Регистрация / Вход
Прислать материал

Эффективная технология комплексной переработки апатитовых руд с извлечением редкоземельных металлов и радионуклидов

Докладчик: Молоков Петр Борисович

Должность: Доцент, к.т.н.

Цель проекта:
ПНИ посвящены изучению физико-химических основ переработки РЗЭ-содержащих апатитов, и выделению суммы РЗЭ с очисткой от примесей и включают в себя:  исследования физико-химических, радиохимических свойств Хибинских апатитов;  разработка на основании полученных результатов и результатов литературного обзора физико-химических основ попутного извлечения ряда продуктов из апатитов при переработке их по азотнокислой технологии с получением удобрений, т.к. при вскрытии апатитов азотной кислотой в азотнофосфорнокислый раствор переводятся практически все ценные компоненты;  исследование возможности попутного извлечения стронция;  исследование возможности попутного извлечения кальция в виде нитрата;  исследование возможности возврата азотной кислоты в голову процесса разложением получаемого нитрата кальция;  исследование физико-химических основ выделения фосфатного редкоземельного концентрата и доочистки его методом экстракции от балластных и радиоактивных примесей на центробежных экстракторах. Таким образом, в рамках проекта будут разработаны физико-химические основы извлечения РЗЭ из хибинских апатитов с получением в виде продукта, наряду удобрениями, оксидов РЗЭ, карбоната стронция и рециклингом азотной кислоты. Целью настоящего проекта является создание научно-технического задела в области технологии комплексной переработки апатитовых руд с извлечением редкоземельных металлов и радионуклидов.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ будет разработана эффективная технология комплексной переработки апатитовых руд с извлечением редкоземельных металлов и радионуклидов, включающая следующие основные стадии:
- азотнокислое вскрытие рудных материалов с переводом практически всех ценных компонентов в жидкую фазу (твердая фаза представлена невскрытой составной частью концентрата, обогащенной титаном и малорастворимыми нитратами стронция и бария);
- выделение стронций-содержащего осадка и осаждению его в виде карбоната;
- выделение нитрата кальция и его разложение для рециклинга азотной кислоты;
- выделение фосфатного редкоземельного концентрата, переведение его в нитратный раствора и доочистка (в первую очередь от радиоактивных примесей, затем от балластных) методом экстракции.
Разрабатываемая эффективная технология комплексной переработки апатитовых руд с извлечением редкоземельных металлов и радионуклидов должна обеспечить выделение суммарного концентрата РЗМ со степенью выделения не ниже 90%, радионуклидов на уровне 99,9%. Технология должна обеспечивать переработку апатитовых руд при атмосферном давлении; в технологии должны использоваться реагенты технической чистоты; степень возврата азотной кислоты должна быть на уровне не менее 30%; температура процесса по всей технологическо й цепочке гидрометаллургического передела не должна превышать 100 градусов Цельсия. Объем промышленных отходов комплексной переработки апатитовых руд не должен превышать 15% от массы входящего сырья.
В настоящее время в ряде стран, в том числе и в России, ведутся активные работы по восстановлению или созданию собственной редкоземельной промышленности для уменьшения зависимости от экспорта Китая. Благодаря уникальным свойствам редкоземельных металлов они широко используются в качестве сырья для множества современных наукоемких отраслей промышленности, в том числе и оборонной промышленности. Развитие этих отраслей значительно влияет на экономический, научный, оборонный и экспортный потенциал страны.
В России, в связи с отсутствием предприятий, перерабатывающих редкоземельное сырье, и наличием достаточной сырьевой базы для удовлетворения внутреннего спроса активно проводятся исследования возможностей получения РЗЭ как из минералов-концентраторов РЗЭ (монацит), так и из источников, откуда РЗЭ могут извлекаться попутно. Одним из таких источников являются Хибинские апатиты Кольского полуострова (апатито-нефелиновые руды). Хибинские апатиты Кольского полуострова относятся к сравнительно небогатому по РЗМ сырью – 0,7-1,0 %. При этом они содержат в первую очередь наиболее ценные РЗМ средней (самарий, европий, гадолиний, тербий) и тяжелой групп (диспрозий, эрбий, иттербий, иттрий), а также скандий. Еще одна особенность этого сырья как источника РЗМ – малое содержание радиоактивных веществ (оксида тория до 1 %мас.), что выгодно отличает его от наиболее широко применяемого в мире сырья – монацита и бастнезита (до 7 % мас. оксида тория), и упрощает его переработку.
