Физико-химические основы интенсификации процесса извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы и степень ее разработанности
Прогрессирующий рост численности населения Земли и попытки человечества решить вызванную этим фактом глобальную продовольственную проблему обуславливают необходимость постоянного повышения продуктивности сельского хозяйства, что главным образом зависит от плодородия почв. Проблема истощаемости почв посевных площадей в свою очередь сегодня эффективно решается только путем применения минеральных удобрений, важнейшими из которых являются фосфорсодержащие удобрения. В настоящее время значительная часть фосфорсодержащих минеральных удобрений производится с использованием экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Данные технологии позволили резко увеличить объем производства конечного продукта, увеличив при этом и количество образуемого при этом достаточно токсичного отхода - фосфогипса. Ежегодно в мире образуется более 200 млн тонн фосфогипса (в пересчете на сухой дигидрат сульфата кальция), в том числе в России -около 12,5 млн тонн. Накопление такого количества фосфогипса представляет серьезную угрозу для окружающей среды и кроме того, провоцирует социальную напряженность в районах размещения этих отходов. При этом давно известно, что фосфогипс представляет собой продукт, обладающий значительным потенциалом для вторичного использования в различных сферах хозяйственной деятельности. В развитых странах мира, например, используется около 30 % образовывающегося фосфогипса. В России, к сожалению, этот показатель не превышает 1 %.
В свете вышеизложенного проблема утилизации фосфогипса в России является весьма актуальной. Особенно важной задачей становится комплексная переработка фосфогипса с извлечением содержащихся в нем полезных элементов и последующим использованием основной части в строительной индустрии. Как уже отмечалось, в мире практика использования фосфогипса достаточно широкая. Он используется при производстве вяжущих, серной кислоты, сульфата аммония, в сельском хозяйстве. Имеются сведения об использования его и как источника редкоземельных металлов. В России фосфогипс в основном задействуется для производства строительных материалов. При этом сдерживающим фактором его масштабного применения являются примеси, такие как фосфор и фтор, которые снижают качество гипса для использования в строительстве. В последнее время появился ряд крупных проектов по извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ) из фосфогипса. Так, Росатом и компания «Скайград» планируют реализовать проект по извлечению РЗЭ из фосфогипса, образуемого в производстве АО «Воскресенские минеральные удобрения».
В зависимости от технологической схемы производства ЭФК в фазу фосфогипса переходит от 50 до 70 % РЗЭ в случае применения дигидратной либо до 90 % при осуществлении полугидратной схемы. Основным способом отчистки фосфогипса от примесей РЗЭ является их выщелачивание минеральными кислотами. Наиболее широкое распространение получили способы выщелачивания растворами серной кислоты, так как она является относительно дешевым реагентом, не вносящим при выщелачивании никаких дополнительных ионов, нежелательных при производстве строительных материалов.
Анализ исследований по сернокислотному выщелачиванию РЗЭ различной концентрации из «лежалых» (с отвала) и «свежих» фосфогипсов, полученных по различным схемам на разных предприятиях, показал, что при использовании серной кислоты приемлемой концентрации, достичь высоких степеней извлечения редкоземельных элементов не удается. Это является существенным недостатком как сернокислотных, так и других разработок технологий извлечения РЗЭ из фосфогипса. На преодоление этих недостатков и направлена настоящая работа.
Цель работы
Научное обоснование использования механической и химической активации для повышения извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса сорбционным выщелачиванием.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить возможные формы нахождения РЗЭ в «лежалых» (взятых с отвала) и «свежих» образцах фосфодигидрата и фосфополугидрата;
- изучить влияние предварительной механоактивации на структурные изменения фосфогипса и, соответственно, на степень извлечения РЗЭ в раствор в процессе сернокислотного выщелачивания;
- изучить процесс извлечения РЗЭ и ионов сопутствующих примесей (Б’, РО43') из фосфогипса способом сорбционного выщелачивания;
- на основе установленных закономерностей разработать принципиальную технологическую схему переработки фосфогипса АО «СУМЗ» (Свердловская обл., г. Ревда), с целью извлечения из него редкоземельных элементов. Провести укрупненные испытания предложенной технологии.
Научная новизна работы
1. Разработана оригинальная методика изучения распределения РЗЭ в объёме кристаллов сульфата кальция методом времяпролетной вторичной ионной масс’ спектрометрии (ВИМС).
