Редкометалльные руды Томторского месторождения

Томторская руда отличается уникально высокими содержаниями РЗМ и условно относится к первичному концентрату природного обогащения [136]. Большая часть редких земель, иттрия и скандия концентрируется в ней в монаците и его гидратированной разновидности — рабдофаните, а также в минералах группы крандалли- та. Часть скандия, по-видимому, входит в состав ильменорутила. Породообразущие минералы представлены карбонатами (сидерит), оксидами и гидроксидами железа, алюмофосфатами стронция, бария и редких земель — минералы группы крандаллита; присутствуют также кварц, полевые шпаты, каолин, сульфиды (пирит и сфалерит) и карбонат-апатит. По химическому составу руда является довольно сложной и содержит широкий спектр полезных компонентов в различных концентрациях: высоких — ниобия, редкозе-

мельных металлов, включая иттрий, фосфора, скандия; повышенных — железа, титана, ванадия, циркония, бария, стронция, тория. Различными исследователями использовались пробы с различным химическим составом руды участка Буранный, что говорит о значительном градиенте концентраций в пределах участка и необходимости ее усреднения [137]. По содержанию основных полезных компонентов руда является богатой и рассматривается как природный многокомпонентный концентрат первичного обогащения, сложный для последующей химико-металлургической переработки. Право на разработку участка Буранный месторождения получила корпорация «Ростехнология» с частными инвесторами.

Технологией переработки Томторской руды занимался ряд институтов — ИМГРЭ, ВИМС, ИМР (Симферополь), ИХХТ СО РАН, ВНИИХТ и другие. Предпринятые ранее попытки механического обогащения различных сортов руды Томторского месторождения (ДВИМС, КИЦМ, ВИМС, ГИРЕДМЕТ и др.) не увенчались успехом — применение методов глубокого обогащения оказалось невозможным из-за практической недостижимости раскрытия рудных минералов в процессе рудоподготовки и перехода основной массы материала в класс крупности — 20 мкм (более 60 %), для которого в настоящее время нет эффективных методов обогащения. Не дали положительных результатов и попытки флотационного обогащения томторской руды. Был сделан вывод, что получение всего комплекса ценных компонентов в виде продуктов требуемого промышленностью качества с достаточно высоким их извлечением возможно при переработке руды непосредственно гидрометаллургическими методами.

Согласно технологической схеме, предложенной в [138], которая основана на автоклавном щелочном разложении руды с последующей обработкой твердого остатка раствором соляной кислоты, РЗЭ и скандий должны перейти в солянокислые растворы, содержащие торий и уран. Для извлечения скандия авторы предлагают использовать методы жидкостной экстракции. При этом данных укрупненных испытаний не приводится.

Технология, предложенная авторами [139], включает стадии обогащения руды с помощью рентгенорадиометрического метода в сочетании с методом флотации, обработки концентрата раствором едкого натра или спекания его с едким натром с последующим выщелачиванием спека водой, обработку твердого остатка раствором азотной кислоты с последующим разделением РЗЭ и радиоактивных элементов в ходе переработки азотнокислых растворов. В этой технологии предполагается выделять РЗЭ и скандий из растворов, содержащих также уран и торий, с помощью экстракционных методов.

В работе [137] рекомендован двухстадийный режим щелочного вскрытия рудного материала, последовательно при 80 и 110 °С. При этом в раствор переходит 90—91 % фосфора и 98—99 % алюминия, а выход гидратного осадка составляет около 60 % от массы исходного сырья. Гидроксидный кек растворяют в азотной кислоте, процесс эффективнее осуществляется в автоклавном режиме. В результате получают твердый продукт — черновой ниобиевый концентрат и раствор, из которого экстракцией концентрируют скандий до уровня 15,29 % по оксиду. Дальнейшая переработка предполагает дезактивацию и последующую очистку скандия до 99,5 %.

