorly soluble scandium compounds from the purified solution, filtration, washing and drying of the sediment to obtain a scandium concentrate. In this case, carbonization leaching of red mud is carried out with initial vibration-cavitation treatment of the slurry pulp, separation of scandium from impurity components with appropriate concentration from the obtained scandium-containing solution is carried out by sorption on phosphate ion exchangers, desorption of scandium from the organic phase of ion exchangers. In this case, desorption is carried out with mixed carbonate-chloride solutions in a pulsating mode with the production of a scandium-containing eluate, from which the stepwise precipitation of poorly soluble scandium compounds is carried out. First, the precipitation of poorly soluble compounds of impurity components is carried out with the separation of the sediment, which is a titanium-zirconium concentrate, and then the precipitation of the scandium concentrate is carried out. Due to the features of the method, an increase in the extraction of scandium oxide into the target product (concentrate) is ensured on average up to 23.5%. The main disadvantage of this method is also the low extraction of scandium from red mud into the Sc-containing production solution.

Известно, что извлекаемый скандий в красных шламах глинозёмных заводов России (Уральский алюминиевый завод (УАЗ) и Богословский алюминиевый завод (БАЗ)) составляет порядка 70 %, поэтому важно создать условия, при которых извлечение скандия будет увеличено.It is known that the extractable scandium in the red mud of Russian alumina plants (Ural Aluminum Plant (UAZ) and Bogoslovsky Aluminum Plant (BAZ)) is about 70%, so it is important to create conditions under which the extraction of scandium will be increased.

Известен способ получения оксида скандия из патента RU 2257348 от 27.07.2005, согласно которому проводят растворение скандий-содержащего концентрата в минеральной кислоте (соляной, серной, азотной), очистку скандиевого раствора от примесей путем обработки растворов сульфатсодержащим неорганическим соединением и затем хлоридом бария, обработку очищенного скандиевого раствора щелочными реагентами, в частности, NH4OH, с получением малорастворимых соединений скандия: оксигидроксида ScO(OH) или гидрооксокарбоната скандия. Далее следует фильтрование пульпы для отделения скандиевого осадка от раствора, обработка осадка муравьиной кислотой H2CO2, отделение осадка формиата скандия от маточного раствора, промывка осадка муравьиной кислотой, сушка и прокалка осадка с получением товарного оксида скандия чистотой ≥ 99%. К недостаткам известного способа относятся его многостадийность, что требует большого количества технологического оборудования, повышающего OPEX (operating expenses – англ., в переводе «операционные расходы (затраты)») и большого удельного расхода материалов, повышающих CAPEX (сapital expenditures - англ., в переводе «капитальные расходы (затраты)»).A method for obtaining scandium oxide is known from patent RU 2257348 dated 27.07.2005, according to which a scandium-containing concentrate is dissolved in a mineral acid (hydrochloric, sulfuric, nitric), the scandium solution is purified from impurities by treating the solutions with a sulfate-containing inorganic compound and then with barium chloride, the purified scandium solution is treated with alkaline reagents, in particular, NH 4 OH, to obtain poorly soluble scandium compounds: oxyhydroxide ScO(OH) or scandium hydroxocarbonate. This is followed by filtering the pulp to separate the scandium precipitate from the solution, treating the precipitate with formic acid H2CO2 , separating the scandium formate precipitate from the mother liquor, washing the precipitate with formic acid, drying and calcining the precipitate to obtain commercial scandium oxide with a purity of ≥ 99%. The disadvantages of the known method include its multi-stage nature, which requires a large amount of process equipment, increasing OPEX (operating expenses) and a high specific consumption of materials, increasing CAPEX (capital expenditures).

Из патента RU 2478725 от 10.04.2013 известен способ извлечения оксида скандия из скандий-содержащего концентрата. Технология предусматривает растворение Sc-содержащего концентрата в серной кислоте, удаление кислотонерастворимого осадка, перевод скандия в осадок в присутствии соединения аммония. Затем ведут фильтрацию, промывку, сушку и прокаливание осадка с получением осадка оксида скандия. При этом после удаления кислотонерастворимого осадка концентрацию серной кислоты в фильтрате доводят до 540-600 г/дм3, в качестве соединения аммония используют хлорид аммония NH4Cl, введенный в раствор в количестве 26,7-53,5 г/дм3 при температуре 50-70 °C с последующей выдержкой в течение 1-2 часов при перемешивании. Промывку полученного осадка осуществляют этиловым спиртом. Техническим результатом является упрощение технологии при получении товарного оксида скандия высокой степени чистоты с выходом до 97-98% из бедного скандиевого концентрата, например, из отходов производства, образующихся при переработке бокситов на глинозём.A method for extracting scandium oxide from a scandium-containing concentrate is known from patent RU 2478725 dated 10.04.2013. The technology involves dissolving the Sc-containing concentrate in sulfuric acid, removing the acid-insoluble precipitate, and converting scandium into a precipitate in the presence of an ammonium compound. Then, the precipitate is filtered, washed, dried, and calcined to obtain a scandium oxide precipitate. After removing the acid-insoluble precipitate, the sulfuric acid concentration in the filtrate is brought to 540-600 g/ dm3 , and ammonium chloride NH4Cl is used as the ammonium compound, introduced into the solution in an amount of 26.7-53.5 g/ dm3 at a temperature of 50-70 °C, followed by holding for 1-2 hours with stirring. The resulting precipitate is washed with ethyl alcohol. The technical result is a simplification of the technology for obtaining commercial scandium oxide of high purity with a yield of up to 97-98% from poor scandium concentrate, for example, from production waste generated during the processing of bauxite into alumina.

За прототип принято изобретение по патенту RU 2647398 от 04.08.2016 компании РУСАЛ на способ получения скандий-содержащего концентрата, включающий одностадийное содово-бикарбонатное выщелачивание красного шлама с получением продукционного скандий-содержащего раствора, сорбцию скандия из раствора на фосфоновые смолы, десорбцию скандия концентрированным содовым раствором при повышенной температуре с получением богатого скандий-содержащего элюата, двухстадийный гидролиз скандий-содержащего элюата с получением Sc-содержащего концентрата. Основные недостатки данного способа заключаются в том, что при его реализации на практике получают низкую степень извлечения скандия из красного шлама, не более 20-25%, высокую стоимость скандия из-за большого удельного расхода фосфоновых смол, вследствие их интенсивного разрушения при десорбции горячим концентрированным содовым раствором, а также из-за необходимости периодической регенерации фосфоновой смолы от железа и титана щавелевой кислотой, плохую воспроизводимость процесса при ведении 2-х стадийного гидролиза скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора, который является буферным раствором из-за чего величина pH меняется скачкообразно, что приводит к невозможности управлять 1-й стадией гидролиза, а также трудности с разделением скандий-содержащего осадка от жидкой фазы на 2-й стадии гидролиза.The invention under patent RU 2647398 dated 04.08.2016 of RUSAL for a method for obtaining a scandium-containing concentrate, including single-stage soda-bicarbonate leaching of red mud to obtain a production scandium-containing solution, sorption of scandium from the solution on phosphonic resins, desorption of scandium with a concentrated soda solution at an elevated temperature to obtain a rich scandium-containing eluate, two-stage hydrolysis of the scandium-containing eluate to obtain a Sc-containing concentrate, is accepted as a prototype. The main disadvantages of this method are that its practical implementation results in a low degree of scandium extraction from red mud, no more than 20-25%, high cost of scandium due to high specific consumption of phosphonic resins, due to their intensive destruction during desorption with hot concentrated soda solution, as well as due to the need for periodic regeneration of phosphonic resin from iron and titanium with oxalic acid, poor reproducibility of the process when conducting a 2-stage hydrolysis of scandium-containing soda-bicarbonate solution, which is a buffer solution due to which the pH value changes abruptly, which leads to the impossibility of controlling the 1st stage of hydrolysis, as well as difficulties with separating the scandium-containing sediment from the liquid phase in the 2nd stage of hydrolysis.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Задачей предложенного изобретения является создание технологии, которая предусматривает извлечение скандия из многотоннажных отходов производства глинозёма - красного шлама, которые по принятой классификации, относятся к 3 классу опасности. Из-за высокой щелочности этого отхода площади рядом с местом его хранения (шламохранилища) не пригодны ни для строительства, ни для сельского хозяйства. Как уже отмечено, спрос на скандий растёт, скандий представляет интерес для получения сплавов, используемых как конструкционный материал в самолетостроении, железнодорожном, автомобильном и водном транспорте, поскольку, придаёт алюминиевым сплавам улучшенные свойства.The objective of the proposed invention is to create a technology that provides for the extraction of scandium from multi-ton waste from alumina production - red mud, which, according to the accepted classification, belongs to hazard class 3. Due to the high alkalinity of this waste, the areas near its storage site (sludge storage facilities) are not suitable for either construction or agriculture. As already noted, the demand for scandium is growing, scandium is of interest for the production of alloys used as a structural material in aircraft construction, railway, automobile and water transport, since it imparts improved properties to aluminum alloys.