2. Методом ВИМС впервые установлено, что в полугидрате сульфата кальция редкоземельные элементы распределены равномерно по всему объему кристалла. Показано, что обогащение по примесям, в том числе РЗЭ, увеличивается от центра кристалла дигидрата к поверхности, что связано с изменением его структуры и появлением фазы полугидрата. В центральной части кристалла двуводного сульфата кальция примеси практически отсутствуют.
3. Установлено, что предварительная механоактивация увеличивает степень извлечения РЗЭ из фосфогипса. С помощью ренгеноструктурного анализа определено, что основной вклад в реакционную способность механоактивированного в воде фосфогипса вносит энергия, затраченная на изменение межплоскостных расстояний, и энергия, запасенная в виде микродеформаций.
4. Установлено, что в отличие от сорбции РЗЭ из слабокислых сульфатных растворов, удовлетворительно описываемой изотермой Ленгмюра, сорбция РЗЭ из сернокислой пульпы предпочтительнее описывается изотермой Фрейндлиха. Кинетика сорбции РЗЭ из сернокислой пульпы фосфогипса лимитируется пленочной кинетикой, вследствие изменения реологических свойств системы (увеличение вязкости раствора) и увеличения, соответственно, эффективной толщины диффузионного слоя. Определены кинетические и термодинамические параметры сорбции ионов РЗЭ из пульпы фосфогипса при различных условиях. Определена энергия активации процесса.
Теоретическая и практическая значимость работы
1. С помощью комплекса физико-химических методов, таких как сканирующая электронная микроскопия с рентгеноспектральным микроанализом (СЭМ РСМА), рентгеноструктурный анализ (РСА), инфракрасная спектроскопия (ИК), дифференциально-термический анализ (ТГА) и ВИМС, изучены особенности состава, строения и морфологии как «свежих» образцов фосфополугидрата и фосфодигидрата, так и образцов, взятых с отвала.
2. Использование метода ВИМС позволило получить обладающие новизной результаты по распределению РЗЭ и примесей в объёме кристаллов сульфата кальция. Показано, что при кристаллизации фосфодигидрата сульфата кальция редкоземельные элементы в основном обогащают фазу целестина. Доказана возможность вхождения лантаноидов в структуру минерала по механизму гетеровалентного замещения при кристаллизации фосфополугидрата кальция.
3. Для повышения степени извлечения РЗЭ из фосфогипса предложен метод сорбционного выщелачивания, включающий две параллельные гетерогенные реакции, протекающие на границе раздела фаз: фосфогипс-раствор и раствор-катионит. Установлены существенные различия в описании термодинамических и кинетических параметров процесса сорбционного выщелачивания РЗЭ из фосфогипса и сорбции РЗЭ из сульфатных растворов катионитом.
4. Показано, что сорбционная очистка от фосфат- и фторид- ионов пульпы фосфогипса возможна только с использованием слабоосновного анионита А 100 в диапазоне рН=0,85-1,5. Остальные использованные в работе аниониты различной основности являются малоперспективными для этой цели.
5. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии. Технология включает предварительную механоактивацию пульпы фосфогипса с последующим сорбционным выщелачиванием из нее РЗЭ и осаждением из раствора десорбции коллективного концентрата РЗЭ.
Методология и методы исследования
В методологии исследований, проводимых в рамках настоящей работы, использовался комплекс экспериментально-теоретических методов в следующей последовательности: изучение свойств кристаллов фосфогипса и форм нахождения в них примесей, оценка влияния способа активации (механический, химический) на степень выщелачивания РЗЭ из фосфогипса, выбор оптимальных технологических условий и разработка технологических рекомендаций.
Работы выполнены в лабораторном и укрупненном масштабах. Для выполнения работ использованы современные химические и физико-химические методы: химико¬
аналитический, атомно-адсорбционный анализ с использованием индуктивно-связанной плазмы, рентгеноспектральный флуоресцентный анализ, вторичная ионная масс- спектрометрия и др.
Положения, выносимые на защиту
- результаты исследований состава и форм нахождения РЗЭ в фосфополугидрате и фосфодигидрате как «свежих», так и взятых с отвала образцов;
- результаты исследований влияния режимов предварительной механоактивации на энергию структурных изменений фосфогипса и его реакционную способность при последующем сернокислотном выщелачивании;
- обоснование возможности извлечения лантаноидов из сернокислой пульпы при сорбционном выщелачивании фосфогипса с использованием макропористого катионита в H+- форме. Определение оптимальных условий проведения процесса сорбционного выщелачивания РЗЭ. Обоснование выбора и разработка эффективной схемы десорбции РЗЭ из фазы катионита с его последующей регенерацией;
- технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат карбонатов РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии.
