ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ НЕФЕЛИНОВЫХ СИЕНИТОВ РАЗЛИЧНЫМИ КИСЛОТАМИ

STUDY OF THE POSSIBILITY OF RARE EARTH ELEMENTS LEACHING OF NEPHELINE SYENITE OF VARIOUS ACIDS

Uulbolsun Sadyralieva

senior lecturer Institute of Mining and Mining Technologies them. Academician U.A. Asanalieva,

Kyrgyzstan, Bishkek

Kulzhamal Nogaeva

doctor of Technical Sciences, Professor Institute of Mining and Mining Technologies them. Academician U.A. Asanalieva,

Kyrgyzstan, Bishkek

АННОТАЦИЯ

В данной работе исследована возможности выщелачивания редкоземельных металлов различными минеральными кислотами. Выявлено, что нефелиновая руда в азотной кислоте подвергается более значительному разложению, по сравнению в соляной и серной кислоте. Это дает возможность применение процесса выщелачивания в разработке комплексной технологической схемы переработки нефелиновых сиенитов месторождения Сандык.

ABSTRACT

In this paper we investigate the possibility of leaching rare earth metals in mineral acids. It was found that nepheline ore in nitric acid is exposed to a significant degradation in comparison to hydrochloric and sulfuric acid. This enables the use of the leaching process in the development of complex technological scheme of processing nepheline syenite Sandyk field.

Ключевые слова: глинозем, гидрохимический способ, рентгенофазовый анализ, алюмосиликатное сырье.

Keywords: alumina, hydro-chemical method, X-ray analysis, aluminosilicate materials.

Сырьевой базой для создания в Кыргызстане алюминиевого производства могут служить месторождения бокситов и нефелиновых сиенитов, расширяющих перспективы производства глиноземного сырья. Указанное сырье слагает месторождения трех генетических групп: осадочной, магматической метаморфической [2]. При комплексной переработке нефелинового сырья рационально используются все его составляющие и наряду с глиноземом получаются сода, поташ и высококачественный цемент. Это делает переработку нефелиновых сиенитов экономически целесообразной, несмотря на сравнительно низкое содержание в нем глинозема.

Для переработки нефелинового сырья в зависимости от состава и свойств применяются различные способы: гидрохимический способ (Способ Байера открытый в 1899 г.) и химическое обогащение [1–2], также возможно кислотный способ [2–3].

В Кыргызстане, в настоящее время, не существует готовой технологии переработки нефелиновых руд. Дальнейшая перспектива разработки комплексной технологии переработки алюмосиликатного сырья с извлечением глинозема и концентрированием редких и редкоземельных элементов может найти применение не только в глиноземной промышленности, но при выделении редких и редкоземельных элементов в космической технике, ракетостроении, автомобилестроении и электронике.

С целью изучения количественного и качественного минералогического состава нефелиновых сиенитов месторождения Сандык нами использованы исходная проба, представляющая собой каменистую фракцию светло-серого цвета.

Проба была подвергнута измельчению в шаровой мельнице, тщательно перемешена, усреднена и подготовлена к технологической переработке и к дальнейшим физико-химическим исследованиям. Результаты рентгенофазового анализа исходного материала представлены в табл. 1 и рис. 1.

Таблица 1.

Результаты рентгенофазового анализа исходного материала

Рисунок 1. Дифрактограмма исходного сырья

На дифрактограммах рентгенофазового анализа исходной пробы основой фазы явяляется нефелин Na₃K[AlSiO₄]₄; кроме этого содержатся микроклин K[AlSi₃O₈]cCa, мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂ и санидин K[AlSi₃O₈]cNa.

Для изучения возможности извлечения редкоземельных элементов из нефелино-сиенитового сырья проводилось выщелачивание растворами различных кислот: соляной, серной и азотной.

Кислотное выщелачивание нефелинового сырья осуществлялось при температуре Τ~25⁰С, продолжительность τ – 60 минут, Навеска рассчитана по соотношению Ж:Т = 6,0:1,0 непрерывным перемешиванием пульпы со скоростью ν ~ 70 об/мин. Процесс осуществлен в аппарате, оснащенном кислотоустойчивыми приборами с мешалкой. По завершению процесса пульпа была разделена фильтрованием на жидкую и твердую ф азы. Осадок промывался до РН – среды нейтральной и сушился при Т-105⁰С.

Продукты переработки (гель, раствор и отработанный шлам) были исследованы рентгенофазовым анализом.

Алюмосиликатное нефелиновое сырье с содержанием РЗЭ – 0,021 % выщелачивалось по вышеописанной методике, раствором соляной кислоты, (17 % HCI.

Химический состав продуктов после обработки соляной кислотой:

• гель, % – AI₂O₃ – 0,38; SiO₂ – 75,45; Fe₂O₃ – 0,31;
• фильтрат, г/дм³ – AI₂O₃ – 5,4; SiO₂ – 0,06; Fe₂O₃ – 0,31; La – 0,00072; Ce – 0,00069; Pr – 0,00051; Nd – 0,00015; Yb – н/о; Y – 0,00047; Gd – 0.000475; ∑РЗЭ – 0,003 г/дм³;
• - шлам, % – AI₂O₃ – 34,55; Na₂O – 1,9; SiO₂ – 45,7; К₂О – 6,9; Fe₂O₃ – 2,2; ∑РЗЭ – 0,019 %.

Нефелиновое сырье с тем же составом выщелачивалось раствором серной кислоты (21 % H₂SO₄) при заданных условиях.

Химический состав полученных продуктов после обработки серной кислотой:

• гель, % – AI₂O₃ – 0,066; SiO₂ – 75,20; Fe₂O₃ – 0,02;
• фильтрат, г/дм³ – AI₂O₃ – 5,0; SiO₂ – 0,065; Fe₂O₃ – 0,1; La – 0,000595; Ce – 0,000588; Pr – 0,00051; Nd – 0,00015; Y – 0,000474; Gd – 0.00095; ∑РЗЭ – 0,00326 г/дм³; ∑РЗЭ – 0,0033 мг/дм³;
• шлам после выщелачивания, % – AI₂O₃ – 31.7; Na₂O – 2.0; SiO₂ – 47.4; К₂О – 7.2; Fe₂O₃ – 2,55; ∑РЗЭ – 0,0181 %.

Рентгенофазовым анализом определены следующие фазы в шламе: олигоклаз Na{AlSi₃O₈Ca{Al₂Si₂O₈}; мусковит KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂; микроклин KAlSi₃O₈, KMg₂,₅Si₄O₁₀(ОН)₂, силикат алюминия SiO₂(1-х) Al₂O₃, корунд a – Al₂O₃ и каолинит Al₂ [OH]₄{Si₂O₅.

По результатам физико–химических методов анализа определено, что нефелиновая руда в сернокислой среде подвергается более значительному разложению, чем в солянокислой среде. Содержание редкоземельных элементов в фильтрате составило 4,3 мг/дм³.

Нефелиновое сырье с тем же составом выщелачивалось раствором азотной кислоты (17 % HNO₃) по вышеописанной методике.

Химический состав полученных продуктов после переработки азотной кислотой:

• гель, % – AI₂O₃ – 1,68; SiO₂ – 55,20; Fe₂O₃ – 0,1;
• фильтрат, г/дм³ – AI₂O₃ – 6,75; SiO₂ – 2,0; Fe₂O₃ – 0,77; La – 0,00115; Ce – 0,00112; Pr – 0,00102; Nd – 0,00022; Y – 0,00071; Gd – 0.000475; Dy – 0.00134; ∑РЗЭ – 0,006 мг/дм³;
• шлам после выщелачивания, % – AI₂O₃ – 28.1; SiO₂ – 48,6; Fe₂O₃ – 3,35; ∑РЗЭ – 0,0092 %.

Рисунок 2. Дифрактограмма шлама после выщелачивания азотной кислотой. Обозначения: ●-         a- Al₂O₃, ■- Na{AlSi₃O₈ · Ca{Al₂Si₂O₈}, W- KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂, ▲- KAlSi₃O₈, ♦ - KMg₂,₅Si₄O₁₀(ОН)₂ , ▌- SiO₂(1-х) Al₂O₃

Рентгенофазовым анализом установлены следующие фазы в шламе: олигоклаз Na{AlSi₃O₈Ca{Al₂Si₂O₈}; мусковит KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂; микроклин KAlSi₃O₈, KMg₂,₅Si₄O₁₀(ОН)₂, силикат алюминия SiO₂(1-х) Al₂O₃, корунд a – Al₂O₃

По результатам физико–химических методов анализа определено, что нефелиновая руда в азотнокислой среде подвергается более значительному разложению, по сравнению с примененными ранее реагентами. Содержание редкоземельных элементов в растворе составило 6,035 мг/дм³.

Определено, что при обработке нефелинового сырья растворами различных кислот (соляной, серной и азотной) наряду с ценными компонентами в раствор переходят редкоземельные элементы.

Наиболее высокое извлечение РЗЭ получено при обработке их 3N HNO₃, менее извлечение при обработке 5N H₂SO₄. Содержание РЗЭ в полученных растворах составило 6,035 и 3,5 мг/дм³ соответственно.

Таким образом, данные технологические процессы выщелачивания пульпы способствуют большему извлечению редкоземельных элементов из нефелиновых сиенитов и применимы в разработке технологической схемы получения концентрата РЗЭ.

Список литературы:

1. Медведев А.С. Богатырева Е.В. Теория гидрометаллургических процессов. – М.: – Издат. Дом МИСиС, 2009.
2. Минерально-сырьевая база Кыргызской Республики на рубеже перехода к рыночной экономике. – Бишкек,1998.
3. Исматов Х.Р. Алюминийсодержащее сырье Узбекистана и пути его переработки // Кислотная переработка алюминийсодержащего сырья на глинозем, Ташкент,1974, С. 3–10.