Техническим результатом является решение поставленной задачи и достижение максимально высокого извлечения скандия при переработке красного шлама в современных технологических условиях.The technical result is the solution of the set task and the achievement of the highest possible scandium extraction during the processing of red mud under modern technological conditions.

В предложенном способе можно выделить несколько основных технологических стадий получения первичного скандий-содержащего концентрата при переработке красного шлама с использованием технологии содово-бикарбонатного выщелачивания, а затем перечистки первичного скандий-содержащего концентрата до оксида скандия с чистотой 2N (99% чистого металла), приведенные в качестве примера реализации ниже и показанные на блок-схеме процесса на фиг. 1.In the proposed method, several main technological stages can be distinguished for obtaining primary scandium-containing concentrate during processing of red mud using soda-bicarbonate leaching technology, and then re-cleaning the primary scandium-containing concentrate to scandium oxide with a purity of 2N (99% pure metal), given as an example of implementation below and shown in the process flow chart in Fig. 1.

Прежде всего это стадия фильтрации красного шлама, поступившего со стадии сгущения и промывки глинозёмного производства, на фильтр-прессе от жидкой фазы. Жидкая фаза содержит растворённую соду Na2CO3, каустическую щелочь NaOH, алюминат натрия NaAlO2. После фильтрации получается кек с влажностью 28-35%, а жидкая фаза возвращается в основное глинозёмное производство.First of all, this is the stage of filtration of red mud received from the stage of thickening and washing of alumina production, on the filter press from the liquid phase. The liquid phase contains dissolved soda Na 2 CO 3 , caustic alkali NaOH, sodium aluminate NaAlO 2 . After filtration, a cake with a moisture content of 28-35% is obtained, and the liquid phase is returned to the main alumina production.

Далее следует отметить стадию репульпации кека красного шлама оборотным содово-бикарбонатным раствором, содержащим не менее 20 г/дм3 в пересчёте на Na2Oбкб (т.е. количество Na2O содержащееся в растворе в форме бикарбоната натрия NaHCO3) и не менее 100 г/дм3 в пересчёте на Na2Oугл (т.е. количество Na2O содержащееся в форме углекислого натрия Na2CO3).Next, it is necessary to note the stage of repulping the red mud cake with a recycled soda-bicarbonate solution containing at least 20 g/ dm3 in terms of Na2O bkb (i.e. the amount of Na2O contained in the solution in the form of sodium bicarbonate NaHCO3 ) and at least 100 g/ dm3 in terms of Na2O carbon (i.e. the amount of Na2O contained in the form of sodium carbonate Na2CO3 ).

Важной является стадия активации шламовой пульпы при температуре ≤ 40 °С в течение ≥ 10 часов путём барботажа газово-воздушной смесью (например отходящими газами печей спекания и/или кальцинации глинозёма и/или котельной или заводской ТЭЦ и/или печей обжига известняка), содержащей не менее 3 об.% углекислого газа, для достижения в жидкой фазе pH ≤ 10,5 за счёт перевода части углекислого натрия в бикарбонат натрия (Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3). Использование стадии активации шламовой пульпы позволяет повысить извлечение скандия из красного шлама на последующей стадии выщелачивания с 20-25% до 40-45%, в т.ч. посредством вскрытия поверхности частиц шлама за счёт разрушения так называемой «сетчатой структуры» красного шлама, а также снижения вторичных потерь скандия из-за образования нерастворимого двойного оксида скандия и алюминия AlScO3 и других фаз. Следует пояснить, что pH – водородный потенциал у раствора каустической щелочи составляет порядка 14, pH у содового раствора порядка 12, pH у раствора бикарбоната натрия порядка 8,4. Таким образом достижение pH ≤ 10,5 показывает, что в растворе после барботажа газовоздушной смесью, содержащей углекислый газ, из-за сорбции CO2 вся каустическая щелочь превратилась в углекислую щелочь, а часть углекислой щелочи превратилась в бикарбонат натрия и его содержание составляет ≥ 20 г/дм3 в пересчёте на Na2Oбкб. Начальное значение pH шламовой пульпы ≥ 12,5. Минимальное значение pH шламовой пульпы при барботаже составляет порядка 8,5, однако достижение этой величины требует очень длительного барботажа.An important stage is the activation of the slurry pulp at a temperature of ≤ 40 °C for ≥ 10 hours by bubbling with a gas-air mixture (e.g. exhaust gases from sintering and/or alumina calcination furnaces and/or a boiler or plant thermal power plant and/or limestone kilns) containing at least 3 vol.% carbon dioxide, to achieve a pH of ≤ 10.5 in the liquid phase due to the conversion of part of the sodium carbonate to sodium bicarbonate (Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3 ). The use of the slurry pulp activation stage makes it possible to increase the scandium extraction from red mud at the subsequent leaching stage from 20-25% to 40-45%, incl. by opening the surface of the sludge particles due to the destruction of the so-called "network structure" of the red mud, as well as reducing secondary scandium losses due to the formation of insoluble double oxide of scandium and aluminum AlScO 3 and other phases. It should be explained that the pH - hydrogen potential of a caustic alkali solution is about 14, the pH of a soda solution is about 12, the pH of a sodium bicarbonate solution is about 8.4. Thus, achieving pH ≤ 10.5 shows that in the solution after bubbling with a gas-air mixture containing carbon dioxide, due to the sorption of CO 2 , all the caustic alkali has turned into alkali carbonate, and some of the alkali carbonate has turned into sodium bicarbonate and its content is ≥ 20 g / dm 3 in terms of Na 2 O bkb . The initial pH of the sludge pulp is ≥ 12.5. The minimum pH value of the slurry during bubbling is about 8.5, but achieving this value requires very long bubbling.

Далее активированную шламовую пульпу, состоящую из красного шлама и содово-бикарбонатного раствора заданного состава, подобранного экспериментально, нагревают до температуры 85-95 °С и подвергают содово-бикарбонатному выщелачиванию для получения скандий-содержащего раствора с содержанием не менее 10 мг/дм3 Sc2O3. Производят фильтрацию пульпы после содово-бикарбонатного выщелачивания на фильтр-прессе с получением продукционного скандий-содержащего раствора и кека выщелоченного красного шлама с pH близким к нейтральному и влажностью 28-32%. После этого смешивают продукционный скандий-содержащий раствор с щелочно-алюминатным раствором, получаемым на стадии осаждения гидролизного концентрата, и его фильтрации, состава (г/дм3): Na2Oобщ = 90-320 (Na2Oобщ – это сумма Na2O содержащегося в растворе в различных формах, в т.ч. в виде каустической щелочи Na(OH), обозначаемой как Na2Oку, углекислого натрия Na2CO3, обозначаемого как Na2Oугл, бикарбоната натрия NaHCO3, обозначаемого как Na2Oбкб, алюмината натрия NaAlO2). Na2Oку = 70-290, Al2O3 = 35-150 в соотношении от 10 : 1 до 20 : 1 (по объёму). Выдерживают с перемешиванием в течение не менее 3 часов при температуре 85-95 °С для получения осадка первичного скандий-содержащего концентрата. Next, the activated sludge pulp, consisting of red mud and a soda-bicarbonate solution of a given composition, selected experimentally, is heated to a temperature of 85-95 °C and subjected to soda-bicarbonate leaching to obtain a scandium-containing solution with a content of at least 10 mg/dm 3 Sc 2 O 3 . The pulp is filtered after soda-bicarbonate leaching on a filter press to obtain a production scandium-containing solution and a cake of leached red mud with a pH close to neutral and a moisture content of 28-32%. After this, the scandium-containing production solution is mixed with the alkali-aluminate solution obtained at the stage of precipitation of the hydrolysis concentrate and its filtration, with the composition (g/ dm3 ): Na2Ototal = 90-320 ( Na2Ototal is the sum of Na2O contained in the solution in various forms, including caustic alkali Na(OH), designated as Na2Ocu , sodium carbonate Na2CO3 , designated as Na2Ocoal , sodium bicarbonate NaHCO3 , designated as Na2Obi , sodium aluminate NaAlO2 ) . Na2Ocu = 70-290 , Al2O3 = 35-150 in a ratio of 10:1 to 20:1 (by volume). Maintain with stirring for at least 3 hours at a temperature of 85-95 °C to obtain a precipitate of primary scandium-containing concentrate.