В настоящее время апатиты перерабатываются с получением только удобрений, редкоземельные металлы в виде продукции не извлекаются. При этом объемы переработки апатитов настолько велики, что даже при неполном извлечении РЗМ общий выпуск продукции обеспечит внутренний спрос страны, и позволит проводить экспорт в развитые страны мира. Кроме того, апатит содержит и другие ценные компоненты: стронций (2,3%) и фтор (3,1%).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
РЗЭ, получаемые в результате переработки апатита по предлагаемой технологии, имею достаточно широкие области применения. Одна из областей применения индивидуальных редкоземельных элементов (РЗЭ) - в составе ядерного топлива. Оксиды гадолиния и эрбия применяются в качестве выгорающих добавок в оксидном урановом топливе реакторов ВВЭР и РБМК, соответственно. Оксид диспрозия используется как основной компонент ПЭЛ ПС СУЗ – в настоящее время в форме титаната диспрозия, и перспективного нового материала – гафната диспрозия. Диспрозий входит также в качестве добавки в высокоэнергетические постоянные магниты на основе еще одного редкоземельного элемента – неодима. Магниты системы Nd-Fe-B находят широкое применение, в т.ч. используются в центрифугах разделения изотопов урана и электродвигателях различного назначения о номенклатуры. Кроме этого, суммарный концентрат РЗМ может быть использован для получения редкоземельной лигатуры, улучшающей свойства конструкционных сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов и др. материалов. Производство постоянных редкоземельных магнитов налажено на таких крупных предприятиях, как ОАО «Элемаш», г. Электросталь МО, ФГУП УЭМЗ, г. Екатеринбург, ООО «ПОЗ-Прогресс», г. В.Пышма, НПО «Магнетон», г. Владимир, НПО «Спецмагнит» и НПО «Магнитные системы», г. Москва, ООО «Эрга», г. Калуга. Нанокристаллические магнитные РЗМ порошки изготавливаются в ОАО «ВНИИНМ». Общий объем магнитного производства составляет более 100 тонн в год.
При разработке технологии учитывалось ее применение к действующему производству по переработке апатитов по азотнокислотной технологии. Выбранные для исследований решения соответствуют ряду требований: не должно проводится энергетические воздействия, направленные против движения энергии (потока тепла) основного технологического процесса переработки апатита. Указанное требование объясняется тем, что объемы переработки апатитов составляют млн тонн в год и водные потоки достигают внушительных объемов (десятки м3/час). Требование реагентного фактора заключается в том, что необходимо применять вещества, которые уже используются в технологии апатита, или аналогичные им, которые можно без ущерба основной технологии ввести в цикл производства удобрений. В соответствии с этим требованием, например, осаждении гидроксидов РЗЭ из АФР или ЭФК можно применять аммиак или карбонат аммония, т.к. дальнейшая операция получения удобрений заключается во введении аммиака.
Таким образом, процесс выделения РЗЭ должен быть составной частью основного процесса переработки апатита с получением фосфатных удобрений, и РЗ концентрат должен получаться как побочный продукт переработки апатита. Учитывая тот факт, что при переработке апатита Кольского полуострова РЗЭ концентрируются в АФР, ЭФК и фосфогипсе, для извлечения РЗЭ из этих продуктов следует применять такие реагенты, как аммиак (карбонат аммония), серную и фосфорную кислоты. Процесс выделение должен технологически совпадать с процессом получения удобрений или экологически чистого фосфогипса.

Текущие результаты проекта:
В настоящий момент выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы. Подготовлен отчет о патентных исследованиях. Проведены теоретические исследования технологий переработки апатитовых руд и концентратов. На основании полученных результатов выбран и обоснован оптимальный вариант направления исследований. Разработана эскизная конструкторская документация на модуль переработки нитрата кальция для эффективного возврата азотной кислоты, входящего в состав экспериментального образца лабораторной установки комплексной переработки апатитовых руд с извлечением РЗМ и радионуклидов; данный модуль изготовлен, для него разработана программа и методика исследовательских испытаний и проведены исследовательские испытания, показавшие возможность эффективного возврата азотной кислоты в основной процесс. Также проведены маркетинговые исследования в области темы ПНИ.