Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, кафедра металлургии цветных металлов, Екатеринбург, Россия:

А. А. Шопперт, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: a.a.shoppert@urfu.ru
Л. И. Чайкин, ведущий инженер, эл. почта: l.i.chaikin@urfu.ru
И. В. Логинова, профессор, докт. техн. наук , эл. почта: i.v.loginova@urfu.ru
Ю. А. Напольских, аспирант, эл. почта: julia.napolskikh@urfu.ru

В число потенциальных источников сырья для получения скандия и других редкоземельных элементов (РЗЭ) входят полупродукты глиноземного производства: красный шлам (КШ) и пыль электрофильтров (ПЭФ) печей спекания. Большинство предыдущих исследований были направлены на выщелачивание КШ с использованием различных кислот высокой концентрации. Однако при этом наблюдается большой расход реагентов из-за необходимости нейтрализации содержащейся в КШ каустической щелочи, растворения железа и других макрокомпонентов. Авторами статьи исследована возможность селективного кислотного извлечения РЗЭ из ПЭФ при повышенных значениях pH в присутствии катионов магния. Показано, что предварительное водное выщелачивание ПЭФ позволяет повысить концентрирование РЗЭ в 2 раза и значительно снизить содержание Na2O в твердом остатке. Селективное извлечение РЗЭ проводили при помощи разбавленных (pH = 2÷5) растворов серной кислоты с добавлением сульфата магния, который может выступать в качестве десорбента РЗЭ с поверхности минералов твердого остатка. При выщелачивании твердого остатка при температуре 80 ^oC, отношении Ж:Т = 10:1 и продолжительности выщелачивания 60 мин при pH = 2 извлекали более 75 % Sc. Извлечение железа и титана при этом не превышало 1–5 %. Повышение pH до 3,5 при прочих равных условиях приводило к снижению степени извлечения скандия до 63 %, а железа и титана — до 0,2 %. Также было выявлено, что кальций, который содержался в исходной ПЭФ, в результате выщелачивания серной кислотой осаждается из раствора в виде гипса, при этом может также увлекаться часть РЗЭ.

Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фонда № 22-29-01515, определение содержания РЗЭ в твердом остатке методом ИСП-МС выполнено при поддержке Госзадания РФ по Гранту № 075-03-2021-051/5.