В зависимости от соотношения продукционного скандий-содержащего раствора с щелочно-алюминатным раствором получают два вида первичного скандий-содержащего концентрата: 1) с содержанием Sc2O3 от ≥ 0,1 до < 1,0 масс.% и низким содержанием иттрия, тория, но высоким содержанием циркония; 2) с содержанием оксида скандия от ≥ 1,0 до 4,0 масс.% и высоким содержанием иттрия, тория, РЗМ (редкоземельные металлы).Depending on the ratio of the production scandium-containing solution to the alkali-aluminate solution, two types of primary scandium-containing concentrate are obtained: 1) with a Sc2O3 content from ≥ 0.1 to < 1.0 wt.% and a low content of yttrium, thorium, but a high content of zirconium; 2) with a scandium oxide content from ≥ 1.0 to 4.0 wt.% and a high content of yttrium, thorium, REE (rare earth metals).

Далее следует фильтрация полученного первичного скандий-содержащего концентрата, промывка на полотне от щелочного раствора. Next comes the filtration of the obtained primary scandium-containing concentrate and washing on a cloth from the alkaline solution.

Первичный скандий-содержащий концентрат с содержанием Sc2O3 от 0,1 до < 1 масс.% используется для получения оксида скандия с чистотой 2N. Первичный скандий-содержащий концентрат с содержанием Sc2O3 от ≥ 1 до 4,0 масс. % является товарной продукцией, реализуемой на рынке, а также может использоваться для получения оксида скандия с чистотой 2N.Primary scandium-containing concentrate with Sc2O3 content from 0.1 to < 1 wt.% is used to obtain scandium oxide with purity of 2N. Primary scandium-containing concentrate with Sc2O3 content from ≥ 1 to 4.0 wt.% is a commercial product sold on the market and can also be used to obtain scandium oxide with purity of 2N.

Проводят повторное выщелачивание первичного скандий-содержащего концентрата с содержанием Sc2O3 от 0,1 до 4,0 масс.% щелочно-алюминатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 290-380 г/дм3; Na2Oку = 260-350 г/дм3; Al2O3 = 130-190 г/дм3, каустический модуль порядка 3,5, при температуре от 60-95 °С и соотношении Ж (жидкое) : Т (твердое) не менее 3 : 1 (по массе) в течение ≥ 1 часа. Эта операция позволяет максимально удалить Al2O3 из первичного скандий-содержащего концентрата.Repeated leaching of primary scandium-containing concentrate with Sc2O3 content from 0.1 to 4.0 wt.% is carried out with alkali-aluminate solution of the composition (g/ dm3 ): Na2Otot = 290-380 g/ dm3 ; Na2Ocu = 260-350 g/ dm3 ; Al2O3 = 130-190 g/ dm3 , caustic modulus of about 3.5, at temperature from 60-95 °C and ratio L (liquid ) : S (solid) of not less than 3 : 1 (by weight) for ≥ 1 hour. This operation allows for maximum removal of Al2O3 from primary scandium-containing concentrate.

Проводят фильтрацию выщелоченной пульпы с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора с концентрацией по скандию ≥ 0,05 г/дм3, направляемого на осаждение гидролизного концентрата для снижения расхода каустической щелочи и нерастворимого осадка-I (см. блок-схему процесса на фиг. 1). Осадок-I содержит остаточное количество невыщелоченного скандия, поэтому для повышения сквозного выхода скандия в готовую продукцию, он отправляется на повторное выщелачивание содово-бикарбонатным раствором для доизвлечения скандия в раствор. Поэтому проводят повторное выщелачивание нерастворимого осадка-I содово-бикарбонатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 120-140, Na2Oбкб = 10-20, при температуре от 60-95 °С и соотношении Ж : Т ≥ 3 : 1 (по массе) в течение ≥ 1 часа, с получением скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора с содержанием Sc2O3 ≥ 0,05 г/дм3. Две стадии щелочно-алюминатного и содово-бикарбонатного выщелачивания позволяют извлечь до 90-95% скандия в раствор и оставить до 95% основных примесей в нерастворимом осадке.The leached pulp is filtered to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution with a scandium concentration of ≥ 0.05 g/ dm3 , sent to the precipitation of the hydrolysis concentrate to reduce the consumption of caustic alkali and insoluble precipitate-I (see the process flow chart in Fig. 1). Precipitate-I contains a residual amount of unleached scandium, therefore, to increase the through yield of scandium in the finished product, it is sent for repeated leaching with a soda-bicarbonate solution to further extract scandium into the solution. Therefore, repeated leaching of the insoluble precipitate-I is carried out with a soda-bicarbonate solution of the composition (g/ dm3 ): Na2O total = 120-140, Na2O bkb = 10-20, at a temperature of 60-95 °C and a ratio of L:S ≥ 3:1 (by weight) for ≥ 1 hour, to obtain a scandium-containing soda-bicarbonate solution with a Sc2O3 content of ≥ 0.05 g/ dm3 . Two stages of alkaline-aluminate and soda-bicarbonate leaching allow extracting up to 90-95% of scandium into the solution and leaving up to 95% of the main impurities in the insoluble precipitate.

Следующей идет стадия фильтрации выщелоченной пульпы с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора и нерастворимого осадка-II (см. блок-схему процесса на фиг. 1). В осадке-II после нескольких стадий выщелачивания практически не содержится скандий и осадок-II состоит из алюминий-, цирконий-, РЗМ-содержащих фаз, поэтому может быть возвращён в основное глинозёмное производство для снижения вторичных потерь глинозёма. Полученный нерастворимый осадок-II удаляется в основное производство глинозёма или может быть использован для получения концентрата циркония и РЗМ.The next stage is the filtration of the leached pulp to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution and insoluble precipitate-II (see the process flow chart in Fig. 1). After several leaching stages, precipitate-II contains virtually no scandium and precipitate-II consists of aluminum-, zirconium-, and REE-containing phases, so it can be returned to the main alumina production to reduce secondary losses of alumina. The resulting insoluble precipitate-II is removed to the main alumina production or can be used to obtain zirconium and REE concentrate.

Смешивают скандий-содержащий щелочно-алюминатный раствор и скандий-содержащий содово-бикарбонатный раствор при комнатной температуре и выдерживают смесь с перемешиванием в течение 1 часа для получения гидролизного скандий-содержащего концентрата с содержанием Sc2O3 от 4 до 12 масс.%. Проводят фильтрацию полученного скандий-содержащего гидролизного концентрата с получением щелочно-алюминатного раствора, используемого для осаждения первичного скандий содержащего концентрата.A scandium-containing alkali-aluminate solution and a scandium-containing soda-bicarbonate solution are mixed at room temperature and the mixture is maintained with stirring for 1 hour to obtain a hydrolysis scandium-containing concentrate with a Sc2O3 content of 4 to 12 wt.%. The resulting scandium-containing hydrolysis concentrate is filtered to obtain an alkali-aluminate solution used to precipitate the primary scandium-containing concentrate.

Далее следует двухстадийное сернокислотное выщелачивание отфильтрованного скандий-содержащего гидролизного концентрата: на 1-ой стадии при pH = 3,7-4,3 в течение не менее 2-х часов и на 2-й стадии при температуре не менее 80 °С при pH = 2,0-2,3 в течение не менее 2-х часов с извлечением не менее 90% скандия в сернокислый раствор. Следует пояснить, величину водородного потенциала pH на 1-й и 2-й стадиях сернокислотного выщелачивания получают путём добавки расчётного количества 72% технической серной кислоты, контроль за величиной pH ведётся промышленным pH-метром. После смешения Sc-содержащего гидролизного концентрата и раствора серной кислоты, включения перемешивания и нагрева, замеряют pH и проводят его корректировку серной кислотой. Далее смешивают отфильтрованные после 1-й и 2-й стадий сернокислые скандий-содержащие растворы с содержанием Sc2O3 от 0,8 до 3 г/дм3, и добавляют раствор щелочи в смешанный скандий-содержащий раствор для достижения pH = 4,5-5,5. Производят высаживание сульфата скандия Sc2(SO4)3 из сернокислого раствора при pH = 4,5-5,5, не содержащего примеси, в т.ч. торий, РЗМ, гафний, цирконий, иттрий, титан и другие редкие и рассеянные элементы.This is followed by a two-stage sulfuric acid leaching of the filtered scandium-containing hydrolysis concentrate: in the 1st stage at pH = 3.7-4.3 for at least 2 hours and in the 2nd stage at a temperature of at least 80 °C at pH = 2.0-2.3 for at least 2 hours with the extraction of at least 90% of scandium into the sulfuric acid solution. It should be explained that the value of the hydrogen potential pH in the 1st and 2nd stages of sulfuric acid leaching is obtained by adding the calculated amount of 72% technical sulfuric acid, the pH value is monitored with an industrial pH meter. After mixing the Sc-containing hydrolysis concentrate and the sulfuric acid solution, turning on the stirring and heating, the pH is measured and adjusted with sulfuric acid. Next, the scandium-containing sulfate solutions filtered after the 1st and 2nd stages with a Sc 2 O 3 content of 0.8 to 3 g/dm 3 are mixed, and an alkali solution is added to the mixed scandium-containing solution to achieve pH = 4.5-5.5. Scandium sulfate Sc 2 (SO 4 ) 3 is precipitated from the sulfate solution at pH = 4.5-5.5, not containing impurities, including thorium, REE, hafnium, zirconium, yttrium, titanium and other rare and trace elements.