Степень достоверности научных исследований, выводов и рекомендаций базируется на использовании теоретических положений физической химии и теории гидрометаллургических процессов, а также математической статистики и подтверждается сходимостью результатов прикладных и теоретических исследований. Все математические модели являются адекватными экспериментальным данным.
Апробация результатов
Основные положения и результаты диссертации представлены на конференциях и семинарах:
- Conference in minerals engineering 2016 (2-3 февраля 2016 г. Лулео. Швеция);
- IV Международная научная конференция Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2017 (15-19 мая 2017 г. Екатеринбург);
- International Conference with Elements of School for Young Scientists on Recycling and Utilization of Technogenic Formations (5-8 июня 2017 г., Екатеринбург);
- V Международная научная конференция посвященная памяти Почетного профессора УрФУ В.С. Кортова. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2018 (14-18 мая 2018 г., Екатеринбург);
- Beneficiation of Phosphates VIII. (c 29 апреля по 4 мая 2018 г. Кейптаун, Южная Африка);
- VI Международная научная конференция посвященная 70-летию основания Физико-технологического института. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ- 2019 (20-24 мая 2019 г., Екатеринбург).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи, в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ и входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 218 источников, содержит 184 страницы машинописного текста, 70 рисунков, 48 таблиц.
Прогрессирующий рост численности населения Земли и попытки человечества решить вызванную этим фактом глобальную продовольственную проблему обуславливают необходимость постоянного повышения продуктивности сельского хозяйства, что главным образом зависит от плодородия почв. Проблема истощаемости почв посевных площадей в свою очередь сегодня эффективно решается только путем применения минеральных удобрений, важнейшими из которых являются фосфорсодержащие удобрения. В настоящее время значительная часть фосфорсодержащих минеральных удобрений производится с использованием экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК). Данные технологии позволили резко увеличить объем производства конечного продукта, увеличив при этом и количество образуемого при этом достаточно токсичного отхода - фосфогипса. Ежегодно в мире образуется более 200 млн тонн фосфогипса (в пересчете на сухой дигидрат сульфата кальция), в том числе в России -около 12,5 млн тонн. Накопление такого количества фосфогипса представляет серьезную угрозу для окружающей среды и кроме того, провоцирует социальную напряженность в районах размещения этих отходов. При этом давно известно, что фосфогипс представляет собой продукт, обладающий значительным потенциалом для вторичного использования в различных сферах хозяйственной деятельности. В развитых странах мира, например, используется около 30 % образовывающегося фосфогипса. В России, к сожалению, этот показатель не превышает 1 %.
В свете вышеизложенного проблема утилизации фосфогипса в России является весьма актуальной. Особенно важной задачей становится комплексная переработка фосфогипса с извлечением содержащихся в нем полезных элементов и последующим использованием основной части в строительной индустрии. Как уже отмечалось, в мире практика использования фосфогипса достаточно широкая. Он используется при производстве вяжущих, серной кислоты, сульфата аммония, в сельском хозяйстве. Имеются сведения об использования его и как источника редкоземельных металлов. В России фосфогипс в основном задействуется для производства строительных материалов. При этом сдерживающим фактором его масштабного применения являются примеси, такие как фосфор и фтор, которые снижают качество гипса для использования в строительстве. В последнее время появился ряд крупных проектов по извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ) из фосфогипса. Так, Росатом и компания «Скайград» планируют реализовать проект по извлечению РЗЭ из фосфогипса, образуемого в производстве АО «Воскресенские минеральные удобрения».
В зависимости от технологической схемы производства ЭФК в фазу фосфогипса переходит от 50 до 70 % РЗЭ в случае применения дигидратной либо до 90 % при осуществлении полугидратной схемы. Основным способом отчистки фосфогипса от примесей РЗЭ является их выщелачивание минеральными кислотами. Наиболее широкое распространение получили способы выщелачивания растворами серной кислоты, так как она является относительно дешевым реагентом, не вносящим при выщелачивании никаких дополнительных ионов, нежелательных при производстве строительных материалов.
