Н.А. Сабирзянов , С.П. Яценко

1. Совещание по совместным работам Институтов Уральского отделения РАН с ВНИИНМ им. А.А.Бочвара (г.Москва) 24 апреля 2014, г. Екатеринбург ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛУЧЕНИЯ СКАНДИЯ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СПЕЦСПЛАВОВ Н.А. Сабирзянов, С.П. Яценко ФГБУН ИНСТИТУТ ХИМИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА 620990, Россия, Екатеринбург, ГСП, Первомайская, 91 www.ihim.uran.ru

2. Влияние скандия на прочностные характеристики деформированных полуфабрикатов алюминиевых сплавов ИХТТ УрО РАН Зависимость распухания(В.М.Ажажа и др.Вопросы атомной н.т.2008,17с.195): никеля от содержания Sc(1) и Pr (2) после облучения ионами Ni+(доза 40 сна, 600С) сталей Х16Н15М3Б без Sc (1) исо Sc(2) от дозы облучения ионами Cr+(650С) 2

3. Схема шламполя 1 Период эксплуатации 1953 - 1982 гг. Площадь шламонакопителя 236,3 га Всего уложено 37,5 млн. м3 или 48,1 млн. тонн шлама ИХТТ УрО РАН Площадь шламонакопителя 208,3 га Ежегодный объем укладываемых хвостов 1,09 млн. м3 или 1,4 млн. т. Всего уложено 42,5 млн. м3 или 54,5 млн. т. 3 Схема шламполя2

4. При переработке бокситов на глинозем большинство элементов уходит со шламом. В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ НАКОПЛЕНО: Al2O3более 15 млн.т. Na2Oоколо 2,5 млн.т. Sc2O3около 15 тыс.т. 1 т глинозема ИХТТ УрО РАН 1.5 т шлама 2.5 т боксита Составбокситаикрасного шлама, мас.% 4

5. обработкапульп КШ отходящими газами печей спекания При карбонизации образующаяся углекислота расходуется на нейтрализацию каустической щелочи шлама и на синтез бикарбонатов щелочных металлов: 2NaOH + H2CO3 → Na2CO3 + 2H2O Na2CO3 + H2CO3 → 2NaHCO3 Образуются растворимые комплексы Na5[Sc(CO3)4], [UO2(CO3)3]4-. Для титана – гидратированные титанаты Na2Ti5O1110H2O, Na2Ti3O77H2O и Na2Ti2O5nH2O, вероятно образование изоморфных карбонатов Na4[(Zr,Ti)(CO3)4]nH2O. ИХТТ УрО РАН Газация пульпы в карбонизаторе Получаемые растворы содержат, мг/дм3: 35-55 Sc; 13-20 Fe; 60-80 Ti; 10-20 Ca; 160-200 Zr; 0,4-0,5; 0,1-0,2 Th Продуктивные растворы подземного выщелачивания содержат: 0,2-0,5 мг/дм3Sc, U ≥ 10 мг/дм3 , SO42- 10-18 г/дм3 5

6. Шламовая пульпа Выщелачивание в карбонизаторах Довыщелачивание в сгустителях Шламполе I Гидролиз, Т~80С Фильтрация Принципиальная технологическая схема содощелочного получения скандиевого концентрата из красного шлама ~15% CO2 из печей спекания ИХТТ УрО РАН II Гидролиз, Т~100С Фильтрация Ti, Zr-концентрат III Гидролиз, упарка, Т~105С Щелочной раствор Фильтрация Фильтр-пресс для отделения I скандиевого концентрата I скандиевый концентрат ~2-5%Sc2O3 Модифицирована технологическая схема извлечения скандия из красного шлама Патенты РФ 2201988, 2247788, 2395529 ,2478725,2483131 6

7. Полупродукты из красных шламов БСК – бедный скандиевый концентрат СПП – сульфатный промежуточный продукт ОПП – оксалатный промежуточный продукт OC – оксид скандия Полученные промежуточные продукты, а также карбонизированные шламы (УАЗ и БАЗ) исследованы на радиоактивность ИХТТ УрО РАН Показано, что отказ от введения соосадителя позволилизбежать повышенного выделения радиоактивных элементов в скандиевый концентрат. Радиоактивность промежуточных и конечных продуктов значительно ниже значений ПДК 7

8. Основные технико-экономические показатели ОПУ по производству 5 000 кг оксида скандия (99.0 %) ИХТТ УрО РАН Валовая прибыль (п.3), а также в последующих пунктах (4, 5, 7, 8), значения величин в рублях и долларах США представлены через дробь. Числитель величины ТЭП получены без учета используемых отходов, а в знаменателе с их учетом. В результате этого учета сроки окупаемости капитальных вложений снижаются с 32 месяцев до периода менее двух лет (22 мес.). Рыночная стоимость Sc2O3 в 2014г. Производства КНР 7500$, производства 5000$ за 1 кг. 8

9. Сорбция меди на модифицированных шламах ИХТТ УрО РАН Карбонизированный шлам является сорбентом и нейтрализующим агентом, полная емкость более 200 мг Сu/1г шлама, что позволяет рекомендовать его для концентрирования меди Сорбция меди из шахтных вод ионитами в Н+-форме, мг/г: КУ-23 48,4; Purolite S930+ 45,3; Purolite S984 17,3* Тимофеев К.Л., Набойченко С.С., Лебедь А.Б., Акулич Л.Ф. Сорбционная технология извлечения цветных металлов из шахтных вод / Известия вузов. Цветная металлургия. 2012. №6. С. 7-10. 9

10. алюминиевые Сплавы Микроструктура αAl-твердого раствора cплава Al-Sc. Средний размер зерен 41 мкм, размер дисперсоидов ~10 нм ИХТТ УрО РАН Разработана и проверена на промышленных агрегатах ОАО «КУМЗ» инжекционная технология получения Sc-содержащих алюминиевых сплавов. Достигнуто уменьшение числа операций снижение энергозатрат и значительное повышение качества сплавов. Получено 4 патентаРФ N 2421537,2361941,2124574,2478725, в том числе 1 патент совместно с ОАО «КУМЗ» Схема питателя порошка Содержание компонентов Sc-содержащих алюминиевых сплавов, мас.% 10

11. Вовлечение в переработку отходов производств является решением сырьевой проблемы ценных «металлов высоких технологий» (Sc, Zr, Y) В Институте могут быть проведены синтез и исследование образцов сплавов соответствующих (задаваемых) составов ИХТТ УрО РАН • Карбонизированный шлам рекомендуется как: • сорбент тяжелых металлов, • компонент для строительных смесей Утилизация отходящих газов снизит экологическую нагрузку Свердловская область занимает 4 место по объемам выбросов углекислого газа, что составляет почти 93 000 тыс.т. СО2 в год 11

12. Благодарю за внимание ! РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Уральское отделение ИНСТИТУТ ХИМИИ ТВЕРДОГО ТЕЛА 620990, Екатеринбург, ГСП, ул. Первомайская, 91, тел. (343) 374-53-14, факс (343) 374-44-95 sabirzyanov@ihim.uran.ru