5 этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.578.21.0014 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №5 в период с 01.07.2016 по 31.12.2016 выполнялись следующие работы:

  • Проведено обобщение и оценка полученных результатов
  • Разработаны технические и технологические решения по использованию результатов ПНИ в условиях действующего производства глинозема
  • Проведена технико-экономическая оценка результатов ПНИ
  • Разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики
  • Разработан проект ТЗ на проведение ОТР по созданию технологии получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из красных шламов
  • Изготовлена экспериментальная партия оксида скандия ОС-99,0 на экспериментальной установке
При этом были получены следующие результаты:
Проведено обобщение результатов ПНИ и установлены технологические принципы получения оксида скандия с заданной степенью чистоты из красного шлама. Определены оптимальные режимы процесса получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из технического оксида скандия, полученного при переработке красных шламов Разработана технологическая схема получения оксида скандия марки ОС-99, включающая карбонат-бикарбонатное выщелачивание, гидролиз карбонатного раствора, экстракционное концентрирование скандия смесевым экстрагентом на основе Д2ЭГФК, экстракции скандия трибутилфосфатом из азотнокислых растворов, реэкстракции скандия водой, осаждения оксалата скандия и получения оксида скандия ОС-99. Сопоставление результатов анализа научно-информационных источников и разработанных технологических принципов по получению оксида скандия с заданной степенью чистоты, показало, что проведенные исследования актуальны и востребованы в России и за рубежом. Технологические решения и разработки, применявшиеся для решения задачи излечения скандия из красных шламов, основаны на современных и передовых процессах, таких как сорбция и экстракция, а применения наиболее дешёвых и доступных реагентов в разработанной схеме (карбонат и бикарбонат натрия, трибутилфосфат, азотная кислота и т.д.) делают её экономически привлекательной и соответственно перспективной для реализации. Новизна выполненной работы состоит в получении данных по влиянию кавитации на карбонат-бикарбонатное выщелачивание скандия из красного шлама. Техническая значимость полученных результатов заключается в селективном извлечении скандия из красного шлама слабоконцентрированными карбонат-бикарбонатными растворами. Разработана термодинамическая модель, позволяющая прогнозировать растворимость соединений скандия в карбонат-бикарбонатных растворах. На примере 3-х тестовых систем оценена точность оценки растворимости, которая не превышает один порядок. Проведенные расчёты показали, что, если скандий находится а красном шламе в составе оксида, гидроксидов или силикатов, то он относительно легко переходит в жидкую фазу. Если же скандий присутствует в составе алюмосиликатов, то его извлечение при условиях выщелачивания красного шлама затруднительно. Комплексный анализ образцов шлама показал, что скандий, с высокой долей вероятности, сопутствует ГАСН (вишневиту) и находится преимущественно в мелкозернистой фракции. Разработаны технические и технологические решения по использованию результатов ПНИ в условиях действующего производства глинозема проведена. Для внедрения результатов исследования в практику сначала необходимо провести опытную проверку всей технологической цепочки в практических условиях. Проверочная процедура, направлена для выяснения качественных характеристик результатов исследования, возможностей реализации и внедрения их в практику. Положительные результаты опытной проверки открывают результатам исследования путь к их широкому внедрению или до обязательного применения в практике ОАО СУАЛ. Экспертная оценка апробируемых положений и результатов опытно-промышленных испытаний предполагает разработку соответствующих выводов и рекомендаций о возможности их дальнейшего практического внедрения, производится уточнение регламента технологии и дополнительный инструктаж персонала по результатам испытаний. Итоги практической апробации исследования окончательно определяют параметры ведения процессов и режимов работы оборудования. Для повышения эффективности газации углекислым газом пульпы красного шлама перед карбонизационным выщелачиванием предложено использование гидроакустических излучателей.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

4 этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.578.21.0014 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №4 в период с 01.01.2016 по 30.06.2016 выполнялись следующие работы:

  • Разработан лабораторный технологический регламент получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из чернового концентрата, полученного из красных шламов глиноземного производства;
  • Разработана методика определения извлекаемого скандия из красного шлама в карбонатно-бикарбонатные растворы.
При этом были получены следующие результаты:
Разработан лабораторный технологический регламент получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из чернового концентрата, полученного из красных шламов глиноземного производства. Разработана методика определения извлекаемого скандия из красного шлама в карбонатно-бикарбонатные растворы. Изготовлена экспериментальная лабораторная установка по очистке скандиевого концентрата с получением оксида скандия квалификации ОС-99,0. Получена экспериментальная партия чернового концентрата скандия, для проведения работ по очистке с получением оксида скандия квалификации ОС-99,0. Проведены опытные плавки по утилизации красного шлама с получением ликвидной продукции – железистого полупродукта.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

3 этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.578.21.0014 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №3 в период с 01.07.2015 по 31.12.2015 выполнялись следующие работы:

  • Разработка Программы и методики экспериментальных исследований по получению оксида скандия квалификации ОС-99,0 из технического оксида скандия, полученного при переработке красных шламов.
  • Определялись оптимальные режимы процесса получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из технического оксида скандия, полученного при переработке красных шламов (экстракции скандия трибутилфосфатом из азотнокислых растворов, реэкстракции скандия водой и осаждения оксалата скандия).
  • Разработка технологической схемы получения оксида скандия марки ОС-99. Получен оксид скандия марки ОС-99.
  • Разработак методики экспериментальных исследований процесса гидролитического осаждения чернового концентрата скандия из карбонатных растворов от выщелачивания красного шлама.
  • Проведение экспериментальных исследований процесса гидролитического осаждения чернового концентрата скандия из карбонатных растворов от выщелачивания красного шлама.
При этом были получены следующие результаты:
Получены новые данные о физико-химических закономерностях гидролитического осаждения чернового концентрата скандия из карбонатных растворов от выщелачивания красного шлама и процесса получения оксида скандия квалификации ОС-99,0 из технического оксида скандия, полученного при переработке красных шламов (включающего экстракцию скандия трибутилфосфатом из азотнокислых растворов, реэкстракцию скандия водой и осаждение оксалата скандия).
Проведены экспериментальные исследования процесса гидролитического осаждения чернового концентрата скандия из карбонатных растворов от выщелачивания красного шлама. Предложена экстракция скандия из азотнокислых растворов (HNO3 > 8 М) 100 % раствором ТБФ, как наиболее эффективная. Определен механизм экстракции скандия из концентрированный азотной кислоты > 8 М HNO3 100 % ТБФ. Определены зависимости коэффициента активности скандия от концентрации азотной кислоты. Определены оптимальные режимы проведения процессов экстракции скандия трибутилфосфатом из азотнокислых растворов, реэкстракции скандия водой и осаждения оксалата скандия. Разработана технологическая схема получения оксида скандия марки ОС-99. Получен оксид скандия марки ОС-99.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

2 этап

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 05.06.2014 № 14.578.21.0014 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе №2 в период с 01.01.2015 по 30.06.2015 выполнялись следующие работы:
  • Изучение условий образования сульфатных комплексов скандия при выщелачивании красных шламов;
  • Исследование и установление закономерностей экстракционного концентрирования скандия из сульфатных растворов ди-2-этил-гексилфосфорной кислотой;
  • Исследование влияния трибутилфосфата и высокоатомных спиртов на экстракцию скандия Д2ЭГФК из сульфатных растворов;
  • Исследование влияния триоктиламина на экстракцию скандия Д2ЭГФК из сульфатных растворов;
  • Исследование влияния примесей железа на экстракцию скандия Д2ЭГФК из сульфатных растворов;
  • Исследование реэкстракции скандия карбонатными и фторидными растворами;
  • Разработка методик анализа растворов и твердых продуктов;
  • Разработка аппаратурно-технологической схемы производства скандиевых продуктов из красного шлама;
  • Разработка проектной документации для установки получения чернового концентрата скандия (Работа выполнена индустриальным партнером).
При этом были получены следующие результаты:

Для определения содержания Sc в технологических растворах использован спектральный атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП). В исходных растворах от карбонатного вщелачивания красного шлама средняя концентрация скандия 7,4 мг/л, в растворах сернокислотного выщелачивания – 13 мг/л.
Определение фазового и химического состава твердых образцов проводилось на установке ARL 9900 WS, совмещающей в себе рентгенофлуоресцентный и дифракционный модули. В ходе проведения дифракционного (фазового) анализа красных шламов установлено наличие таких минералов, как канкринит, шамозит, гематит, титанат кальция, кристобалит, кальцит, анатаз, биотит, оксиды (кварц, гетит). Содержание скандия в полученном техническом оксиде около 95%.
Рассмотрена термодинамика образования сульфатных образования сульфатных комплексов скандия при выщелачивании красного шлама. Показано, что большинство реакций серной кислоты с минералами, входящими в красный шлам термодинамически вероятны.
Проведены детальные исследования по экстракционному концентрированию скандия из сернокислых растворов.
Независимо от того каким способом получен раствор, содержащий скандий – сернокислотным или карбонатным выщелачиванием красного шлама, извлечение его осуществляют одинаковыми методами: осаждением малорастворимых соединений, экстракцией или сорбцией. При указанных концентрациях скандия в растворах чаще всего используют экстракцию.
Хотя степень сернокислотного выщелачивания в раствор составляет, %: Sc 95-96, Y 25-30, Fe 70-75, Zr 95, Si 1-2, Na 75-80, расход её очень велик, и кислотная технология принципиально не совместима с щелочной технологией переработки бокситов. Поэтому дальнейшие работы будут посвящены оптимизации и интенсификации карбонат-бикорбонатного выщелачивания красного шлама.
Для изучения возможности экстракционного извлечения скандия раствором ди-2-этилгексилфосфорной кислоты (Д2ЭГФК) в керосине использовали реальный раствор, содержащий (после упаривания) Sc –26 мг/л, Fe – 15 г/л,Zr– 800 мг/л,Ti – 450 мг/л , Y– 15,5 мг/л, Al – 9 г/л.
Построена изотерма экстракции, определена зависимость концентрации скандия в органической фазе (СSc) от концентрации Д2ЭГФК. С ростом концент¬рации Д2ЭГФК СSc увеличивается до 280-290 мг/л.
Железо имеет коэффициент распределения на три порядка ниже, чем Sc, однако присутствие железа в экстракте составляет от 300 до 1300 мг/л из-за высокой его концентрации (30 г/л) в исходном растворе.
Изучено влияниеТБФ (трибутилфосфата), ТОА (триоктиламина) и высокоатомных спиртов на экстракцию скандия из сернокислых растворов Д2ЭГФК.
Для извлечения скандия из алкилфосфорных кислот использована способность некоторых неорганических лигандов к образованию более устойчивых комплексов со скандием, чем комплекс скандия с Д2ЭГФК.
Наиболее целесообразно применять растворы, содержащие карбонаты или фториды щелочных металлов или аммония.
Осаждением скандия из фтораммонийного раствора опоследоукрепления его фторидом аммония до 40 %или фторидами щелочных металлов обеспечивает полнотя осаждения 90%. В осадке содержится до 10-12%Sc. В результате удаления избыточного количества NH4F и разрушения двойной соли фтороскандиата аммония при t=450°С образуется концентрат с содержанием до 80%ScF3. Он сам по себе уже пригоден для производства алюминий-скандиевой 2%-ной лигатуры и является первичным продуктом для получения технического оксида и оксида марки ОС-99.
Обработка фторида скандия с содержанием (60 – 80 % ScF3) 25 – 30% раствором едкого натра в течение 3–х часов при температуре 80°С и соотноше¬нии Т:Ж=1:30 приводит к образованию гидроксида скандия , который после прокалки превращается в технический оксид.
Второе полугодие по плану работ будет направлено на получение оксида скандия квалификации ОС-99.0 

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.