Анализ исследований по сернокислотному выщелачиванию РЗЭ различной концентрации из «лежалых» (с отвала) и «свежих» фосфогипсов, полученных по различным схемам на разных предприятиях, показал, что при использовании серной кислоты приемлемой концентрации, достичь высоких степеней извлечения редкоземельных элементов не удается. Это является существенным недостатком как сернокислотных, так и других разработок технологий извлечения РЗЭ из фосфогипса. На преодоление этих недостатков и направлена настоящая работа.
Цель работы
Научное обоснование использования механической и химической активации для повышения извлечения редкоземельных элементов из фосфогипса сорбционным выщелачиванием.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- определить возможные формы нахождения РЗЭ в «лежалых» (взятых с отвала) и «свежих» образцах фосфодигидрата и фосфополугидрата;
- изучить влияние предварительной механоактивации на структурные изменения фосфогипса и, соответственно, на степень извлечения РЗЭ в раствор в процессе сернокислотного выщелачивания;
- изучить процесс извлечения РЗЭ и ионов сопутствующих примесей (Б’, РО43') из фосфогипса способом сорбционного выщелачивания;
- на основе установленных закономерностей разработать принципиальную технологическую схему переработки фосфогипса АО «СУМЗ» (Свердловская обл., г. Ревда), с целью извлечения из него редкоземельных элементов. Провести укрупненные испытания предложенной технологии.
Научная новизна работы
1. Разработана оригинальная методика изучения распределения РЗЭ в объёме кристаллов сульфата кальция методом времяпролетной вторичной ионной масс’ спектрометрии (ВИМС).
2. Методом ВИМС впервые установлено, что в полугидрате сульфата кальция редкоземельные элементы распределены равномерно по всему объему кристалла. Показано, что обогащение по примесям, в том числе РЗЭ, увеличивается от центра кристалла дигидрата к поверхности, что связано с изменением его структуры и появлением фазы полугидрата. В центральной части кристалла двуводного сульфата кальция примеси практически отсутствуют.
3. Установлено, что предварительная механоактивация увеличивает степень извлечения РЗЭ из фосфогипса. С помощью ренгеноструктурного анализа определено, что основной вклад в реакционную способность механоактивированного в воде фосфогипса вносит энергия, затраченная на изменение межплоскостных расстояний, и энергия, запасенная в виде микродеформаций.
4. Установлено, что в отличие от сорбции РЗЭ из слабокислых сульфатных растворов, удовлетворительно описываемой изотермой Ленгмюра, сорбция РЗЭ из сернокислой пульпы предпочтительнее описывается изотермой Фрейндлиха. Кинетика сорбции РЗЭ из сернокислой пульпы фосфогипса лимитируется пленочной кинетикой, вследствие изменения реологических свойств системы (увеличение вязкости раствора) и увеличения, соответственно, эффективной толщины диффузионного слоя. Определены кинетические и термодинамические параметры сорбции ионов РЗЭ из пульпы фосфогипса при различных условиях. Определена энергия активации процесса.
Теоретическая и практическая значимость работы
1. С помощью комплекса физико-химических методов, таких как сканирующая электронная микроскопия с рентгеноспектральным микроанализом (СЭМ РСМА), рентгеноструктурный анализ (РСА), инфракрасная спектроскопия (ИК), дифференциально-термический анализ (ТГА) и ВИМС, изучены особенности состава, строения и морфологии как «свежих» образцов фосфополугидрата и фосфодигидрата, так и образцов, взятых с отвала.
2. Использование метода ВИМС позволило получить обладающие новизной результаты по распределению РЗЭ и примесей в объёме кристаллов сульфата кальция. Показано, что при кристаллизации фосфодигидрата сульфата кальция редкоземельные элементы в основном обогащают фазу целестина. Доказана возможность вхождения лантаноидов в структуру минерала по механизму гетеровалентного замещения при кристаллизации фосфополугидрата кальция.
3. Для повышения степени извлечения РЗЭ из фосфогипса предложен метод сорбционного выщелачивания, включающий две параллельные гетерогенные реакции, протекающие на границе раздела фаз: фосфогипс-раствор и раствор-катионит. Установлены существенные различия в описании термодинамических и кинетических параметров процесса сорбционного выщелачивания РЗЭ из фосфогипса и сорбции РЗЭ из сульфатных растворов катионитом.
