Combined processing of quartz-leucoxene concentrate and red mud

Abstract

Вопросам переработки минеральных отходов уделяется все больше внимания. Красный шлам – крупнотоннажный, высокоопасный отход производства алюминия по методу Байера, объемы которого исчисляются миллионами тонн и до сих пор не имеют полноценной технологии их переработки. Кварц-лейкоксеновый концентрат – промышленный титансодержащий отход (до 45-50 % масс. TiO2) добычи сланцевой нефти, который, несмотря на высокий потенциал, до сих пор не перерабатывается в промышленных масштабах и, приобретая статус отхода, направляется на шлакохранилище. В рамках проделанной работы предложена схема совместной переработки двух отходов с получением ценного продукта – псевдобрукита, который может быть использован в качестве высокоэффективного катализатора или сырья для производства соединений титана. Оптимальными условиями процесса термохимической обработки эквимолярной смеси кварц-лейкоксенового концентрата и красного шлама являются температура 1475-1500 °С при времени 3-4 часа, а выход целевой фазы псевдобрусита превышает 90 %. Полученный псевдобрукит активно сульфатизируется 70 %-ной серной кислотой в течение 3-4 часов, при этом степень извлечения соединений титана и железа превышает 95 %. Доказана, что реакционная способность псевдобрукита в отношении растворов серной кислоты в 3,0-5,0 раз превышает реакционную способность исходного кварц-лейкоксенового концентрата. В процессе кислотного выщелачивания помимо соединений титана и железа в раствор количественно переходят соединения редкоземельных элементов, которые могут быть эффективно извлечены с использованием традиционных экстракционных методов. Предлагаемая технология может стать важным источником соединений РЗЭ, титана и железа, а очищенные маточные растворы могут быть использованы в качестве инновационных, высокоэффективных коагулянтов для очистки сточных вод сложного состава. More and more attention are being paid to the issues of processing mineral waste. Red mud is a large-scale, highly hazardous waste from aluminum production using the Bayer method, the volume of which amounts to millions of tons and there is still no complete technology for its processing. Quartz-leucoxene concentrate is an industrial titanium-containing waste (up to 45-50% wt. TiO2) of shale oil production, which, despite its high potential, is still not processed on an industrial scale and, acquiring the status of waste, is sent to a slag storage facility. As part of the work done, a scheme for the joint processing of two wastes was proposed to obtain a valuable product - pseudobrookite, which can be used as a highly effective catalyst or raw material for the production of titanium compounds. The optimal conditions for the process of thermochemical treatment of an equimolar mixture of quartz-leucoxene concentrate and red mud are a temperature of 1475-1500 ° C for a time of 3-4 hours, and the yield of the target pseudobrucite phase exceeds 90%. The resulting pseudobrookite is actively sulfated with 70% sulfuric acid for 3-4 hours, and the degree of extraction of titanium and iron compounds exceeds 95%. It has been proven that the reactivity of pseudobrookite with respect to sulfuric acid solutions is 3.0-5.0 times higher than the reactivity of the original quartz-leucoxene concentrate. During the acid leaching process, in addition to titanium and iron compounds, compounds of rare earth elements quantitatively pass into solution, which can be effectively extracted using traditional extraction methods. The proposed technology can become an important source of rare earth elements, titanium and iron compounds, and purified mother liquors can be used as innovative, highly effective coagulants for the treatment of wastewater of complex composition.