СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЩЕЛОЧНОГО СПОСОБА ВСКРЫТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Хохлова О.В.,Богатырева Е.В.,Аксенов С.М.

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»


Номер: 11-2
Год: 2015
Страницы: 53-56
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

редкоземельные металлы, эвдиалит, механоактивация, реакционная способность, щелочное выщелачивание, rare-earth metals, eudialyte, mechanical activation, reactivity, alkaline leaching

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Низкотемпературное вскрытие эвдиалитового концентрата с применением предварительной механоактивации обеспечит высокое извлечение редкоземельных металлов, позволит снизить энергоемкость процесса и увеличить объемы производства стратегически важных редкоземельных металлов тяжелой группы.

Текст научной статьи

События, произошедшие на мировом рынке редкоземельных металлов (РЗМ) в течение последних трех лет, оказывают влияние на реализацию проектов по разработке месторождений РЗМ. Из-за ограничения экспорта РЗМ из Китая начал возникать дефицит на редкоземельную продукцию определенного вида, в особенности на дорогостоящую группу тяжелых РЗМ. В современной гонке за все более производительными высокотехнологичными устройствами и огромными государственными расходами на высокотехнологичные виды вооружения, у редкоземельных металлов есть шанс стать "нефтью завтрашнего дня". Редкоземельные металлы обладают уникальными свойствами, благодаря чему неуклонно растет их потребление в различных сферах современной промышленности, особенно наукоемких. Их применение позволяет судить об уровне научно-технического развития отрасли и отражается на престиже страны. В связи с этим многие страны активно разрабатывают проекты по организации собственного производства РЗМ. Источники сырья РЗМ руд в России существенно отличаются от зарубежных по содержанию редких земель. Если за рубежом промышленное значение имеют такие богатые по целевому компоненту руды как монацит, бастнезит, ксенотим и т.д., то российское сырье представлено многообразием типов нетрадиционного, бедного редкоземельного сырья - комплексные редкометальные руды. Сходство химических свойств РЗЭ, обусловленное близостью их положения в периодической таблице, делает процесс отделения одного металла от другого очень сложным. Поэтому большинство известных способов не пригодно для извлечения РЗМ. Так как стоимость редкоземельных металлов возрастает по группам от легкой к тяжелой, необходимо было сравнить ценность минералов, которые более рентабельны для переработки. В статье [1,54] приведена оценка ценности минералов, редкоземельных руд и концентратов. Как следует из оценки авторов, наиболее перспективным объектом для первоочередного освоения является эвдиалит Ловозерского месторождения, он обогащен дорогостоящими элементами тяжелой группы, а также его коэффициент относительной ценности во много раз превышает минералы носители РЗМ других месторождений. Кроме этого эвдиалит содержит в промышленных концентрациях высокоценные сопутствующие редкие металлы - цирконий, ниобий и тантал [1,55]. Новым перспективным источником редкоземельного и циркониевого сырья в России может стать эвдиалитовый концентрат. Эвдиалит - цирконосиликат сложного состава содержит двуокись циркония (10-17%), редкоземельные элементы, обогащенные тяжелыми элементами (2,0-2,5% Ln2O3), а также гафний, ниобий и тантал. Комплексный характер эвдиалитового концентрата требует создания комплексной технологической схемы с извлечением максимально возможного количества всех ценных составляющих. Несмотря на то, что эвдиалит является легкоразлагаемым минералом, извлечение РЗМ в раствор выщелачивания не превышает 65-75%, из-за образования цирконий-кремниземистого геля. Ранее проведенные исследования показали, что при любых вариациях физико-химических и технологических параметров щелочного выщелачивания (включая плазменную обработку и пирометаллургическую переработку эвдиалита при температуре 1500-2000°С), не удается извлечь в раствор более 45-80% кремнезема. В настоящее время не создано промышленной технологии по переработке эвдиалитовых руд, создано лишь различные варианты технологических схем на стадии лабораторных исследований [2, 3, 4,66]. Существующие способы переработки РЗМ концентратов являются энергоемкими и экологически небезопасными. В связи с этим перспективна разработка способа низкотемпературного вскрытия концентратов РЗМ с применением предварительной механоактивации концентрата. В настоящее время эффект от МА фиксируется в основном на завершающей стадии - в виде количества и качества продукта. В НИТУ МИСиС разработан подход к оценке реакционной способности минералов после МА еще до их металлургической переработки, с применением РСА и зависимости 1: , (1) где: - количество энергии, запасенное материалом при МА, кДж/моль; - количество энергии, затраченной на изменение межплоскостных расстояний кристаллической решетки, кДж/моль; - количество энергии, запасенной в виде свежеобразованной поверхности областей когерентного рассеивания, кДж/моль; - количество энергии, запасенной в виде микродеформации, кДж/моль. В данной работе была установлена принципиальная возможность низкотемпературного вскрытия эвдиалитового концентрата с применением непродолжительного предварительного механического воздействия на материал (не более 5 минут), что позволит реализовать процесс производства в промышленном масштабе. Исследования проводились на образцах эвдиалитового концентрата Ловозерского месторождения, со следующим химическим составом, в %, масс.: SiO2-44,92; Na2O-15,31; ZrO2-10,80; Al2O3-6,98; CaO-4,92; Fe2O3-4,68; TiO2-2,27; MnO-2,21; ∑РЗО-2,01; SrO-1,95; K2O-1,45; прочие - 2,50. Совместно с ГЕОХИ и Институтом кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН были произведены исследования кристаллической структуры исходных зерен эвдиалита. Из исходного эвдиалита Ловозерского ГОКа были отобраны кристаллы разного размера и формы - окраса от оранжевого до светло розового. Затем произведен точечный анализ на микрозонде, который выявил наличие разных фаз эвдиалита в одном концентрате. По данным анализа была получена формула эвдиалита Na15Ca6Fe3Zr3Si26O72(O,OH)4Cl2. А также построена его кристаллическая структура (рисунок 1). Рис. 2 - Кристаллическая структура эвдиалита С применением методики оценки энергетического состояния кристаллической решетки (ЭСКР) эвдиалита после кратковременной и целенаправленной механоактивации (не более 5 минут) реакционной способности фазы эвдиалита после механоактивации по данным РСА (рентгеноструктурного анализа) было достигнуто 70%-ное извлечение кремния в раствор при низкотемпературном гидрометаллургическом щелочном вскрытии за 6 часов. Принципиальная схема переработки эвдиалитового концентрата представлена на рисунке 2. Последующая обработка продуктов щелочного выщелачивания растворами азотной кислоты обеспечивает сквозное извлечение РЗМ в раствор на уровне 87%, циркония - 80%. Рис. 2 - Принципиальная схема переработки эвдиалитового концентрата Работа будет продолжена в направлении оптимизации режимов щелочного и азотнокислотного выщелачивания. С применением такого метода интенсификации металлургических процессов, как предварительная механоактивация возможно осуществить вскрытие эвдиалитового концентрата и реализовать его промышленную переработку. Разработанный в НИТУ «МИСиС» технологический процесс двустадийного выщелачивания механически активированного эвдиалитового концентрата позволит расширить номенклатуру производимой в России продукции РЗМ.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.