4. Показано, что сорбционная очистка от фосфат- и фторид- ионов пульпы фосфогипса возможна только с использованием слабоосновного анионита А 100 в диапазоне рН=0,85-1,5. Остальные использованные в работе аниониты различной основности являются малоперспективными для этой цели.
5. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии. Технология включает предварительную механоактивацию пульпы фосфогипса с последующим сорбционным выщелачиванием из нее РЗЭ и осаждением из раствора десорбции коллективного концентрата РЗЭ.
Методология и методы исследования
В методологии исследований, проводимых в рамках настоящей работы, использовался комплекс экспериментально-теоретических методов в следующей последовательности: изучение свойств кристаллов фосфогипса и форм нахождения в них примесей, оценка влияния способа активации (механический, химический) на степень выщелачивания РЗЭ из фосфогипса, выбор оптимальных технологических условий и разработка технологических рекомендаций.
Работы выполнены в лабораторном и укрупненном масштабах. Для выполнения работ использованы современные химические и физико-химические методы: химико¬
аналитический, атомно-адсорбционный анализ с использованием индуктивно-связанной плазмы, рентгеноспектральный флуоресцентный анализ, вторичная ионная масс- спектрометрия и др.
Положения, выносимые на защиту
- результаты исследований состава и форм нахождения РЗЭ в фосфополугидрате и фосфодигидрате как «свежих», так и взятых с отвала образцов;
- результаты исследований влияния режимов предварительной механоактивации на энергию структурных изменений фосфогипса и его реакционную способность при последующем сернокислотном выщелачивании;
- обоснование возможности извлечения лантаноидов из сернокислой пульпы при сорбционном выщелачивании фосфогипса с использованием макропористого катионита в H+- форме. Определение оптимальных условий проведения процесса сорбционного выщелачивания РЗЭ. Обоснование выбора и разработка эффективной схемы десорбции РЗЭ из фазы катионита с его последующей регенерацией;
- технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат карбонатов РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии.
Степень достоверности научных исследований, выводов и рекомендаций базируется на использовании теоретических положений физической химии и теории гидрометаллургических процессов, а также математической статистики и подтверждается сходимостью результатов прикладных и теоретических исследований. Все математические модели являются адекватными экспериментальным данным.
Апробация результатов
Основные положения и результаты диссертации представлены на конференциях и семинарах:
- Conference in minerals engineering 2016 (2-3 февраля 2016 г. Лулео. Швеция);
- IV Международная научная конференция Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2017 (15-19 мая 2017 г. Екатеринбург);
- International Conference with Elements of School for Young Scientists on Recycling and Utilization of Technogenic Formations (5-8 июня 2017 г., Екатеринбург);
- V Международная научная конференция посвященная памяти Почетного профессора УрФУ В.С. Кортова. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ-2018 (14-18 мая 2018 г., Екатеринбург);
- Beneficiation of Phosphates VIII. (c 29 апреля по 4 мая 2018 г. Кейптаун, Южная Африка);
- VI Международная научная конференция посвященная 70-летию основания Физико-технологического института. Физика. Технологии. Инновации. ФТИ- 2019 (20-24 мая 2019 г., Екатеринбург).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи, в рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом УрФУ и входящих в международные базы цитирования Web of Science и Scopus.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 218 источников, содержит 184 страницы машинописного текста, 70 рисунков, 48 таблиц.
1. На основании проведенного анализа литературных источников сделан вывод о том, что для эффективного использования фосфогипса необходима разработка комплексной технологии его переработки, предусматривающей извлечение РЗЭ и использование отмытого фосфогипса в строительной индустрии
2. С использованием современных физико-химических методов определены конечные формы нахождения РЗЭ как в «свежих» отходах производства ЭФК так и «лежалых» образцах фосфогипса. Установлено, что в фосфогипсе полученном по дигидратной технологии, РЗЭ преимущественно образуют самостоятельную фазу ортофосфатов, либо обогащают целестиновую фазу. При реализации полугидратной схемы РЗЭ преимущественно входят в кристаллическую фазу сульфата кальция. Показано, что распределение РЗЭ, сокристаллизованных с дигидратом сульфата кальция, неравномерно: наблюдается обогащение лантаноидами поверхности минерала. Такое обогащение обусловлено изменением фазового состава минерала с переходом от дигидратной формы в центре кристалла к полугидратной модификации у поверхности.