Далее следует стадия повторной обработки сернокислого раствора каустической щелочью до рН не более 5,6 для селективного осаждения скандия, и после фильтрации получают циркониевый концентрат и скандий-содержащий раствор. Проводят обработку полученного основного сульфата скандия щавелевой кислотой при соотношении Sc(OH)SО4 : H2C2O4×2H2O = 1 : 1,2 (по массе) в течение не менее 1 часа при температуре не ниже 60 °С для конверсии в оксалат скандия (Sc2(C2O4)3). Фильтруют полученный осадок оксалата скандия и прокаливают оксалат скандия при температуре не ниже 860 °С в течение не менее 2-х часов для удаления всего углерода из оксалата скандия Sc2(C2O4)3 и получения чистого оксида скандия.This is followed by a stage of repeated treatment of the sulfuric acid solution with caustic alkali to a pH of no more than 5.6 for selective precipitation of scandium, and after filtration, a zirconium concentrate and a scandium-containing solution are obtained. The obtained basic scandium sulfate is treated with oxalic acid at a ratio of Sc(OH)SO 4 : H 2 C 2 O 4 ×2H 2 O = 1 : 1.2 (by weight) for at least 1 hour at a temperature of at least 60 °C for conversion to scandium oxalate (Sc 2 (C 2 O 4 ) 3 ). The resulting scandium oxalate precipitate is filtered and the scandium oxalate is calcined at a temperature of at least 860 °C for at least 2 hours to remove all the carbon from the scandium oxalate Sc 2 (C 2 O 4 ) 3 and obtain pure scandium oxide.

Предлагаемая технология позволяет получать оксид скандия с чистотой ≥ 2N, а именно, Sc2O3 ≥ 99 масс.%.The proposed technology allows obtaining scandium oxide with a purity of ≥ 2N, namely, Sc 2 O 3 ≥ 99 wt.%.

В важные отличия нового способа входит стадия активации красного шлама перед содово-бикарбонатным выщелачиванием при температуре ≤ 40 °С и времени активации не менее 8 часов, что позволяет повысить извлечение скандия примерно в 2 раза с 20-25% до 40-45%. Операция активации вскрывает поверхность частиц красного шлама за счёт разрушения «сетчатой» структуры. Так называемая «сетчатая» структура образуется в красном шламе при получении глинозёма из бокситов по способу Байера. Для быстрого и эффективного разделения алюминатного раствора и красного шлама в промышленности используют специальные синтетические флокулянты на основе органических соединений. Флокулятны представляют собой длинные углеродные цепи из нескольких миллионов углеродных единиц с активными радикалами на концах цепи. Эти флокулянты за счёт длины цепи и активных радикалов соединяют основные фазы красного шлама в более крупные, хорошо осаждающиеся частицы, в виде трёхмерной сетки, в узлах которой крупные частицы оксида железа (гематита) с низким зарядом поверхности (дзетта-потенциалом) и «сшивающих» гематит тонкодисперсных гидроалюмосиликатов натрия с высоким дзетта-потенциалом. Извлекаемый скандий абсорбирован на поверхности частиц красного шлама, но из-за «сетчатой» структуры у содово-бикарбонатного раствора нет доступа к поверхности. При операции активации идёт разрушение сетчатой структуры и открывается поверхность шлама. Стадия активации важна для разрушения «сетчатой» структуры, образующейся под воздействием синтетических флокулянтов в глинозёмном производстве, а также снижает вторичные потери скандия из-за его связывания в начале процесса содово-бикарбонатного выщелачивания в плохо растворимый AlScO3. Алюминий в растворе появляется вследствие разложения части кальциевых гидрогранатов и гидроалюмосиликатов натрия, содержащихся в красном шламе, при взаимодействии с бикарбонатом натрия NaHCO3. Таким образом стадия активации позволяет разнести процессы разложения гидроалюмосиликатов натрия и гидрогранатов и выщелачиванием скандия в жидкую фазу.The important differences of the new method include the stage of red mud activation before soda-bicarbonate leaching at a temperature of ≤ 40 °C and an activation time of at least 8 hours, which allows to increase scandium extraction by approximately 2 times from 20-25% to 40-45%. The activation operation opens the surface of red mud particles by destroying the "mesh" structure. The so-called "mesh" structure is formed in red mud during the production of alumina from bauxite using the Bayer method. For fast and effective separation of aluminate solution and red mud, special synthetic flocculants based on organic compounds are used in industry. Flocculants are long carbon chains of several million carbon units with active radicals at the ends of the chain. These flocculants, due to the chain length and active radicals, connect the main phases of the red mud into larger, well-precipitated particles in the form of a three-dimensional network, in the nodes of which there are large particles of iron oxide (hematite) with a low surface charge (zeta potential) and finely dispersed sodium hydroaluminosilicates with a high zeta potential that “crosslink” the hematite. The extracted scandium is absorbed on the surface of the red mud particles, but due to the “mesh” structure, the soda-bicarbonate solution does not have access to the surface. During the activation operation, the mesh structure is destroyed and the surface of the mud is exposed. The activation stage is important for the destruction of the “mesh” structure formed under the influence of synthetic flocculants in alumina production, and also reduces secondary scandium losses due to its binding at the beginning of the soda-bicarbonate leaching process into poorly soluble AlScO 3 . Aluminum in the solution appears as a result of the decomposition of a portion of calcium hydrogarnets and sodium hydroaluminosilicates contained in the red mud, when interacting with sodium bicarbonate NaHCO 3 . Thus, the activation stage allows separating the processes of decomposition of sodium hydroaluminosilicates and hydrogarnets and leaching of scandium into the liquid phase.

Также важным отличием способа является использование в качестве «собирателя» скандия свежеосаждённого гидроксида алюминия, получающегося при смешении продукционного Sc-содержащего содово-бикарбонатного раствора с высокомодульным щелочно-алюминатным раствором из глинозёмного производства. Эта операция позволила заменить сорбцию скандия и/или двухстадийный гидролиз скандия из продукционного содово-бикарбонатного раствора. Процесс концентрирования скандия на гидроксиде алюминия позволяет управлять примесным составом в первичном скандий-содержащем концентрате, т.е. получать два вида первичного скандий-содержащего концентрата с различным составом примесей. Another important difference of the method is the use of freshly precipitated aluminum hydroxide as a scandium "collector", obtained by mixing the production Sc-containing soda-bicarbonate solution with a high-modulus alkali-aluminate solution from alumina production. This operation made it possible to replace scandium sorption and/or two-stage scandium hydrolysis from the production soda-bicarbonate solution. The process of concentrating scandium on aluminum hydroxide makes it possible to control the impurity composition in the primary scandium-containing concentrate, i.e. to obtain two types of primary scandium-containing concentrate with different impurity compositions.

В зависимости от соотношения продукционного скандий-содержащего раствора с щелочно-алюминатным раствором получают:Depending on the ratio of the scandium-containing production solution to the alkali-aluminate solution, the following is obtained:

- концентрат с содержанием Sc2O3 от 0,1 до < 1,0 масс.%, с низким содержанием иттрия, тория, и высоким содержанием циркония; смешение ведется из расчета содержания Na2O каустическое после смешения 1-5 г/дм3; этот концентрат используется для получения оксида скандия с чистотой 2N;- concentrate with Sc2O3 content from 0.1 to <1.0 wt.%, with low yttrium, thorium, and high zirconium content; mixing is carried out based on the content of Na2O caustic after mixing 1-5 g/ dm3 ; this concentrate is used to obtain scandium oxide with a purity of 2N;

- концентрат с содержанием оксида скандия от 1 до 4 масс.% и высоким содержанием иттрия, тория, РЗМ; смешение ведется из расчета содержания Na2O каустическое после смешения 5,1-20 г/дм3; концентрат является товарной продукцией, реализуемой на рынке, или может использоваться для получения оксида скандия с чистотой 2N.- concentrate with scandium oxide content from 1 to 4 wt.% and high content of yttrium, thorium, REE; mixing is carried out based on the content of Na 2 O caustic after mixing 5.1-20 g/dm 3 ; the concentrate is a commercial product sold on the market, or can be used to obtain scandium oxide with a purity of 2N.

Двухстадийное выщелачивание первичного скандий-содержащего концентрата щелочно-алюминатным раствором и содово-бикарбонатным раствором позволяет избавиться от более 90% примесей, в т.ч. титана, циркония, железа, алюминия, кальция и других. Сернокислотная перечистка концентрата с содержанием Sc2O3 от 0,1 до 0,3 масс.% при pH от 4,5 до 5,5, позволяет очистить скандий от тория и других примесей и создать условия для получения в дальнейшем циркониевого концентрата, что повышает глубину переработки бокситов.Two-stage leaching of primary scandium-containing concentrate with alkali-aluminate solution and soda-bicarbonate solution allows to get rid of more than 90% of impurities, including titanium, zirconium, iron, aluminum, calcium and others. Sulfuric acid re-cleaning of concentrate with Sc2O3 content from 0.1 to 0.3 wt.% at pH from 4.5 to 5.5 allows to purify scandium from thorium and other impurities and create conditions for further obtaining of zirconium concentrate, which increases the depth of bauxite processing.

На фиг. 1 приведена общая блок-схема, включающая технологию получения скандий-содержащего концентрата с содержанием Sc2O3 от 0,1 до 4,0 масс.%, его перечистку до оксида скандия с чистотой 2N, и циркониевого концентрата.Fig. 1 shows a general block diagram including the technology for obtaining scandium-containing concentrate with a Sc2O3 content of 0.1 to 4.0 wt.%, its refining to scandium oxide with a purity of 2N, and zirconium concentrate.

Как было отмечено выше, основной задачей изобретения и в целом технологии производства оксида скандия является достижение максимально высокого извлечения скандия при переработке красного шлама. Например, повышение извлечения скандия из красного шлама, полученного при переработке смеси бокситов Северо-Уральского бокситового района и Средне-Тиманского бокситового района с 20-25% до 40-45% сокращает удельное количество перерабатываемого шлама с 28 до 16 тонн на 1 кг получаемого товарного оксида скандия с чистотой 2N. Извлечение из красного шлама помимо скандия циркониевого концентрата, позволяет снизить себестоимость производства оксида скандия на 20% и более.As noted above, the main objective of the invention and the scandium oxide production technology as a whole is to achieve the highest possible scandium extraction during red mud processing. For example, increasing scandium extraction from red mud obtained during processing of a mixture of bauxites from the North Ural bauxite region and the Middle Timan bauxite region from 20-25% to 40-45% reduces the specific amount of processed mud from 28 to 16 tons per 1 kg of the obtained commercial scandium oxide with a purity of 2N. Extraction of zirconium concentrate from red mud in addition to scandium allows to reduce the cost of scandium oxide production by 20% or more.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В таблице 1 приведён типичный состав красного шлама, который используется для содово-бикарбонатного выщелачивания скандия.Table 1 shows a typical composition of red mud used for soda-bicarbonate leaching of scandium.

Таблица 1Table 1

Наименование пробыSample name Содержание, масс.%Content, mass% Sc2O3 Sc2O3 ZrO2 ZrO2 TiO2 TiO2 P2O5 P2O5 YY ThTh ΣРЗМ
(сумма РЗМ)
ΣРЗМ
(amount of REE)
Исходный
красный шлам
Original
red mud
0,0170,017 0,0960.096 4,374.37 1,1211,121 0,0440.044 0,0080,008 0,20.2

В таблице 2 приведены примеры влияния режимов активации красного шлама на извлечение скандия при содово-бикарбонатном выщелачивании (температура, время, концентрация раствора по Na2Oбкб) на извлечение скандия при содово-бикарбонатном выщелачивании.Table 2 shows examples of the influence of red mud activation modes on scandium extraction during soda-bicarbonate leaching (temperature, time, solution concentration by Na2O bkb ) on scandium extraction during soda-bicarbonate leaching.

Таблица 2 Table 2


п/п
No.
p/p
Время
активации, час
Time
activation, hour
Температура активации, °СActivation temperature, °C Состав раствора, г/дм3 Solution composition, g/ dm3 Извлечение скандия, масс.%Scandium extraction, wt.%
Na2Oбкб Na 2 O bkb Na2Oугл Na 2 O carbon 11 00 00 2020 100100 2323 22 1010 4040 1717 100100 4040 33 55 3535 2020 100100 3030 44 1010 5555 2020 100100 1818 55 1010 3535 1010 100100 2020 66 1010 3535 2020 100100 4040

Примеры 2 и 6 в таблице 2 наиболее эффективны, так как позволяют максимально перевести скандий из твердой фазы в раствор.Examples 2 and 6 in Table 2 are the most effective, as they allow the maximum transfer of scandium from the solid phase to solution.

Оптимальная температура и время для стадии активации красного шлама были подобраны экспериментально и зависели от следующих условий:The optimum temperature and time for the red mud activation stage were selected experimentally and depended on the following conditions:

– необходимости разнести два процесса: 1) процесс разложения трёхкальциевого гидроалюмината 3CaO*Al2O3*6H2O до карбоната кальция CaCO3 и гидрокарбоалюмината кальция и 2) процесс выщелачивания скандия из красного шлама в содово-бикарбонатный раствор. Задача была не допустить связывания освобождающемся при первом процессе алюминием - скандия в инертное соединение - двойной оксид AlScO3. Поэтому процесс активации велся при температуре не более 40 °С, а выщелачивание при температуре выше 80 °С, подобранные экспериментально, как оптимальные;– the need to separate two processes: 1) the process of decomposition of tricalcium hydroaluminate 3CaO*Al 2 O 3 *6H 2 O to calcium carbonate CaCO 3 and calcium hydrocarboaluminate and 2) the process of leaching scandium from red mud into a soda-bicarbonate solution. The task was to prevent the binding of scandium released during the first process by aluminum into an inert compound - double oxide AlScO 3 . Therefore, the activation process was carried out at a temperature of no more than 40 °C, and leaching at a temperature above 80 °C, selected experimentally as optimal;

– время активации также было обусловлено необходимостью разрушить «сетчатую» структуру красного шлама, которая образовалась из-за использования в процессе для ускорения сгущения промывки синтетических флокулянтов.– the activation time was also determined by the need to destroy the “mesh” structure of the red mud, which was formed due to the use of synthetic flocculants in the process to accelerate the thickening of the washing.

Если не использовать стадию активации, то извлечение скандия снижается, что и показано в таблице 2.If the activation stage is not used, the scandium extraction decreases, as shown in Table 2.

В таблице 3 показано влияние соотношения при смешивании продукционного скандий-содержащего раствора и щелочно-алюминатного раствора следующего состава (г/дм3): Na2Oобщ = 90-320; Na2Oку = 70-290; Al2O3 = 35-150 в соотношении от 10 : 1 до 20 : 1 (по объёму) и времени выдержки с перемешиванием в течение не менее 3 часов при температуре 50-98 °С для получения осадка первичного скандий-содержащего концентрата.Table 3 shows the effect of the mixing ratio of the production scandium-containing solution and the alkali-aluminate solution of the following composition (g/ dm3 ): Na2O total = 90-320; Na2O ku = 70-290; Al2O3 = 35-150 in a ratio of 10 :1 to 20:1 (by volume) and a holding time with stirring for at least 3 hours at a temperature of 50-98 °C to obtain a precipitate of primary scandium-containing concentrate.

Таблица 3Table 3


п/п
No.
p/p
Соотношение продукц-го
Sc-содерж. р-ра и щелочно-алюминат. р-ра (по объёму)
Product ratio
Sc-content of solution and alkali-aluminate solution (by volume)
Температура процесса,
°С
Process temperature,
°C
Содержание Sc2O3
масс. %
Sc2O3 content
mass %
Сумма примесей ZrO2, TiO2, Y2O3, Th, РЗМ, масс. %Sum of impurities ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , Th, REE, wt. %
11 20 : 120:1 5555 4,04.0 4545 22 10 : 110:1 6060 0,10,1 5,05.0 33 8 : 18:1 6060 0,040.04 3,53.5 44 10 : 110:1 8080 0,10,1 5,05.0 55 25 : 125:1 6060 Процесс не идёт, Sc-содержащий осадок не образовалсяThe process does not proceed, Sc-containing sediment has not formed 66 20 : 120:1 4040 Процесс не идёт, образовавшийся гелеобразный Sc-содержащий осадок не фильтруетсяThe process does not proceed, the resulting gel-like Sc-containing sediment is not filtered 77 20 : 120:1 100100 Процесс не идёт, образовавшийся гелеобразный Sc-содержащий осадок не фильтруетсяThe process does not proceed, the resulting gel-like Sc-containing sediment is not filtered

Примеры 1-4 в таблице 3 показывают, что проведение смешивания продукционного скандий-содержащего раствора и щелочно-алюминатного раствора в защищаемом диапазоне температур и соотношений объемов, позволяют получить фильтруемый осадок, пригодный к дальнейшей переработке на оксид скандия.Examples 1-4 in Table 3 show that mixing the production scandium-containing solution and the alkali-aluminate solution in the protected range of temperatures and volume ratios allows obtaining a filterable precipitate suitable for further processing into scandium oxide.

В таблице 4 показано влияние водородного потенциала (pH) и температуры при двух-стадийном селективном сернокислотном выщелачивании скандий-содержащего гидролизного концентрата на извлечение скандия в раствор.Table 4 shows the influence of hydrogen potential (pH) and temperature during two-stage selective sulfuric acid leaching of scandium-containing hydrolysis concentrate on the extraction of scandium into solution.

Таблица 4Table 4


п/п
No.
p/p
pH 1-й стадии
сернокислотного выщелачивания
pH 1st stage
sulfuric acid leaching
pH 2-й стадии
сернокислотного выщелачивания
pH 2nd stage
sulfuric acid leaching
Температура процесса на
1-й и 2-й стадиях, °С
Process temperature on
1st and 2nd stages, °C
Извлечение Sc2O3
в раствор, масс.%
Extraction of Sc2O3
in solution, mass%
11 4,04.0 2,12.1 8585 9090 22 3,73.7 2,02.0 7575 8585 33 3,73.7 2,32,3 8080 8383 44 4,34.3 2,02.0 8080 8383 55 4,04.0 2,52.5 8585 7070 66 4,04.0 1,81.8 8585 Пульпа не фильтруетсяThe pulp is not filtered 77 4,04.0 2,12.1 6060 5050 88 5,05.0 2,12.1 8585 3030

В примерах 1-4 таблицы 4 извлечение скандия из твердой фазы в раствор составило более 80 масс.%, что подтверждает достижение преимуществ предложенным способом по сравнению с аналогами и прототипом.In examples 1-4 of Table 4, the extraction of scandium from the solid phase into solution was more than 80 wt.%, which confirms the achievement of advantages by the proposed method in comparison with analogues and the prototype.

С учетом приведенного описания и примеров, объем правовой охраны испрашивается на способ переработки красного шлама для получения оксида скандия, включающий фильтрацию красного шлама от жидкой фразы, репульпацию кека красного шлама содово-бикарбонатным раствором, барботаж шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей углекислый газ, карбонизационное выщелачивание шламовой пульпы содово-бикарбонатным раствором с получением скандий-содержащего раствора, его фильтрацию на фильтре с получением продукционного скандий-содержащего раствора, отличающийся тем, что барботаж проводят для активации соединений скандия в шламе и достижения в жидкой части pH ≤ 10,5, после чего проводят карбонизационное выщелачивание, после фильтрации смешивают продукционный скандий-содержащий раствор с щелочно-алюминатным раствором с получением осадка первичного скандий-содержащего гидроксида алюминия с содержанием оксида скандия от 0,1 до 4 масс.%, фильтруют первичный Sc-содержащий гидроксид алюминия и повторно выщелачивают щелочно-алюминатным раствором, далее фильтруют с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора с концентрацией по скандию не менее 0,05 г/дм3 и нерастворимого осадка, отфильтровывают нерастворимый осадок, повторно выщелачивают нерастворимый осадок содово-бикарбонатным раствором с получением скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора с содержанием Sc2O3 не менее 0,05 г/дм3, отфильтровывают полученный раствор, смешивают скандий-содержащий щелочно-алюминатный раствор и скандий-содержащий содово-бикарбонатный раствор с получением при смешении гидролизного скандий-содержащего концентрата с содержанием Sc2O3 от 4 до 12 масс.%, отфильтрованный скандий-содержащий гидролизный концентрат подвергают двухстадийному сернокислотному выщелачиванию, при этом на 1-ой стадии pH составляет 3,7-4,3, на 2-й стадии pH составляет 2,0-2,3 с извлечением скандия в сернокислый раствор, отфильтрованные после 1-й и 2-й стадий сернокислые скандий-содержащие растворы смешивают и добавляют раствор щелочи для достижения pH 4,5-5,5 с осаждением сульфата скандия, не содержащего примесные элементы, затем повторно обрабатывают каустической щелочью до рН не более 5,6 для селективного осаждения скандия, после чего сульфат скандия обрабатывают раствором серной кислоты с получением основного сульфата скандия, полученный основной сульфат скандия обрабатывают щавелевой кислотой для конверсии в оксалат скандия, фильтруют полученный осадок оксалата скандия, прокаливают оксалат скандия для удаления углерода и получения оксида скандия, содержащего не менее 99,0 масс.% Sc2O3 в прокалённом продукте. Taking into account the above description and examples, the scope of legal protection is claimed for a method for processing red mud to obtain scandium oxide, including filtering red mud from liquid phase, repulping red mud cake with a soda-bicarbonate solution, bubbling the sludge pulp with a gas-air mixture containing carbon dioxide, carbonation leaching of the sludge pulp with a soda-bicarbonate solution to obtain a scandium-containing solution, filtering it on a filter to obtain a production scandium-containing solution, characterized in that bubbling is carried out to activate scandium compounds in the sludge and achieve a pH of ≤ 10.5 in the liquid portion, after which carbonation leaching is carried out, after filtration the production scandium-containing solution is mixed with an alkali-aluminate solution to obtain a primary precipitate scandium-containing aluminum hydroxide with a scandium oxide content of 0.1 to 4 wt.%, filtering the primary Sc-containing aluminum hydroxide and re-leaching with an alkali-aluminate solution, then filtering to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution with a scandium concentration of at least 0.05 g/dm 3 and an insoluble precipitate, filtering the insoluble precipitate, re-leaching the insoluble precipitate with a soda-bicarbonate solution to obtain a scandium-containing soda-bicarbonate solution with a Sc 2 O 3 content of at least 0.05 g/dm 3 , filtering the resulting solution, mixing the scandium-containing alkali-aluminate solution and the scandium-containing soda-bicarbonate solution to obtain, upon mixing, a hydrolysis scandium-containing concentrate with a Sc2O3 content of 4 to 12 wt.%, the filtered scandium-containing hydrolysis concentrate is subjected to a two-stage sulfuric acid leaching, wherein at the 1st stage the pH is 3.7-4.3, at the 2nd stage the pH is 2.0-2.3 with the extraction of scandium into a sulfuric acid solution, the scandium-containing sulfuric acid solutions filtered after the 1st and 2nd stages are mixed and an alkali solution is added to achieve a pH of 4.5-5.5 with the precipitation of scandium sulfate that does not contain impurity elements, then re-treated with caustic alkali to a pH of no more than 5.6 for the selective precipitation of scandium, after which scandium sulfate is treated with a sulfuric acid solution to obtain basic scandium sulfate, the resulting basic scandium sulfate is treated with oxalic acid for conversion into scandium oxalate, filter the resulting scandium oxalate precipitate, calcine the scandium oxalate to remove carbon and obtain scandium oxide containing at least 99.0 wt.% Sc 2 O 3 in the calcined product.

Предпочтительно барботаж проводят при температуре не выше 40 °С в течение ≥ 10 часов для активации соединений скандия в шламе и достижения в жидкой части pH ≤ 10,5, после чего проводят карбонизационное выщелачивание при температуре не ниже 80 °С, после фильтрации смешивают продукционный скандий-содержащий раствор с щелочно-алюминатным раствором в соотношении от 10:1 до 20:1 по объёму при температуре 50-98 °С с получением осадка первичного скандий-содержащего гидроксида алюминия с содержанием оксида скандия от 0,1 до 4 масс.%, фильтруют первичный Sc-содержащий гидроксид алюминия и повторно выщелачивают щелочно-алюминатным раствором при температуре 60-95 °С и соотношении Жидкое : Твердое не менее 3 : 1 по массе в течение не менее 1 часа, фильтруют с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора с концентрацией по скандию не менее 0,05 г/дм3 и нерастворимого осадка, отфильтровывают нерастворимый осадок, повторно выщелачивают нерастворимый осадок содово-бикарбонатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 120-140, Na2Oбкб = 10-20 при температуре 60-95 °С и соотношении Жидкое : Твердое не менее 3 : 1 по массе в течение не менее 1 часа с получением скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора с содержанием Sc2O3 не менее 0,05 г/дм3, при этом далее полученный основной сульфат скандия обрабатывают щавелевой кислотой при соотношении Sc(OH)SО4 : H2C2O4×2H2O = 1 : 1,2 по массе в течение не менее 1 часа при температуре не ниже 60 °С для конверсии в оксалат скандия, фильтруют полученный осадок оксалата скандия, прокаливают оксалат скандия при температуре не ниже 860 °С в течение не менее 2-х часов для удаления углерода и получения оксида скандия.Preferably, bubbling is carried out at a temperature of no more than 40 °C for ≥ 10 hours to activate scandium compounds in the sludge and achieve a pH of ≤ 10.5 in the liquid portion, after which carbonation leaching is carried out at a temperature of no lower than 80 °C, after filtration, the scandium-containing production solution is mixed with an alkali-aluminate solution in a ratio of 10:1 to 20:1 by volume at a temperature of 50-98 °C to obtain a precipitate of primary scandium-containing aluminum hydroxide with a scandium oxide content of 0.1 to 4 wt.%, the primary Sc-containing aluminum hydroxide is filtered and re-leached with an alkali-aluminate solution at a temperature of 60-95 °C and a Liquid:Solid ratio of at least 3:1 by weight for at least 1 hour, filtered to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution with a scandium concentration of at least 0.05 g/ dm3 and an insoluble precipitate, filtered off the insoluble precipitate, re-leached the insoluble precipitate with a soda-bicarbonate solution of the composition (g/ dm3 ): Na2O total = 120-140, Na2O bkb = 10-20 at a temperature of 60-95 °C and a Liquid: Solid ratio of at least 3: 1 by weight for at least 1 hour to obtain a scandium-containing soda- bicarbonate solution with a Sc2O3 content of at least 0.05 g/ dm3 , while the resulting basic scandium sulfate is then treated with oxalic acid at a ratio of Sc(OH) SO4 : H2C 2 O 4 ×2H 2 O = 1 : 1.2 by weight for at least 1 hour at a temperature of at least 60 °C for conversion to scandium oxalate, filter the resulting scandium oxalate precipitate, calcine the scandium oxalate at a temperature of at least 860 °C for at least 2 hours to remove carbon and obtain scandium oxide.