1. Beloglazov I., Savchenkov S., Bazhin V., Kawalla R. Synthesis of Mg – Zn – Nd master alloy in metallothermic reduction of neodymium from fluoride – chloride melt. Crystals. 2020. Vol. 10, No. 11. p. 985.
2. Savchenkov S., Bazhin V., Brichkin V., Povarov V., Ugolkov V. et al. Synthesis of magnesium – zinc – yttrium master alloy. Letters on Materials. 2019. Vol. 9, No. 3. pp. 339–343.
3. Savchenkov S., Kosov Y., Bazhin V., Krylov K., Kawalla R. Microstructural master alloys features of aluminum – erbium system. Crystals. 2021. Vol. 11, Iss. 11. p. 1353.
4. Røyset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys. International Materials Reviews. 2005. Vol. 50, Iss. 1. pp. 19–44.
5. Suzdaltsev A. V., Pershin P. S., Filatov A. A., Nikolaev A. Yu. et al. Review — synthesis of aluminum master alloys in oxide-fluoride melts: A Review. Journal of The Electrochemical Society. 2020. Vol. 167, No. 10. p. 102503.
6. Rychkov V. N., Kirillov E. V., Kirillov S. V., Semenishchev V. S., Bunkov G. M. et al. Recovery of rare earth elements from phosphogypsum. Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 196. pp. 674–681.
7. Lokshin E. P., Tareeva O. A., Elizarova I. P. A study of the sulfuric acid leaching of rare-earth elements, phosphorus, and alkali metals from phosphodihydrate. Russian Journal of Applied Chemistry. 2010. Vol. 83, No. 6. pp. 958–964.
8. Zinoveev D., Pasechnik L., Fedotov M., Dyubanov V., Grudinsky P. et al. Extraction of valuable elements from red mud with a focus on using liquid Media — A Review. Recycling. 2021. Vol. 6, Iss. 2. p. 38.
9. Anhaeusser C. R., Maske S. Mineral deposits of Southern Africa. Johannesburg : Geological Society of South Africa, 1986. 2335 p.
10. Lokshin E. P., Tareeva O. A. Production of high-quality gypsum raw materials from phosphogypsum. Russian Journal of Applied Chemistry. 2015. Vol. 88, Iss. 4. pp. 567–573.
11. Binnemans K., Jones P. T., Blanpain B., Van Gerven T., Pontikes Y. Towards zero-waste valorisation of rare – earth – containing industrial process residues: a critical review. Journal of Cleaner Production. 2015. Vol. 99. pp. 17–38.
12. Lokshin E. P., Tareeva O. A. Activation of leaching of rare earth elements from phosphohemihydrate. Russian Journal of Applied Chemistry. 2013. Vol. 86, No. 11. pp. 1638–1642.
13. Alam S., Das B. K., Das S. K. Dispersion and sedimentation characteristics of red mud. Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste. 2018. Vol. 22, Iss. 4. p. 04018025.
14. Khalifa A., Bazhin V., Kuskova Y., Abdelrahim A., Ahmed Y. Study the recycling of red mud in iron ore sintering process. Journal of Ecological Engineering. 2021. Vol. 22, No. 6. pp. 191–201.
15. Trushko V. L., Utkov V. A., Bazhin V. Yu. Topicality and possibilities for complete processing of red mud of aluminous production. Journal of Mining Institute. 2017. Vol. 227, No. 5. p. 547.
16. Brichkin V. N., Dubovikov О. А., Nikolayeva N. V., Besedin А. А. Red mud dewatering and basic trends in its recycling. Obogashchenie Rud. 2014. No. 1. pp. 44–49.
17. Rivera R. M., Ounoughene G., Malfliet A., Vind J., Panias D. et al. A study of the occurrence of selected rare-earth elements in neutralized–Leached bauxite residue and comparison with untreated bauxite residue. Journal of Sustainable Metallurgy. 2019. Vol. 5, No. 1. pp. 57–68.
18. Pasechnik L. A., Shirokova A. G., Koryakova O. V., Sabirzyanov N. A., Yatsenko S. P. Complexing properties of scandium(III) in alkaline medium. Russian Journal of Applied Chemistry. 2004. Vol. 77, No. 7. pp. 1070–1073.
19. Akcil A., Akhmadiyeva N., Abdulvaliyev R., Abhilash, Meshram P. Overview on extraction and separation of rare earth elements from red mud: focus on scandium. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2018. Vol. 39, No. 3. pp. 145–151.
20. Rivera R. M., Ounoughene G., Borra C. R., Binnemans K., Van Gerven T. Neutralisation of bauxite residue by carbon dioxide prior to acidic leaching for metal recovery. Minerals Engineering. 2017. Vol. 112. pp. 92–102.
21. Loginova I. V., Shoppert A. A., Chaikin L. I. Effect of adding sintering furnace electrostatic precipitator dust on combined leaching of bauxites and cakes. Metallurgist. 2015. Vol. 59, No. 7-8. pp. 698–704.
22. Diev V. N., Sabirzyanov N. A., Skryabneva L. M., Yatsenko S. P., Anashkin V. S. Method for scandium extraction from bauxite treatment for alumina production. Patent RF, No. 2201988. Applied: 26.02.2001. Published: 10.04.2003.
23. Shoppert A., Loginova I., Napolskikh J., Valeev D. High-selective extraction of scandium (Sc) from bauxite residue (red mud) by acid leaching with MgSO₄. Materials. 2022. Vol. 15, No. 4. p. 1343.
24. Xiao Y., Chen Y., Feng Z., Huang X., Huang L. et al. Leaching characteristics of ion-adsorption type rare earths ore with magnesium sulfate. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015. Vol. 25, No. 11. pp. 3784–3790.
25. Borra C. R., Pontikes Y., Binnemans K., Van Gerven T. Leaching of rare earths from bauxite residue (red mud). Minerals Engineering. 2015. Vol. 76. pp. 20–27.
26. Chaikin L., Shoppert A., Valeev D., Loginova I., Napolskikh J. Concentration of rare earth elements (Sc, Y, La, Ce, Nd, Sm) in bauxite residue (red mud) obtained by water and alkali leaching of bauxite sintering dust. Minerals. 2020. Vol. 10, Iss. 6. p. 500.
27. Zhang W., Noble A., Yang X., Honaker R. A Comprehensive review of rare earth elements recovery from coal-related materials. Minerals. 2020. Vol. 10, Iss. 5. p. 451.
28. Lin P., Yang X., Werner J. M., Honaker R. Q. Application of eh-pH diagrams on acid leaching systems for the recovery of REEs from bastnaesite, monazite and xenotime. Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 5. p. 734.
29. Shoppert A., Loginova I., Napolskikh J., Kyrchikov A., Chaikin L. et al. Selective scandium (Sc) extraction from bauxite residue (red mud) obtained by alkali fusion-leaching method. Materials. 2022. Vol. 15, No. 2. p. 433.
30. Boyarintsev A. V., Aung H. Y., Stepanov S. I., Shoustikov A. A., Ivanov P. I. et al. Evaluation of main factors for improvement of the scandium leaching process from Russian bauxite residue (red mud) in Carbonate Media. ACS Omega. 2021. DOI: 10/2021/acomega.1c04580.