Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологических принципов получения оксида скандия с заданной степенью чистоты из красного шлама

Докладчик: Соколова Юлия Васильевна

Должность: вед.науч.сотр., доцент, д.т.н.

Цель проекта:
Проект направлен на разработку технологических основ получения оксида скандия из красных шламов глиноземного производства. Цели проекта: 1) Разработка новых принципов решения проблемы извлечения скандия из красных шламов глиноземного производства, позволяющих осуществить первичное концентрирование с получением чернового концентрата с содержанием скандия не менее 2%. 2) Разработка технологических основ производства оксида скандия квалификации ОС-99,0 из чернового концентрата скандия, полученного при переработке красных шламов. 3) Разработка способов утилизации отходов переработки красного шлама с получением ликвидной продукции (добавки в производстве строительных материалов, и др.).

Основные планируемые результаты проекта:
1. Сделан аналитический обзор современной литературы по проблеме. Проведены патентные исследования. Проведена сравнительная оценка вариантов возможных решений. Выбрано направление исследования.
Разработаны методики анализа красных шламов (КШ), чернового концентрата скандия (ЧКС), раствора после выщелачивания красного шлама атомно-эмиссионным с индуктивно связанной плазмой и инфракрасно-абсорбционным методами.
Завершены исследования (экспериментальная часть) по получению концентрата скандия с использованием методов обогащения. Проводится анализ полученных результатов.

Выщелачивание. Определены оптимальные условия выщелачивания КШ растворами серной кислоты, при которых степень выщелачивания скандия близка к 96%, а скорость фильтрования полученного раствора и степень отделения примесей приемлемы для организации процесса на укрупненной лабораторной установке. Наработаны партии растворов выщелачивания КШ для проведения первичного концентрирования скандия. Изготовлена укрупненная экспериментальная установка выщелачивания КШ на территории Индустриального партнера ОАО "Гидрометаллургический завод", на которой проведены пуско-наладочные работы и эксперименты по сернокислотному выщелачиванию КШ (50 кг), в процессе которых уточнены основные технологические параметры процесса.

Экстракция. Изучена эффективность экстракции скандия керосиновыми растворами трибутилфосфата (ТБФ), ди-2этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК), триоктиламина (ТОА) в зависимости от кислотности и содержания примесей в исходном растворе. Определены оптимальные условия экстракции и реэкстракции скандия. Получены образцы ЧКС с содержанием скандия 1,9%. Проводится анализ полученных результатов.

Сорбция. С целью сорбционного концентрирования скандия из растворов выщелачивания КШ изучена сорбция скандия и примесей (изотермы, кинетика, зависимость от состав раствора выщелачивания) с использованием ионитов промышленных марок Purolite, Lewatit. В настоящее время закончены экспериментальные исследования по получению ЧКС. Проводится анализ полученных результатов.

Проведены исследования по применению продуктов переработки КШ на предприятиях черной металлургии.

2. Планируется получение ЧКС с содержанием скандия не менее 2%; далее будут разработаны технологические основы переработки ЧКС с получением оксида скандия квалификации ОС- 99,0. Из отходов переработки КШ будут разработаны способы получения попутной продукции.
3. Разрабатываемые методы выщелачивания и концентрирования скандия при переработке КШ могут стать новыми решениями проблемы.
4. В настоящее время КШ нигде в мире не перерабатывают (степень утилизации составляет несколько процентов). Технологические параметры разрабатываемых технологий не публикуются. Разработка технологий находится на экспериментальной стадии. Подтверждением состояния работ является публикация на сайте WWW/redmud.org объявления о создании 15 мест для PhD-исследователей по проекту (Project REDMUD), более половины из которых по гидрометаллургической переработке КШ с извлечением ценных компонентов, в том числе скандия.
5. А) Проводятся поисковые исследования по получению концентрата скандия с использованием методов обогащения для КШ. Результат исследования может быть отрицательным.
Б) Разрабатываются различные способы выщелачивания скандия (карбонизационное и кислотное), а также два метода первичного концентрирования скандия (экстракция и сорбция с использованием сорбентов и экстрагентов промышленных марок) при переработке КШ. По результатам анализа полученных данных (в первую очередь экономических затрат) будут выбраны наиболее эффективные решения.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Авиа- и ракетостроение, производство спортивного инвентаря (алюминиевые сплавы с добавками скандия); светотехника (иодид скандия).
2. По результатам ПНИ планируется выполнение проекта ТЗ на проведение ОТР по созданию технологии получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из красных шламов. По результатам ОТР может быть осуществлено практическое внедрение технологии по получению оксида скандия из КШ.
3. При создании мощностей по производству соединений скандия из КШ можно ожидать снижения цены на продукцию, что позволит использовать скандийсодержащие сплавы в других направлениях (в автомобильной промышленности, судостроении), оксид скандия - в производстве топливных элементов (вместо оксида иттрия), для получения новых перспективных материалов (лазеров, катализаторов, эмиттеров Шоттки, сенсоров, и др.), а также может стать стимулом для изучения свойств новых скандийсодержащих материалов, в том числе в рамках международного сотрудничества.

Текущие результаты проекта:
1. Публикации по результатам исследований и разработок в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных "Сеть науки« (WEB of Science):
Ю.В. Соколова, К.Ю. Пироженко, С.В. Махов. Концентрирование скандия при переработке возгона производства алюминиево-скандиевой лигатуры. //Известия ВУЗов. Цветная металлургия. -2014. -№6. В том числе переводная версия статьи.
2. Мероприятия по демонстрации и популяризации результатов и достижений науки, в которых приняла участие и представила результаты проекта организация -исполнитель проекта.
1) Интервью электронному изданию STRF.ru.
Быкова Н. Из красного шлама достанут редкий металл. 25.10.2014. Число посещений 3500 в день.  http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=88685&rated=ok#.VFI8jVd2hdh
2) Устный доклад.
Соколова Ю.В., Богатырева Е.В., Штефанюк Ю.М. Красные шламы производства глинозема: проблемы и перспективы переработки.
Сборник материалов 10 науч.-практич. конф. «Рециклинг, переработка отходов и чистые технологии». ФГУП «Институт «ГИНЦВЕТМЕТ». М., 30 окт. 2014 г. С. 35-38.
2. Доля исследователей в возрасте до 39 лет в общей численности исследователей - участников проекта.
47,1%.
3. Объем привлеченных внебюджетных средств в 2014 г.:
ООО «РУСАЛ ИТЦ» (г. Красноярск) – 7 млн. руб.
ОАО «Гидрометаллургический завод» (г. Лермонтов Ставропольского Края): 13 млн. руб.
Всего: 20 млн. руб.
4. Использование при выполнении ПНИ научного оборудования центров коллективного пользования научным оборудованием.
Используются центры:
А) ЦКП НИТУ МИСиС «Металловедение и металлургия»;
Б) Центр коллективного пользования им. Д.И. Менделеева (ЦКП им. Д.И. Менделеева). Заключен договор об оказании услуг между центром и НИТУ МИСиС.
5. Использование уникальных научных установок:использован Научно-исследовательский стенд высокоинтенсивных кавитационных воздействий (УНИС ВКВ) (НИТУ МИСиС).