испытания нового варианта переработки лопаритового

ИСПЫТАНИЯ НОВОГО ВАРИАНТА ПЕРЕРАБОТКИ
ЛОПАРИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА С ПОЛУЧЕНИЕМ
ПРЕКУРСОРОВ ДЛЯ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
А.И.Николаев1, Н.В.Зоц2, Герасимова Л.Г.1, Майоров В.Г.1
1
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им.И.В.Тананаева
Кольского научного центра РАН, 2ОАО «Росредмет» СПб
Существенные различия в составе традиционного и Кольского редкометалльного сырья, в
частности, более низкое содержание полезных компонентов в последнем не позволяет
эффективно использовать мировой опыт в технологии его переработки. Поэтому для
создания эффективных технологических схем требуется проведение систематических
исследований. Научные основы переработки нетрадиционного сырья разрабатывались в
ИХТРЭМС, Гиредмет, ВНИИХТ, ВИМС и др. организациях. Обобщающие результаты
приведены в работах [1-4]. В промышленном масштабе были реализованы две
комплексные технологические схемы, называемые по головным операциям хлорной (ОАО
«СМЗ», г. Соликамск) и сернокислотной (ГАО «Силмет», г.Силламяэ, Эстония).
Разработчиком гидрометаллургических вариантов технологии является ИХТРЭМС КНЦ
РАН. Достоинства и недостатки внедренных схем подробно рассмотрены ранее в работах
[1-6]. Сернокислотная технология пригодна для переработки различного сырья, например,
перовскитового концентрата, и титано-тантало-ниобиевых продуктов, получаемых в
одном из способов первичной обработки сырья [2, 3].
Лопаритовый концентрат (ЛК), производимый ОАО «Ловозерская ГМК», был и попрежнему остается одним из основных источников РЗЭ, ниобия и тантала в России.
Утвержденные балансовые запасы титана, ниобия, тантала и РЗЭ, связанные с ЛК
Ловозерского месторождения, позволяют обеспечить потребности внутреннего рынка на
многие десятилетия. Имеются перспективы наращивания запасов лопаритовых руд.
Традиционные гидрометаллургические технологические схемы не обеспечивают
экономически рентабельного извлечения всех ценных компонентов из ЛК. Для оценки и
разработки рациональных технологий переработки ЛК необходимо было выполнить
следующие основные этапы:
•
Создание банка термодинамических характеристик отдельных соединений, реакций,
процессов (применительно к технологическим схемам).
•
Выбор реагентов и возможных направлений переработки сырья на основе физикохимических и термодинамических данных для ЛК и примесных минералов.
•
Оценка оптимальных направлений переработки ЛК с получением необходимых
целевых и попутных продуктов.
•
Определение областей использования и утилизации попутно получаемых продуктов и
возможности расширения их номенклатуры в зависимости от потребностей, и
особенно, в смежных областях промышленности региона.
•
Прогнозирование потребностей в получаемых продуктах ближайших регионов и
страны в целом. Определение возможности экспорта продукции.
•
Оценка аппаратурно-технологической
предварительный выбор аппаратуры.
•
Предварительная технико-экономическая оценка технологии на основе результатов
испытаний и корректировка экономических показателей на последующих стадиях.
•
Выполнение ТЭО (бизнес-планов) создания промышленного производства.
схемы
предполагаемого
производства
и
Разработанный в ИХТРЭМС базовый пакет комбинированных схем переработки титаноредкометалльного сырья включает до двадцати различных вариантов технологических
схем для ЛК [2]. Главной его целью является создание многовариантного пакета реагентов
и режимов, обеспечивающего синтез оптимальных вариантов переработки
поликомпонентного сырья; создание эффективных аппаратурных комплексов,
обеспечивающих замкнутость технологического процесса; расширение гаммы конечной
товарной продукции для обеспечения полной утилизации всех ценных компонентов
комплексного сырья с учетом нестабильности конъюнктуры на потребительском рынке
редких металлов и их соединений. Ряд вариантов схем основан на разложении ЛК соляной
или азотной кислотами с последующей переработкой, выделенного при этом
гидратированного осадка и состоящего из оксидов титана, ниобия и тантала, различными
методами, включающими сернокислотно-фторидный, фторидный, хлорирование и др.
