5. Технології вилучення оксидів елементів із золошлакової сировини

Проблемою, що стримує одержання з вугілля цінних елементів, є низькі їх змісту. Разом з тим, відомі пласти вугілля, в яких концентрація окремих елементів-домішок досягає величин, порівнянних з їх утриманням у рудах. Так, відомі вугілля з промисловим вмістом урану, германію, скандію, золота, рідкісних земель, ніобію та інших елементів. Перспективне одержання з вугілля і продуктів їх переробки та інших мікро - і макроелементів. Рентабельність такої переробки буде вище, якщо вилучатись будуть не поодинокі елементи, а їх комплекс, особливо включає найбільш дорогі рідкісні, рідкоземельні та благородні метали. Відомі різні способи добування цінних елементів (включно рідкісноземельні) з мінеральної частини вугілля, які полягають у хімічній обробці золошлакових відходів після спалювання вугілля різними хімічними реагентами. Основним методом переробки золошлакових відходів є розтин на катионообменники. При сірчанокислотному розтині золошлакових відходів від спалювання Екибастузский вугілля досягається витяг у розчин до 98-99% рідкоземельних металів. Основу Екибастузский зол складають: SiO₂- 61,5%, Al₂O₃- 27,4%, Fe₂O₃- 5,6%, CaO - 1,2%, MgO - 0,5%, інші елементи менше 4%. Процес проводять при 50°C і концентрації сірчаної кислоти - 100 г/л

Відомий спосіб вилучення скандію і ітрію з золошлакових відходів соляною кислотою . Витяг проводять з золошлакових відходів від спалювання бурого вугілля, складу: SiO₂- 40,1%, Al₂O₃- 10,6%, Fe₂O₃- 8,5%, CaO - 7,4%, MgO - 8,3%. Запропоновано вилуговувать скандій та ітрій у 2-3 стадії шляхом повторного використання фільтратів для вилуговування. Вилуговування проводять 10% розчином HCl при нагріванні. При цьому досягається ступінь вилучення в розчині постановою розчину солі кальцію, магнію, заліза і алюмінію. Висока концентрація солей ускладнює процеси розділення твердої від рідкої фаз. Відомий спосіб вилучення рідкоземельних металів з золошлакових: сорбційне вилуговування скандію з золошлакових відходів від спалювання бурого вугілля . Підкислену пульпу золошлакових відходів перемішують з сульфокатионитом КУ-2 при температурі 40-60°C. Це забезпечує перехід в ионит скандію і рідкоземельних металів. Одночасно вищелачивался також кальцій, його залишкова концентрація в золі не перевищує 0,2% при вмісті у вихідній золі близько 20%. Значна частина заліза в цих умовах не вилуговується. Для видалення основної маси кальцію сорбент потім обробляють розчином сульфату натрію, підкисленого до 0,1 М сірчаної кислотою. При цьому ионит переводять в Н-форму, а кальцій відокремлюють у вигляді гіпсу. Відомий спосіб вилучення рідкоземельних металів і ітрію з вугілля та золошлакових відходів від їх спалювання, согласнизации попутного тепла від спалювання вугілля шляхом термічного розкладання нітратів рафіната, отриманого після екстракції, і абсорбції водою відхідних газів. Недоліками відомих хімічних процесів вилучення рідкоземельних металів з золошлакових відходів є велика витрата кислот на нейтралізацію оксидів макроелементів (кальцій, магній, стронцій, алюміній, залізо) золошлакових відходів, проблеми виділення рідкоземельних металів з складних за складом розчинів, тривалість і складність процесів вилуговування. Особливо тривалим процес вилуговування є у разі, коли корисні компоненти, наприклад, кольорові, рідкісні і благородні метали знаходяться в тонкодисперсному стані або у вигляді металоорганічних сполук, як це має місце у вугіллі і відходах його переробки.