Авторами работ [139, 140] предложена принципиальная схема переработки томторских руд, представленная на рис. 5.15. Согласно ей до 70—80 % рудных компонентов, содержащихся в исходном материале, выделяется в ценную товарную продукцию — это редкоземельные оксиды, оксиды ниобия и титана, скандий, алюминий и фосфаты. По данным авторов, предложенный подход выгодно отличается тем, что объем отходов (хвостов) не превышает 0,5 т на 1 т руды, все радиоактивные элементы концентрируются в отдельный продукт, а расход реагентов — 0,25 т/т руды [141]. Авторы рассчитывают достичь такого показателя практически полной их электрохимической регенерацией. Разработан технологический регламент, согласно которому из руды получаются 10 товарных продуктов, имеющих, по мнению авторов, стабильную цену на мировом рынке. Отмечается, что для реализации данной технологии принципиальным является изучение возможности разделения минеральных составляющих по плотности, магнитной восприимчивости, флотационным свойствам, а также селективной измельчаемости компонентов руды. Это требуется для получения гравитационных, магнитных и (или) флотационных концентратов на месте добычи руды, что существенно (в разы) снизит объемы перевозимой продукции на площадку химической переработки. Как было отмечено выше, применение известных методов обогащения к руде Томтора невозможно, поэтому оптимизм авторов этих работ представляется малообоснованным.

Обобщение опубликованных данных по проблематике переработки руды Томтора показывает, что к настоящему времени в качестве вскрывающего реагента для руд подобного состава (по аналогии с фосфорсодержащими монацитом и ксенотимом) предлагается гидроксид натрия, что определяется особенностями его взаимодействия с рудными минералами и обеспечивает отделение основных ценных компонентов (РЗМ, скандия и ниобия) от преобладающего количества основных лимитирующих примесей — фосфора, алюминия, ванадия и кремния. При этом степень извлечения Р205 в щелочно-фосфатный раствор едва достигает 80—85 %, что негативно сказывается на последующих стадиях гидрометаллургической пере-

работки. Одним из узких мест способа щелочной обработки является необходимость кондиционирования или утилизации образующихся фосфатных растворов с регенерацией щелочи. Возможным направлением утилизации фосфора может быть получение трипо- лифосфата натрия (по аналогии с монацитом), однако российский рынок данной продукции занят синтетическими фосфатами, производимыми из природных апатитов и фосфоритов в достаточном количестве.

Принципиальная технологическая схема переработки томторской руды [141]

Рис. 5.15. Принципиальная технологическая схема переработки томторской руды [141]

Для последующего разделения РЗМ, скандия и ниобия эффективным является кислотное выщелачивание полученного при вскрытии кека растворами минеральных кислот; при этом предлагается использовать растворы азотной или соляной кислоты. С точки зрения извлечения РЗМ и скандия операции азотнокислотного и солянокислотного выщелачивания имеют сопоставимые технологические показатели: извлечение РЗМ в продуктивный раствор — более 90 %; скандия — не более 55—60 %.

Такое низкое извлечение скандия объясняется особенностями минералогического состава исходной руды, в которой скандий, по- видимому, ассоциирован в различных минеральных формах. Выбор кислоты для выщелачивания кека определяется на основании способа разделения редкоземельных металлов и скандия, утилизации отходов производства, доступности реагента и техникоэкономического расчета всего производства по переработке томторской руды, а также возможности его регенерации.

Для получения концентрата скандия из хлоридных или нитратных систем предложены экстракционные схемы с использованием таких экстрагентов, как ТБФ, Д2ЭГФК, ФОР; при этом они обеспечивают сходные технологические показатели по извлечению и концентрированию скандия. Анализ доступных в данной области решений показывает, что выбор одного из них должен осуществляться на основании следующих критериев:

  • — максимальная концентрация скандия в водной фазе;
  • — максимальная емкость экстрагента по скандию;
  • — максимальный коэффициент разделения;
  • — минимальная вязкость экстрагента;
  • — минимальный расход реагентов;
  • — по возможности, минимальная токсичность экстрагента и технико-экономической оценки на основании сопоставления данных.