Перспективность у комплексных азотнокислотного и солянокислотного методов
переработки ЛК связана с выявленной нами возможностью экстракции тантала и ниобия
из растворов, не содержащих других минеральных кислот, кроме фтороводородной, и
безреагентной переработкой ниобиевых реэкстрактов и титановых рафинатов с
регенерацией HF. Это существенно отличает экстракционный процесс при переработке
ЛК и колумбито-танталитовых концентратов [7] и создаёт перспективу переработки ЛК и
другого бедного сырья в цикле без использования сильных минеральных кислот (соляной
и серной) с регенерацией HF без сброса больших количеств кислотных стоков.
С учетом литературных и выполненных нами данных предлагается к проектированию
азотнокислотно-гидрофторидная технология – рис. [8, 9]. Важной особенностью нового
варианта разработанной нами и реализованной в виде проекта схемы химикометаллургического производства по переработке ЛК является ее ориентирование на
сокращение отходов производства, более полное использование сырья, углубление его
переработки и получение более широкого спектра готовой продукции, в том числе, с
улучшенными потребительскими характеристиками.
Впервые нами установлена возможность перехода на безреагентную переработку
реэкстрактов с одновременным возвратом HF в процесс при пирогидролизе или диализе
титанового рафината и реэкстрактов ниобия и тантала [10]. Одновременно с регенерацией
HF получают оксиды титана и ниобия. Схема была проверена на опытных установках
ИХТРЭМС и ЗАО «Росредмет». Опытные партии технологических растворов были
переработаны на опытной пирогидролизной установке австрийской фирмы “АндрицРутнер”. При этом была подтверждена возможность практически полной регенерации HF
и были получены опытные образцы оксидов титана и ниобия [10, 11].
КОНЦЕНТРАТ
ДОИЗМЕЛЬЧЕНИЕ
ВОДА
ИЗМЕЛЬЧЕННЫЙ КОНЦЕНТРАТ
РАЗЛОЖЕНИЕ
65% HNO3
ПУЛЬПА
ОБОРОТНЫЙ РАСТВОР
РАЗБАВЛЕНИЕ
ФИЛЬТРАЦИЯ
РАСТВОР РЗМ
НИТРАТОВ
ОСАДОК ГИДРАТОВ
ВОДА
ПРОМЫВКА
ГИДРАТНЫЙ КЕК
HF, H2O
ФТОРИРОВАНИЕ
ОСАДОК
НА СБРОС
Ta, Nb,Ti -раствор
ЭКСТРАКЦИЯ
Nb,Ta
Ta – РЕЭКСТРАКТ НА
ВЫДЕЛЕНИЕ Тa2О5
Nb-РЕЭКСТРАКТ, Ti-РАСТВОР
HF, H2O В ОБОРОТ ПИРОГИДРОЛИЗ
TiO2 – ТЕХНИЧЕСКИЙ
Nb2O5 ТЕХНИЧЕСКИЙ
Рисунок. Принципиальная азотнокислотно-гидрофторидная технология переработки
лопаритового концентрата
Рассмотрение различных вариантов размещения производства по переработке ЛК
показывает, что наиболее привлекательным является площадка ОАО «Ловозерская Горная
компания» (ЛГОК). При этом снижается цена ЛК до близкой к себестоимости.
Устраняется необходимость перемещения радиоактивного концентрата в другие регионы
России. Захоронение радионуклидов и других твердых отходов упрощается и проводится
в горных выработках ЛГОКа. Все сбросные нитратные растворы могут быть
переработаны в товарную натриевую селитру, реализуемую в данном регионе (для
приготовления взрывчатых веществ или в качестве минерального удобрения). Технология
решает проблемы утилизации газовых и жидких стоков и твердых отходов и является
экологически безопасной.
