Отходы > > >

Сведения об авторах

Золошлаковые отходы энергетики — сырье для производства редких металлов и глинозема

Блайда И. А., Слюсаренко Л. И., Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова, Одесса, Украина
Сацюк К. А., ООО «НПО "ТЕХНОДОН"», Донецк, Украина
 Абишева З. С., Институт металлургии и обогащения Центра химико-технологических исследований, Алматы, Казахстан

В минеральную (зольную) часть углей многих месторождений входят редкие металлы — галлий, германий, скандий, иттрий. Это особенно характерно для углей Украины (Донбасс) и Казахстана (Экибастуз). В процессе сжигания углей галлий и германий в силу своих химических свойств возгоняются и при охлаждении отходящих газов конденсируются на поверхности частиц золы-уноса в виде Gа2O3 и GеO2. По сравнению с исходным углем зола-унос обогащается ценными металлами в 8-10 раз до концентраций более 200 г/т. Это сравнимо с содержанием галлия и германия в источниках, из которых их традиционно извлекают. Рост потребления углей и тенденция к увеличению (до 60 %) их зольности в месторождениях Украины и Казахстана требуют отведения под золоотвалы дополнительных площадей и усиливают опасность загрязнения окружающей среды. В Украине утилизируют не более 10 % отходов от сжигания углей — в основном для производства строительных материалов и сооружения дорог.

Вопросу извлечения германия из ископаемого угля посвящено много исследований. Для получения обогащенных германием и галлием продуктов рекомендуется осуществлять плавку золы с добавлением 20-25 мас. % угля и подачей в реакционную зону горячего (900 °С) воздуха. Происходит вторичная возгонка легколетучих GеО и Gа2О и обогащение уноса ценными металлами в 10-20 раз по сравнению с исходной золой. Улавливание возгонов в абсорбционных аппаратах путем орошения раствором соляной кислоты с последующим продувом раствора воздухом позволяет получить солянокислый раствор Gе(IV) и Gа(Ш). В зависимости от поставленной задачи его можно переработать с применением методов сорбции, экстракции, дистилляции и т. д.

Производство германия из угля составляет в настоящее время 20 % от всего мирового производства этого металла. Сосредоточено оно в основном в Германии. С точки зрения извлечения галлия ископаемые угли рассматриваются как новый перспективный сырьевой источник.

Разработка высокоэффективной технологии извлечения ценных составляющих из золошлаковых отходов от сжигания энергетических углей позволит комплексно использовать минеральную составляющую углей, будет способствовать решению экологических проблем и восполнению дефицита редких металлов. Выбор методов вскрытия исходного сырья должен учитывать его многокомпонентность и возможность получения наряду с редкими металлами продуктов, обогащенных элементами-макропримесями по отношению к галлию и германию, в частности алюминием.

Исследовали золу-унос от сжигания экибастузского  угля, офлюсованного известняком, и золошлак от сжигания донбасского угля (таблица).

Состав золы-уноса (Экибастуз) и золошлака (Донбасс)

Компонент

Содержание, %

Экибастуз

Донбасс

Аl2O3

15,65

15,78

Fe2O3

17,24

16,24

СаО

10,82

7,54

МgО

4,98

5,64

SiO2

28,50

29,30

TiO2

0,58

0,62

Na2O

1,15

1,36

K2O

2,27

2,48

Сu

0,065

0,064

Рb

0,92

1,02

Zn

4,33

4,78

Cd

0,028

0,019

Ga

0,019

0,008

Gе

0,010

0,019

Sобщ

2,15

2,48

F

0,76

–

Недожог

8,00

6,48

По сравнению с углями Казахстана отличительная черта углей Донбасса — более низкие зольность и содержание галлия и повышенное содержание германия.

Авторы разработали кислотно-экстракционную технологию извлечения галлия из золы-уноса от сжигания экибастузского угля. Она включает кислотное вскрытие исходного продукта и экстракционно-реэкстракционную стадию выделения галлия. Технология предусматривает полную утилизацию образованных продуктов в качестве сырья для производства стройматериалов и чернового глинозема.

На основании термодинамических расчетов взаимодействия компонентов исходного продукта с возможными вскрывающими реагентами и предварительного кинетического анализа предполагаемых взаимодействий были выбраны методы для вскрытия сырья: 1) прямое солянокислотное выщелачивание; 2) сульфатизирующий обжиг с последующим водным выщелачиванием сульфатного спека.

С точки зрения извлечения галлия прямое солянокислотное выщелачивание более эффективно. В раствор переходит более 80 % галлия, который извлекается экстракцией. Перерабатывать можно как сухой продукт улавливания электрофильтров, так и пульпу плотностью 1,1-1,3 г/см3 после мокрого пылеулавливания.

Вскрытие золы-уноса методом сульфатизирующего обжига с последующим водным выщелачиванием предпочтительно при переработке продукта с повышенным содержанием кремния и железа. Получаемые кислые галлийсодержащие растворы имеют сложный состав, так как содержат большое количество макропримесей. Для извлечения галлия из растворов авторы рекомендуют использовать противоточную многоступенчатую экстракцию триалкиламином (разбавитель — керосин) с последующей реэкстракцией галлия раствором NaOН.

Исследовано распределение и поведение основных макропримесей, в частности алюминия, в процессе переработки золы-уноса. При прямом солянокислотном выщелачивании более 40 % алюминия переходит в солянокислые растворы, дальнейшая экстракционная переработка которых способствует его количественному концентрированию в солянокислых рафинатах.

Кек после выщелачивания имеет следующий состав, мас. %: SiO2 — 40–50; CaO — до 15,0; Al2O3 — до 10; C — до 8; Ga — 2·10−3. Его используют в качестве сырья для получения цемента. Состав солянокислых рафинатов, г/дм3: Al — до 15,0; Fe — до 10,0; Ca — до 15,0; примеси Ti, Mg, K, Na. Рафинаты применяют для производства чернового глинозема.

Все стадии разработанной технологии изучены теоретически и практически. Установлены механизмы взаимодействий, рекомендованы пути их интенсификации. При апробации в опытно-промышленном цеху ИМиО ЦХТИ технология показала высокую (76-77 %) эффективность извлечения галлия и рекомендована к внедрению.

Авторы разработали унифицированный методологический подход к оценке фазового состава германийсодержащих золошлаков, образующихся при сжигании углей Донбасса. Это позволяет установить формы нахождения германия в сырье, определить приуроченность его к фазам — носителям макрокомпонентов, выбрать метод вскрытия сырья для обеспечения максимальной степени извлечения германия. Методика показала высокую эффективность при апробации в лабораториях ряда предприятий Украины.

Ash-and-Slag Wastes of Energy Sector as Raw Material for Production of Rare-Earth Metals and Alumina

Blayda I. A., Slyusarenko L. I., I. I. Mechnikov National University of Odesa, Odesa, Ukraine
Satsyuk K. A., SPA «TECHNODON» Ltd, Donetsk, Ukraine
 Abisheva Z. S., Institute of Metallurgy and Ore Benefication, Centre of Chemical-Engineering Researches, Almaty, Kazakhstan

Authors have developed the technology of gallium and germanium extraction from ash-and-slag wastes formed by burning of thermal coals in Ukraine and Kazakhstan. By-products can be used to manufacture building materials and crude alumina.

Сведения об авторах

Блайда Ирина Андреевна, канд. техн. наук, вед. науч. сотр., проблемная научно-исследовательская лаборатория топливных элементов (ПНИЛТЭ), Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова, ул. Довженко, 7а, Одесса, 65058, Украина. Тел.: (0482) 63-50-61, 63-51-61. E-mail
Слюсаренко Лариса Ивановна, науч. сотр., Проблемная научно-исследовательская лаборатория топливных элементов (ПHИЛTЭ), Одесский национальный университет им. И. И. Мечникова, ул. Довженко, 7а, Одесса, 65058, Украина. Tел.: (0482) 63-50-61, 63-51-61. E-mail
Сацюк Константин Александрович, директор OOO «НПО "ТЕХНОДОН"», ул. Овнатаняна, 4, Донецк, 83017, Украина. Тел. моб. (050) 974-80-03. E-mail
Абишева Зинеш Садыровна, д-р техн. наук, проф., зав. лабораторией, Институт металлургии и обогащения Центра химико-технологических исследований Министерства образования и науки Республики Казахстан, ул. Шевченко, 29/33, Алматы, 050010, Казахстан

 



© Последние изменения внесены 07.06.09



© EcoInform