3. Показано, что механоактивация оказывает заметное влияние на свойства фосфогипса и эффективность извлечения из него РЗЭ. Повышение эффективности выщелачивании связано в первую очередь с увеличением микродеформаций кристаллической решетки. Установлены три этапа процесса механоактивации:
- трансформация энергии в энергию свежеобразованной поверхности и энергию микродеформаций;
- деформация кристаллической решетки минерала;
- вторичный рост микродеформаций в кристаллах фосфогипса.
Увеличение степени выщелачивания РЗЭ из фосфогипса при использовании процесса механоактивации связано с увеличением дефектности кристаллической решетки на начальном этапе и увеличением удельной поверхности в последующем. Кинетические исследования процесса сорбционного выщелачивания показали, что скорость общего процесса лимитируется внешней диффузией.
4. Доказано, что при использовании процесса сорбционного выщелачивания обеспечивается значительная полнота извлечения лантаноидов за счет смещения равновесия и повышения кислотности раствора, которая обеспечивается десорбированными из катионита ионами водорода. Наиболее предпочтительными для реализации сорбции РЗЭ из пульпы фосфогипса являются макропористые сульфокатиониты, обладающие большей механической прочностью по сравнению с сульфокатионитами гелевого типа. Равновесие сорбции лантана из пульпы фосфогипса катионитом устанавливается значительно медленнее, чем при сорбции из растворов, и удовлетворительно описывается уравнением Фрейндлиха.
5. Установлено, что десорбция РЗЭ из фазы насыщенного катионита возможна растворами солей натрия, аммония и кальция различной концентрации. Оптимальными условиями десорбции РЗЭ из катионита являются: элюент - КНКОз с концентрацией 500 г/дм3; скорость элюирования 3 удельных объема в час. Конверсию ионита в Н+-форму эффективнее проводить растворами Н28О- с концентрацией 200 г/дм3 и скоростью элюирования 2 удельных объема в час. При сорбционном выщелачивании происходит не только извлечение РЗЭ, но и отмывка фосфогипса от соединений фтора и фосфора.
6. На основании проведенных исследований предложена технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии. Технология включает предварительную механоактивацию пульпы фосфогипса с последующим сорбционным выщелачиванием из нее РЗЭ и осаждением из раствора десорбции коллективного концентрата РЗЭ. Технология апробирована на специально созданной укрупненной экспериментальной установке. В процессе работы было переработано 46 тонн фосфогипса АО «СУМЗ» и получено 110 килограмм коллективного концентрата карбонатов РЗЭ с содержанием ЕРЗЭ>50 %. По результатам испытаний разработанной технологии составлена балансовая схема переработки фосфогипса и подготовлено ТЭО создания производства комплексной переработки фосфогипса на АО «СУМЗ» мощностью 500 тыс. тонн/год.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований в данном научном направлении будут заключаться в установлении более детальных закономерностей форм нахождения РЗЭ в фосфогипсе при различных способах получения ЭФК и при хранении его в отвалах с применением современных физико-химических методов.
Наиболее реалистичным в нынешних условиях является вариант с получением коллективного концентрата карбонатов РЗМ и складированием отмытого фосфогипса на территории предприятия с последующим использованием его при производстве вяжущих.
2. С использованием современных физико-химических методов определены конечные формы нахождения РЗЭ как в «свежих» отходах производства ЭФК так и «лежалых» образцах фосфогипса. Установлено, что в фосфогипсе полученном по дигидратной технологии, РЗЭ преимущественно образуют самостоятельную фазу ортофосфатов, либо обогащают целестиновую фазу. При реализации полугидратной схемы РЗЭ преимущественно входят в кристаллическую фазу сульфата кальция. Показано, что распределение РЗЭ, сокристаллизованных с дигидратом сульфата кальция, неравномерно: наблюдается обогащение лантаноидами поверхности минерала. Такое обогащение обусловлено изменением фазового состава минерала с переходом от дигидратной формы в центре кристалла к полугидратной модификации у поверхности.
3. Показано, что механоактивация оказывает заметное влияние на свойства фосфогипса и эффективность извлечения из него РЗЭ. Повышение эффективности выщелачивании связано в первую очередь с увеличением микродеформаций кристаллической решетки. Установлены три этапа процесса механоактивации:
- трансформация энергии в энергию свежеобразованной поверхности и энергию микродеформаций;
- деформация кристаллической решетки минерала;
- вторичный рост микродеформаций в кристаллах фосфогипса.