Среди основной продукции – пигментный диоксид титана, композиционные пигменты и
наполнители для лакокрасочных материалов, титано-фосфатные сорбенты, соединения
РЗЭ и редких элементов, включая соединения тантала и ниобия высокой чистоты, как
прекурсоры для производства материалов электронной техники, и другие дефицитные в
России продукты. Проект позволяет в перспективе создать также лакокрасочное
производство с годовым объемом 30000 тонн. Разрабатываемый проект имеет особо важное
государственное значение и нацелен на уменьшение критической зависимости России от импорта
стратегических материалов на основе редких, редкоземельных элементов и титана.
Величина общей точки безубыточности производства соответствует переработке 13000 т
ЛК в год [12]. Рассматриваемый уровень переработки ЛК соответствует 18000 т в год. Это
позволяет сделать вывод о том, что планируемый выпуск и реализация продукция на
27.77% превышает уровень безубыточности планируемого производства. Расчетный срок
окупаемости проекта составляет 5.75 года. Подробные данные, описывающие
экономическую эффективность химико-металлургического предприятия по выбранной
технологии, приведены в подготовленном нами бизнес-плане [12].
ЛИТЕРАТУРА
1. Николаев А.И. Переработка нетрадиционного титанового сырья Кольского
полуострова. Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1991. - 118 с.
2. Калинников В.Т., Николаев А.И., Захаров В.И. Гидрометаллургическая комплексная
переработка нетрадиционного титано-редкометалльного и алюмосиликатного сырья.
Апатиты: Изд. КНЦ РАН, 1999. - 225 с.
3. Химическая переработка минеральных концентратов Кольского полуострова
С.Г.Федоров, А.И.Николаев, Ю.Е.Брыляков, Л.Г.Герасимова, Н.Я.Васильева. Апатиты.
2003. - 196 с.
4. Быховский Л.З., Кудрин В.С.,Тигунов Л.П. и др. Нетрадиционные источники
получения титана и редких металлов. // Геология, методы поисков, разведки и оценки
месторождений твердых полезных ископаемых. Обзорная информация. Выпуск 4-5. –
2003. – 98 с. М.: ЗАО «Геоинформцентр».
5. Развитие редкометалльной промышленности в России на базе лопарита. Научная
конференция. С.-Пб. - 2001. – 285 с.
6. Михайличенко А.И., Михлин Е.Б., Патрикеев Ю.Б. Редкоземельные металлы. М.:
Металлургия. - 1987. - 232 с.
7. Новые направления в гидрометаллургии лопаритового концентрата / Л.И.Склокин,
Н.В.Зоц, С.В.Шестаков и др. // Цветные металлы. – 2000. - №10. - С.48-53.
8. Азотнокислотно-гидрофторидная технология лопаритового концентрата / Н.В.Зоц,
В.Т.Калинников, В.А.Коробейников и др. // Природопользование в Евро-Арктическом
регионе: опыт ХХ века и перспективы (труды Междунар. конф., посвященной 70летию Кольского научного центра РАН, Апатиты, 2-4 ноября 2000 года). – Апатиты. 2001. - С. 261-268.
9. He Jilin, Zhang Zongguo, Xu Zhongting et al. Hydrometallurgical extraction of tantalum and
niobium in China. Tantalum-Niobium International Study Centre (T.I.C.). 1998. Bulletin №93. P.
1-6.
10. Гидрометаллургические технологии нетрадиционного титано-редкометалльного сырья /
В.Т.Калинников, Н.В.Зоц, А.И.Николаев и др. // Металлургия цветных и редких металлов.
Сб. статей Российско-Инд. симпозиума. - М. – 2002. - С.199-203.
11. Метод пирогидролиза фторидных растворов ниобия и титана в пламени природного газа в
технологии лопарита / Л.И.Склокин, Н.В.Зоц, Л.Г.Герасимова и др. // Труды
Всеросс.конф.: Процессы горения и взрыва в физикохимии и технологии неорганических
материалов. - М. - 2002. - С.290-294.
12. Бизнес-план производства по переработке лопаритового концентрата. Зоц Н.В.,
Коробейников В.А. Шестаков С.В. и др. С.-Пб. - 1999. - 98 с.