Відомі спосіб автоклавної переробки мінеральної сировини, в яких газорідинний потік для інтенсифікації вилуговування багаторазово переганяється між секціями автоклава з допомогою дифузорів, забезпечених патрубками. Для інтенсифікації процесу переробки мінеральної сировини в автоклави вводять каталізатори, окислювачі, поверхнево-активні речовини, а також вузли для сульфідних матеріалів пульпа, подається безперервно пульповим насосом, поступово витісняється турбулентними потоками, що утворюються при передавливании і барботаже пульпи з однієї колони в іншу реакційним газом. Процес вилуговування в цьому способі триває 3-7 годин. Потім автоклавную пульпу піддають додатковим операціями в інших установках, де відбувається остаточне виділення корисних компонентів.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється винаходу є спосіб вилучення елементів-домішок з мінеральної сировини, реалізований в автоклавному установці, який є революційним технічним рішенням, так як спрямований на вилучення всіх елементів домішок, що містяться в мінеральній сировині в одному технологічному циклі без використання при вилуговуванні хімічних реагентів, шкідливих для екології навколишнього середовища і скорочення часу вилуговування до 2-х годин. Однак спосіб-прототип не знайшов промислового застосування із-за низького виходу цінних елементів-домішок, що обумовлено різною інтенсивністю деструкції металоорганічних сполук при обробці сировини з викопного вугілля різного ступеня метаморфізму.

Завданням цього винаходу є підвищення виходу цінних елементів-домішок з мінеральної сировини, представленого копалинами вугіллям, відходами, їх збагачення і спалювання в автоклавном пристрої, що реалізує спосіб-прототип, за рахунок підвищення інтенсивності процесу мета досягається тим, що спосіб вилучення елементів-домішок з мінеральної сировини полягає у вилуговуванні водно-сировинної суспензії при нагріванні в а замкнутому об'ємі автоклавної установки з наступною деструкцією сировини при миттєвому переході нагрітої водно-сировинної суспензії, що знаходиться під високим тиском, із замкнутого обсягу у вакуум реакційної камери для створення зустрічних надзвукових твердо-газо-рідинних потоків та диференціації елементів-домішок у відповідності з молекулярними масами в бароградиентном дільнику, що містить сопло Лаваля.

В окремих випадках виконання способи:

- мінеральну сировину подрібнюють до фракції 0,25-0,5 мм;

- водно-сировинна суспензія містить чассирьевой сумішшю до 2/3 його об'єму.

В результаті наукових досліджень, проведених авторами цього винаходу, виявлено, що копалин вугіллі присутні замкнуті пори діаметром від n·10^-6до n·10^-2мм, а також порожнини відкритого типу (тріщини), характеризуються значеннями від n·10^-3до n·10^-1мм. В цих порожнинах локалізуються флюидние компоненти у вигляді газових і газово-рідких включень, які руйнуються при нагріванні, даючи ефекти декриптации. Тиск газів у замкнених порах досягає 8-10 МПа, отже, розмір фракції повинен вибиратися з урахуванням цих внутрішніх тисків, величини флюїдних включень і фізико-механічних властивостей вугілля. Теоретичний розрахунок оптимальної величини фракції з урахуванням цих факторів є дуже важке завдання, тому була проведена серія експериментальних робіт з вакуумної декриптометрии вугілля з розмірністю від 0,05-0,1 мм до 3,0-1,0 мм. Найбільш інформативними є термобарограмми, отримані при дослідженні фракцій 0,25-0,5 мм

Збільшення виходу цінних елементів домішок в заявляється способу досягається за рахунок підвищення інтенсивності деструкції водно-сировинної суспензії при використанні в процесі деструкції режимів тиску і теЂоклавной установки виникають зони дезінтеграції, вуглецевого метасоматозу та перекристалізації флюїдно-термічного розчинення вугілля, що вносить вклад у підвищення інтенсивності деструкції водно-сировинної суспензії, як наслідок, до збільшення виходу цінних елементів-домішок[19].