Увеличение степени выщелачивания РЗЭ из фосфогипса при использовании процесса механоактивации связано с увеличением дефектности кристаллической решетки на начальном этапе и увеличением удельной поверхности в последующем. Кинетические исследования процесса сорбционного выщелачивания показали, что скорость общего процесса лимитируется внешней диффузией.
4. Доказано, что при использовании процесса сорбционного выщелачивания обеспечивается значительная полнота извлечения лантаноидов за счет смещения равновесия и повышения кислотности раствора, которая обеспечивается десорбированными из катионита ионами водорода. Наиболее предпочтительными для реализации сорбции РЗЭ из пульпы фосфогипса являются макропористые сульфокатиониты, обладающие большей механической прочностью по сравнению с сульфокатионитами гелевого типа. Равновесие сорбции лантана из пульпы фосфогипса катионитом устанавливается значительно медленнее, чем при сорбции из растворов, и удовлетворительно описывается уравнением Фрейндлиха.
5. Установлено, что десорбция РЗЭ из фазы насыщенного катионита возможна растворами солей натрия, аммония и кальция различной концентрации. Оптимальными условиями десорбции РЗЭ из катионита являются: элюент - КНКОз с концентрацией 500 г/дм3; скорость элюирования 3 удельных объема в час. Конверсию ионита в Н+-форму эффективнее проводить растворами Н28О- с концентрацией 200 г/дм3 и скоростью элюирования 2 удельных объема в час. При сорбционном выщелачивании происходит не только извлечение РЗЭ, но и отмывка фосфогипса от соединений фтора и фосфора.
6. На основании проведенных исследований предложена технологическая схема извлечения РЗЭ из фосфогипса АО «СУМЗ», позволяющая получать коллективный концентрат РЗЭ и фосфогипс, пригодный для использования в строительной индустрии. Технология включает предварительную механоактивацию пульпы фосфогипса с последующим сорбционным выщелачиванием из нее РЗЭ и осаждением из раствора десорбции коллективного концентрата РЗЭ. Технология апробирована на специально созданной укрупненной экспериментальной установке. В процессе работы было переработано 46 тонн фосфогипса АО «СУМЗ» и получено 110 килограмм коллективного концентрата карбонатов РЗЭ с содержанием ЕРЗЭ>50 %. По результатам испытаний разработанной технологии составлена балансовая схема переработки фосфогипса и подготовлено ТЭО создания производства комплексной переработки фосфогипса на АО «СУМЗ» мощностью 500 тыс. тонн/год.
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований в данном научном направлении будут заключаться в установлении более детальных закономерностей форм нахождения РЗЭ в фосфогипсе при различных способах получения ЭФК и при хранении его в отвалах с применением современных физико-химических методов.
Наиболее реалистичным в нынешних условиях является вариант с получением коллективного концентрата карбонатов РЗМ и складированием отмытого фосфогипса на территории предприятия с последующим использованием его при производстве вяжущих.
Подобные работы
- Физико-химические основы интенсификации процесса извлечения редкоземельных металлов из фосфогипса
Диссертации (РГБ), химия. Язык работы: Русский. Цена: 4215 р. Год сдачи: 2021
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
Каталог работ (148254)
- Бакалаврская работа (37598)
- Диссертация (977)
- Магистерская диссертация (22018)
- Дипломные работы, ВКР (59940)
- Главы к дипломным работам (2136)
- Курсовые работы (10481)
- Контрольные работы (6265)
- Отчеты по практике (1357)
- Рефераты (1481)
- Задачи, тесты, ПТК (631)
- Ответы на вопросы (155)
- Статьи, Эссе, Сочинения (942)
- Бизнес-планы (51)
- Презентации (106)
- РГР (84)
- Авторефераты (РГБ) (1692)
- Диссертации (РГБ) (1882)
- Прочее (458)
Новости
06.01.2018
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
Помощь в выполнении учебных и научных работ на заказ ОФОРМИТЬ ЗАКАЗ
дальше»» Все новости
Статьи
- Где лучше заказывать диссертации и дипломные?
- Выполнение научных статей
- Подготовка диссертаций
- Подводные камни при написании магистерской работы
- Помощь в выполнении дипломных работ
»» Все статьи
Заказать работу
Заявка на оценку стоимости
Это краткая форма заказа. После ее заполнения вы перейдете на полную форму заказа работы