Аналогично для получения редкоземельной продукции из суммарного концентрата РЗМ из хлоридной или нитратной среды существует несколько экстрагентов, однако наиболее доступными и изученными являются ТБФ (из нитратной системы) и Р 507 (из хлоридной системы). При этом следует учитывать, что спектр РЗМ томторской руды представлен в основном (более 90 %) легкой группой. Для принятия решения о целесообразности переработки этого сырья необходим глубокий анализ мирового рынка редкоземельной продукции и структуры его текущего и перспективного спроса.

Для переработки ниобийсодержащего кека (содержание Nb205 в котором достигает 40—42 %), полученного после щелочной и кислотной обработки исходной руды и характеризующегося повышенным содержанием примесных компонентов — ТЮ2, ВаО, железа, фосфора и т. д. также имеется несколько технологических подходов.

Опробован сернокислотный способ, проводимый спеканием (—280 °С) с концентрированной серной кислотой. Однако разделение титана и ниобия и выделение в товарные продукты из сернокислого раствора методом осаждения сульфатом аммония в виде труднорастворимой соли сульфата титанила аммония и последующего гидролитического выделения ниобия не приводит к положительному результату, зато ведет к образованию значительного количества маточника, содержащего сульфат аммония. Также для кондиционирования ниобийсодержащего кека был опробован другой термохимический способ. Установлено, что при спекании ниобийсодержащего кека с карбонатом и хлоридом кальция с последующим

выщелачиванием спека раствором соляной кислоты не происходит его очистка от бария, кремния и титана, что связано, в частности, с повышенным содержанием титана в исходной руде и в ниобийсодержащем продукте. При спекании ниобийсодержащего продукта образуются практически нерастворимые в минеральных кислотах соединения титана со структурой латрапита и перовскита. При этом нет ясности с качеством получаемого оксида ниобия.

По аналогии с лопаритовым концентратом предложено ниобийсодержащий кек хлорировать с разделением хлоридов методом ректификации, а из РЗМ-содержащего плава хлоридов извлекать коллективный концентрат с последующим его экстракционным разделением [140], но практическая сторона вопроса не прорабатывалась. Предложен способ переработки ниобийсодержащего кека растворением в плавиковой кислоте (или смеси плавиковой и серной кислот). Данный раствор должен направляться на экстракционное разделение титана и ниобия в виде фтортитановой и фторниобиевой кислот с использованием октанола-1 в качестве экстрагента. Полученные данные свидетельствуют о принципиальной возможности экстракционной переработки кека с получением оксида ниобия и титансодержащих солей. Для эффективного использования данного способа вопрос максимальной регенерации дорогостоящей фтористоводородной кислоты стоит на первом месте и определяет экономическую эффективность метода. Предполагается, что из фторидных растворов может быть выделен оксид ниобия методом высокотемпературного пирогидролиза с регенерацией фтористого водорода.

Проблематика химической переработки томторской руды является предметом полемики ведущих отечественных и иностранных экспертов; здесь же сталкиваются интересы государства и потенциальных инвесторов. Томтору свойственны преимущества комплексного сырья (масштабы залежи, уникально высокие содержания редкоземельных и редких металлов, более низкая радиоактивность (по сравнению с лопаритом), наличие сопутствующих ценных компонентов (фосфор, титан, ванадий и т. д.). Наряду с отмеченными достоинствами, для томторской руды характерны отсутствие какой-либо доступной инфраструктуры, невозможность физического обогащения на месте для снижения объема транспортировки руды, высокие содержания примесных металлов (железа, марганца, алюминия, кремния, кальция и т. д.), что в итоге химической переработки приводит к повышению капитальных и эксплуатационных затрат и образованию значительного количества отходов производства (кеки после разложения, осадки дезактивации, оборотные растворы и т. п.), необходимость регенерации основных реагентов (кислот, щелочей), что в итоге приводит к многостадийности и сложности промышленной реализации данного процесса.

Таким образом, несмотря на значительные усилия до настоящего времени вопрос эффективного извлечения РЗЭ и скандия, равно, как и ниобия, из сырья Томтора не нашел окончательного решения и не отработан в опытном масштабе. Надежные и достоверные данные для перевода процесса в стадию, предшествующую промышленному освоению, пока отсутствуют.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >