Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия:

И. Н. Пягай, старший научный сотрудник, эл. почта: igor-pya@yandex.ru

Глиноземное производство является самым масштабным в цветной металлургии, однако проблема комплексного использования бокситов до сих пор остается нерешенной. В статье рассмотрены перспективные направления утилизации отходов переработки бокситов на глинозем (красных шламов), ежегодные выбросы которых на двух Уральских алюминиевых заводах составляют более 2 млн т. Разрабатываемые блочные технологии в зависимости от запросов рынка позволят варьировать объем выпуска требуемых продуктов или переходить на другие виды продукции. Представлен обзор результатов экспериментальных исследований и укрупненных опытно-промышленных испытаний по извлечению скандия, иттрия и алюминия с получением оксидов скандия и иттрия и возвращением щелочей в основной производственный цикл. Извлекать глинозем (не менее 60–65 %) и щелочь предлагается путем автоклавного выщелачивания концентрированными растворами гидроксида натрия в присутствии гидроксида / оксида кальция (CaO/SiO₂ (мас.) = 0÷2,1) в области температур, близких к использованию в глиноземном производстве. Для извлечения скандия из отвального шлама на опытном участке, расположенном на территории БАЗ-СУАЛ, отработаны условия карбонизации шламовой пульпы отходящими газами основного глиноземного производства. Достижение высокой концентрации скандия в карбонатном растворе при использовании способов активации позволило простыми осадительными приемами (гидролиз, высаливание, осаждение) получить с хорошим выходом (>95 %) конечный продукт — технический оксид скандия. Карбонизированный шлам также был подвергнут автоклавной обработке с извлечением глинозема. Установлено одинаковое поведение шламов при автоклавной обработке. Кислотный блок направлен на извлечение иттрия в солянокислый раствор с последующим отделением сопутствующих примесей (в основном кальция) в виде гипса. Из освобожденного от примесей раствора получен оксид иттрия с выходом 51 %, а кислотно-активированный шлам является основой коагулянта для нейтрализации щелочных стоков глиноземного завода.

Автор выражает благодарность сотрудникам Лаборатории химии гетерогенных процессов ИХТТ УрО РАН за помощь в проведении экспериментальных исследований и обсуждении результатов.

1. Liu Z., Li H. Metallurgical process for valuable elements recovery from red mud — A review // Hydrometallurgy. 2015. Vol. 155. P. 29–43.
2. Klauber C., Gräfe M., Power G. Bauxite residue issues: II. Options for residue utilization // Hydrometallurgy. 2011. Vol. 108. P. 11–32.
3. Liu W., Chen X., Li W., Yu Y., Yan K. Environmental assessment, management and utilization of red mud in China // J. Clean. Prod. 2014. Vol. 84. P. 606–610.
4. Ибрагимов А. Т., Будон С. В. Развитие технологии производства глинозема из бокситов Казахстана. — Павлодар : ТОО «Дом печати», 2010. — 304 с.
5. Шароглазова М. «РУСАЛ» расширяет карту шламовых полей в Свердловской области // Правда УрФО : сетевое издание. 12.11.2015 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://pravdaurfo.ru/print/123719 (дата обращения 29.06.2016).
6. Сабирзянов Н. А., Яценко С. П. Гидрохимические способы комплексной переработки бокситов. — Екатеринбург : УрО РАН, 2006. — 386 с.
7. Леонтьев Л. И., Ватолин Н. А., Шаврин С. В., Шумаков Н. С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. — М. : Металлургия,1997. — 432 с.
8. Эколого-экономический индекс регионов России. «Экологическая карта России» / проект «РИА Новости», МИА «Россия сегодня» [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://ria.ru/ecorating/ (дата обращения 29.06.2016).
9. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Свердловской области в 2014 году» / Министерство природных ресурсов и экологии Свердловской области [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.mprso.ru/gosudarstvennye-doklady (дата обращения 29.06.2016).
10. Буркин С. П., Логинов Ю. Н., Щипанов А. А., Жуков С. С., Логинова И. В. Переработка железоглиноземистых техногенных отходов // Сталь. 1996. № 6. С. 77–80.
11. Подгородецкий Г. С., Ширяева Е. В., Горбунов В. Б., Козлова О. Н. Проблемы эффективной переработки красных шламов // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19, № 12. С. 46–53.
12. Липин В. А. Комплексное использование бокситов как способ решения экологических проблем получения глинозема // Экология и промышленность России. 2006. № 11. С. 12–14.
13. Panov A., Klimentenok G., Podgorodetskiy G., Gorbunov V. Directions for Large Scale Utilization of Bauxite Residue // The minerals, metals & materials society. Light Metals. Meeting & Exhibition. 2012. P. 93–98.
14. Яценко С. П., Сабирзянов Н. А., Пасечник Л. А., Пягай И. Н., Скачков В. М. Гидрохимическая переработка шламов глиноземного производства // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 10–13.
15. ВНИИХТ — 50 лет. Юбилейный сборник трудов / под ред. В. В. Шаталова. — М. : ЦНИИатоминформ, 2001. — 448 с.
16. Ультразвуковая обработка дисперсий глинистых минералов / под ред. Н. Н. Круглицкого. — Киев : Наукова думка, 1971. — 198 с.
17. Вайлерт А. В., Пягай И. Н., Кожевников В. Л., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Автоклавно-гидрометаллургическая переработка красного шлама глиноземного производства // Цветные металлы. 2014. № 3. С. 31–35.
18. Пат. 2478725 РФ. Способ получения оксида скандия / Пасечник Л. А., Пягай И. Н., Яценко С. П. ; опубл. 10.04.2013, Бюл. № 10.
19. Borra Ch. R., Pontikes Y., Binnemans K., Gerven T. V. Leaching of rare earths from bauxite residue (red mud) // Minerals Engineering. 2015. Vol. 76. P. 20–27.
20. Пасечник Л. А., Сабирзянов Н. А., Яценко С. П. Изучение фазовых равновесий в многокомпонентной системе (Al, Sc)₂(SO₄)₃ – FeSO₄ – H₂SO₄ – H₂O при 25 ^оC // Омский научный вестник. 2003. № 4 (25). С. 219–221.
21. Широкова А. Г., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Взаимодействие ионов РЗМ с фосфорорганическими соединениями, микрокапсулированными пористым полимером // Известия РАН. Серия физическая. 2012. Т. 76, № 5. С. 726–729.
22. Pasechnik L. А., Yatsenko А. S., Yatsenko S. P., Skryabneva L. M. Selective extraction of yttrium from alumina industry slimes // Nonferrous Metals. 2014. No. 1. P. 26–29.
23. Рысбекова А. Д., Ковзаленко В. А., Едилова Б. Х., Бейсембекова К. О., Сулейменов Э. Н. Исследование автоклавного извлечения оксида алюминия из красного шлама при различной дозировке известкового молока // Известия Национальной академии наук Республики Казахстан. Cер. химическая. 2008. № 4. С. 78–82.
24. Сажин В. С. Новые гидрохимические способы комплексной переработки алюмосиликатов и высококремнистых бокситов. — М. : Металлургия, 1988. — 213 с.
25. Ковзаленко В. А. Гидротермальное выщелачивание некондиционных бокситов при различных температурах // Химическая технология. 2008. Т. 9, № 10. С. 513–518.

26. Рысбекова А. Д., Сулейменов Э. Н. Автоклавная переработка красных шламов глиноземного производства // Материалы конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» : международная научно-техническая конференция. 22–24 апреля, 2009. — Екатеринбург, 2009. С. 225–229.
27. Никулин В. А., Зверев С. Б., Никитин Ю. Г., Подберезный В. Л. и др. Опыт проектирования и эксплуатации опытной установки высокотемпературного выщелачивания // Сб. докл. ХIV Международной конф. «Алюминий Сибири». Раздел III. Производство глинозема. — Красноярск, 2008. С. 371–373.
28. Федяев А. Н., Сусс А. Г., Власов Е. А., Кузнецова Н. В., Паромова И. В. Извлечение глинозема из алюмогетита и боксита в присутствии кальцийсодержащей добавки // Известия СПбГТИ (ТУ). 2010. № 9 (35). C. 25–28.
29. Sprauer J. W., Pearce D. W. Equilibria in the system Na₂O – SiO₂ – H₂O and Na₂O – Al₂O₃ – H₂O at 25 ^oC // J. Phys. Chem. 1940. Vol. 44, No. 7. Р. 909–916.
30. Pulforda I. D., Hargreaves J. S. J., Durisova J., Kramulova B., Girard C., Balakrishnan M., Batra V. S., Rico J. L. Carbonised red mud — A new water treatment product made from a waste material // J. Environmental Management. 2012. Vol. 100, No 6. P. 59–64.
31. Орлов С. Н., Бурков К. А., Скрипник М. Ю. Адсорбция ионов меди из водных растворов на отходах глиноземного производства // Журн. прикл. химии. 2011. Т. 84, вып. 12. С. 1946–1949.
32. Пасечник Л. А., Яценко С. П., Скачков В. М., Медянкина И. С., Сабирзянов Н. А. Активация сорбционной способности красных шламов обработкой диоксидом углерода и минеральными кислотами // Проблемы недропользования : сетевое периодическое научное издание. 2015. № 4. С. 85–93 [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://www.slideshare.net/igdweb/2015-4-7 (дата обращения 29.06.2016).