Целесообразно барботаж на стадии активации проводить газовоздушной смесью, содержащей не менее 3 об.% углекислого газа. На стадии смешения продукционного скандий-содержащий раствора и щелочно-алюминатного раствора, предпочтительно используют состав щелочно-алюминатного раствора (г/дм3): Na2Oобщ = 90-320; Na2Oку =70-290; Al2O3 = 35-150, при этом смесь перемешивают и выдерживают не менее 3 часов. Повторное выщелачивание скандий-содержащего гидроксида алюминия проводят щелочно-алюминатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 290-380 г/дм3; Na2Oку = 260-350 г/дм3; Al2O3 = 130-190 г/дм3. Отфильтрованный после двух-стадийного сернокислотного выщелачивания сернокислый скандий-содержащий раствор содержит Sc2O3 от 0,8 до 3 г/дм3. Концентрация серной кислоты Н24 при обработке сульфата скандия составляет 100-350 г/дм3.It is advisable to carry out bubbling at the activation stage with a gas-air mixture containing at least 3 vol.% carbon dioxide. At the stage of mixing the production scandium-containing solution and the alkali-aluminate solution, it is preferable to use the composition of the alkali-aluminate solution (g/dm 3 ): Na 2 O total = 90-320; Na 2 O ku = 70-290; Al 2 O 3 = 35-150, while the mixture is stirred and held for at least 3 hours. Repeated leaching of scandium-containing aluminum hydroxide is carried out with an alkali-aluminate solution of the composition (g/dm 3 ): Na 2 O total = 290-380 g/dm 3 ; Na 2 O ku = 260-350 g/dm 3 ; Al 2 O 3 = 130-190 g/dm 3 . The scandium-containing sulfate solution filtered after two-stage sulfuric acid leaching contains Sc 2 O 3 from 0.8 to 3 g/dm 3 . The concentration of sulfuric acid H 2 SO 4 during the processing of scandium sulfate is 100-350 g/dm 3 .

Claims (7)

1. Способ переработки красного шлама для получения оксида скандия, включающий фильтрацию красного шлама от жидкой фазы, репульпацию кека красного шлама содово-бикарбонатным раствором, барботаж шламовой пульпы газовоздушной смесью, содержащей углекислый газ, карбонизационное выщелачивание шламовой пульпы содово-бикарбонатным раствором с получением скандий-содержащего раствора, его фильтрацию на фильтре с получением продукционного скандий-содержащего раствора, отличающийся тем, что барботаж проводят для активации соединений скандия в шламе и достижения в жидкой части pH ≤ 10,5, после чего проводят карбонизационное выщелачивание, после фильтрации смешивают продукционный скандий-содержащий раствор с щелочно-алюминатным раствором с получением осадка первичного скандий-содержащего гидроксида алюминия с содержанием оксида скандия от 0,1 до 4 мас.%, фильтруют первичный Sc-содержащий гидроксид алюминия и повторно выщелачивают щелочно-алюминатным раствором, далее фильтруют с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора с концентрацией по скандию не менее 0,05 г/дм3 и нерастворимого осадка, отфильтровывают нерастворимый осадок, повторно выщелачивают нерастворимый осадок содово-бикарбонатным раствором с получением скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора с содержанием Sc2O3 не менее 0,05 г/дм3, отфильтровывают полученный раствор, смешивают скандий-содержащий щелочно-алюминатный раствор и скандий-содержащий содово-бикарбонатный раствор с получением при смешении гидролизного скандий-содержащего концентрата с содержанием Sc2O3 от 4 до 12 мас.%, отфильтрованный скандий-содержащий гидролизный концентрат подвергают двухстадийному сернокислотному выщелачиванию, при этом на 1-й стадии pH составляет 3,7-4,3, на 2-й стадии pH составляет 2,0-2,3 с извлечением скандия в сернокислый раствор, отфильтрованные после 1-й и 2-й стадий сернокислые скандий-содержащие растворы смешивают и добавляют раствор щелочи для достижения pH 4,5-5,5 с осаждением сульфата скандия, не содержащего примесные элементы, затем обрабатывают каустической щелочью до рН не более 5,6 для селективного осаждения скандия, после чего сульфат скандия обрабатывают раствором серной кислоты с получением основного сульфата скандия, полученный основной сульфат скандия обрабатывают щавелевой кислотой для конверсии в оксалат скандия, фильтруют полученный осадок оксалата скандия, прокаливают оксалат скандия для удаления углерода и получения оксида скандия, содержащего не менее 99,0 мас.% Sc2O3 в прокалённом продукте.1. A method for processing red mud to obtain scandium oxide, comprising filtering red mud from the liquid phase, repulping the red mud cake with a soda-bicarbonate solution, bubbling the sludge pulp with a gas-air mixture containing carbon dioxide, carbonation leaching of the sludge pulp with a soda-bicarbonate solution to obtain a scandium-containing solution, filtering it on a filter to obtain a production scandium-containing solution, characterized in that bubbling is carried out to activate scandium compounds in the sludge and achieve a pH of ≤ 10.5 in the liquid portion, after which carbonation leaching is carried out, after filtration the production scandium-containing solution is mixed with an alkali-aluminate solution to obtain a precipitate of primary scandium-containing aluminum hydroxide containing oxide scandium from 0.1 to 4 wt.%, filter the primary Sc-containing aluminum hydroxide and re-leach it with an alkali-aluminate solution, then filter it to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution with a scandium concentration of at least 0.05 g/dm 3 and an insoluble precipitate, filter off the insoluble precipitate, re-leach the insoluble precipitate with a soda-bicarbonate solution to obtain a scandium-containing soda-bicarbonate solution with a Sc 2 O 3 content of at least 0.05 g/dm 3 , filter off the resulting solution, mix the scandium-containing alkali-aluminate solution and the scandium-containing soda-bicarbonate solution to obtain, upon mixing, a hydrolytic scandium-containing concentrate with a Sc 2 O 3 content of 4 up to 12 wt.%, the filtered scandium-containing hydrolysis concentrate is subjected to a two-stage sulfuric acid leaching, wherein at the 1st stage the pH is 3.7-4.3, at the 2nd stage the pH is 2.0-2.3 with the extraction of scandium into a sulfuric acid solution, the scandium-containing sulfuric acid solutions filtered after the 1st and 2nd stages are mixed and an alkali solution is added to achieve a pH of 4.5-5.5 with the precipitation of scandium sulfate that does not contain impurity elements, then treated with caustic alkali to a pH of no more than 5.6 for the selective precipitation of scandium, after which scandium sulfate is treated with a sulfuric acid solution to obtain basic scandium sulfate, the resulting basic scandium sulfate is treated with oxalic acid for conversion to scandium oxalate, the resulting oxalate precipitate is filtered scandium, calcining scandium oxalate to remove carbon and obtain scandium oxide containing at least 99.0 wt.% Sc 2 O 3 in the calcined product. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что барботаж проводят при температуре не выше 40°С в течение ≥ 10 часов для активации соединений скандия в шламе и достижения в жидкой части pH ≤ 10,5, после чего проводят карбонизационное выщелачивание при температуре не ниже 80°С, после фильтрации смешивают продукционный скандий-содержащий раствор с щелочно-алюминатным раствором в соотношении от 10:1 до 20:1 по объёму при температуре 50-98°С с получением осадка первичного скандий-содержащего гидроксида алюминия с содержанием оксида скандия от 0,1 до 4 мас.%, фильтруют первичный Sc-содержащий гидроксид алюминия и повторно выщелачивают щелочно-алюминатным раствором при температуре 60-95°С и соотношении Жидкое : Твердое не менее 3 : 1 по массе в течение не менее 1 часа, фильтруют с получением скандий-содержащего щелочно-алюминатного раствора с концентрацией по скандию не менее 0,05 г/дм3 и нерастворимого осадка, отфильтровывают нерастворимый осадок, повторно выщелачивают нерастворимый осадок содово-бикарбонатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 120-140, Na2Oбкб = 10-20 при температуре 60-95°С и соотношении Жидкое : Твердое не менее 3 : 1 по массе в течение не менее 1 часа с получением скандий-содержащего содово-бикарбонатного раствора с содержанием Sc2O3 не менее 0,05 г/дм3, при этом далее полученный основной сульфат скандия обрабатывают щавелевой кислотой при соотношении Sc(OH)SО4:H2C2O4×2H2O = 1 : 1,2 по массе в течение не менее 1 часа при температуре не ниже 60°С для конверсии в оксалат скандия, фильтруют полученный осадок оксалата скандия, прокаливают оксалат скандия при температуре не ниже 860°С в течение не менее 2-х часов для удаления углерода и получения оксида скандия.2. The method according to claim 1, characterized in that bubbling is carried out at a temperature of no higher than 40 °C for ≥ 10 hours to activate scandium compounds in the sludge and achieve a pH of ≤ 10.5 in the liquid portion, after which carbonation leaching is carried out at a temperature of no lower than 80 °C, after filtration, the scandium-containing production solution is mixed with an alkali-aluminate solution in a ratio of 10:1 to 20:1 by volume at a temperature of 50-98 °C to obtain a precipitate of primary scandium-containing aluminum hydroxide with a scandium oxide content of 0.1 to 4 wt.%, the primary Sc-containing aluminum hydroxide is filtered and re-leached with an alkali-aluminate solution at a temperature of 60-95 °C and a Liquid:Solid ratio of at least 3:1 by weight for at least 1 hour, filtered to obtain a scandium-containing alkali-aluminate solution with a scandium concentration of at least 0.05 g/ dm3 and an insoluble precipitate, filtered off the insoluble precipitate, re-leached the insoluble precipitate with a soda-bicarbonate solution of the composition (g/ dm3 ): Na2O total = 120-140, Na2O bkb = 10-20 at a temperature of 60-95°C and a Liquid:Solid ratio of at least 3:1 by weight for at least 1 hour to obtain a scandium-containing soda-bicarbonate solution with a Sc2O3 content of at least 0.05 g/ dm3 , and then the resulting basic scandium sulfate is treated with oxalic acid at a ratio of Sc(OH) SO4 : H2C2O4 × 2H2O = 1: 1.2 by weight for at least 1 hour at a temperature of at least 60°C for conversion to scandium oxalate, filter the resulting scandium oxalate precipitate, calcine the scandium oxalate at a temperature of at least 860°C for at least 2 hours to remove carbon and obtain scandium oxide. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что барботаж на стадии активации проводят газовоздушной смесью, содержащей не менее 3 об.% углекислого газа.3. The method according to paragraph 1 or 2, characterized in that bubbling at the activation stage is carried out with a gas-air mixture containing at least 3 vol.% carbon dioxide. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на стадии смешения продукционного скандий-содержащего раствора и щелочно-алюминатного раствора используют состав щелочно-алюминатного раствора (г/дм3): Na2Oобщ = 90-320, Na2Oку =70-290, Al2O3 = 35-150, при этом смесь перемешивают и выдерживают не менее 3 часов.4. The method according to paragraph 1 or 2, characterized in that at the stage of mixing the production scandium-containing solution and the alkali-aluminate solution, the composition of the alkali-aluminate solution is used (g/ dm3 ): Na2O total = 90-320, Na2O ku = 70-290, Al2O3 = 35-150 , wherein the mixture is stirred and held for at least 3 hours. 5. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что повторное выщелачивание скандий-содержащего гидроксида алюминия проводят щелочно-алюминатным раствором состава (г/дм3): Na2Oобщ = 290-380 г/дм3, Na2Oку = 260-350 г/дм3, Al2O3 = 130-190 г/дм3.5. The method according to item 1 or 2, characterized in that the repeated leaching of scandium-containing aluminum hydroxide is carried out with an alkali-aluminate solution of the composition (g/ dm3 ): Na2O total = 290-380 g/ dm3 , Na2O cu = 260-350 g/ dm3 , Al2O3 = 130-190 g/ dm3 . 6. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что отфильтрованный после двухстадийного сернокислотного выщелачивания сернокислый скандий-содержащий раствор содержит Sc2O3 от 0,8 до 3 г/дм3.6. The method according to item 1 or 2, characterized in that the scandium-containing sulfate solution filtered after two-stage sulfuric acid leaching contains Sc 2 O 3 from 0.8 to 3 g/dm 3 . 7. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что концентрация серной кислоты Н24 при обработке сульфата скандия составляет 100-350 г/дм3.7. The method according to item 1 or 2, characterized in that the concentration of sulfuric acid H2SO4 during the processing of scandium sulfate is 100-350 g/ dm3 .
RU2024127657A 2024-09-19 Method of processing red mud to produce scandium oxide RU2840984C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2840984C1 true RU2840984C1 (en) 2025-05-30

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483131C1 (en) * 2011-12-26 2013-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН Method of making scandium oxide from red slag
RU2647398C2 (en) * 2016-08-04 2018-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Obtaining scandium-containing concentrate and following removing the scandium oxide of high purity
CN108384956A (en) * 2018-04-13 2018-08-10 长沙有色冶金设计研究院有限公司 A kind of recovery method of red mud
RU2782894C1 (en) * 2022-04-26 2022-11-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for complex processing of red mud

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483131C1 (en) * 2011-12-26 2013-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН Method of making scandium oxide from red slag
RU2647398C2 (en) * 2016-08-04 2018-03-15 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Obtaining scandium-containing concentrate and following removing the scandium oxide of high purity
CN108384956A (en) * 2018-04-13 2018-08-10 长沙有色冶金设计研究院有限公司 A kind of recovery method of red mud
RU2782894C1 (en) * 2022-04-26 2022-11-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) Method for complex processing of red mud

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHOPPERT A. et al. High-Selective Extraction of Scandium (Sc) from Bauxite Residue (Red Mud) by Acid Leaching with MgSO4. Materials 2022, 15, 1343, p.1-16. BOYARINTSEV A.V. et al. Evaluation of Main Factors for Improvement of the Scandium Leaching Process from Russian Bauxite Residue (Red Mud) in Carbonate Media. ACS Omega 2022, 7, p. 259-273. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6248302B1 (en) Process for treating red mud to recover metal values therefrom
CA2631190C (en) Recovery of rare earth elements
CN102703696B (en) Method for recovering valuable metal from red soil nickel minerals comprehensively
FI97291C (en) Process for recovery of aluminum from water treatment sludge
US6468483B2 (en) Process for treating alumina-bearing ores to recover metal values therefrom
RU2647398C2 (en) Obtaining scandium-containing concentrate and following removing the scandium oxide of high purity
US12421571B2 (en) Method of extracting lithium from spodumene and meanwhile recovering low iron and low sulfur silicon aluminum micro-powder, high purity gypsum, tantalum niobium concentrate and lithium rich iron material
US4668485A (en) Recovery of sodium aluminate from Bayer process red mud
CN111302372A (en) Method for separating and extracting magnesium and calcium from secondary ammonium salt treatment of phosphorus tailings
CN114752774A (en) A kind of method for separating iron and aluminum in red mud
WO2019143264A1 (en) Method of producing scandium oxide from scandium-containing concentrates
RU2201988C2 (en) Method of extraction of scandium in processing bauxites for alumina
RU2840984C1 (en) Method of processing red mud to produce scandium oxide
CN117003269A (en) Efficient comprehensive utilization method of aluminosilicate mineral and secondary aluminosilicate mixture
WO2002010068A1 (en) Production of metal oxides
CN118142543A (en) Titanium white waste acid and ferro-manganese slag resource utilization method, denitration catalyst and preparation method thereof
US11753697B2 (en) Method of processing and treatment of alunite ores
NO164665B (en) PROCEDURE FOR RECOVERING ALUMINUM FROM WASTE MATERIAL.
Al-Zahrani et al. Production of liquid alum coagulant from local Saudi clays
RU2806940C1 (en) Method for sulphuric acid processing of scandium-containing raw materials
RU2257348C1 (en) Scandium oxide preparation process
RU2801847C1 (en) Method for producing alumina, mainly from high-silica bauxite
CN1334240A (en) Process for preparing super-purity alumina from gaolinite (gaolin)
Qingsheng et al. High Purity Alumina Powders Extracted from Aluminum Dross by the Calcining—Leaching Process
AU2015328791B2 (en) Method for processing alumina-containing raw material and method for breaking down alumina-containing raw material during processing