| |
В начале 60-х годов стало ясно, что пирометаллургические технологии не могут в полной мере обеспечить безотходную переработку многокомпонентного титан-редкометалльного и алюмосиликатного сырья с утилизацией всех полезных компонентов из уникальных по своим ресурсам природным и техногенным месторождениям комплексного сырья Кольского полуострова. В связи с этим в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра Российской академии наук (далее - ИХТРЭМС) были организованы систематические исследования по выявлению оптимальных путей применения гидрометаллургии для переработки нетрадиционного многокомпонентного сырья. Основными препятствиями на пути к широкому внедрения гидрометаллургических переделов были низкая производительность гидрометаллургических установок, дороговизна и экологическая опасность экстрагентов и плохая вскрываемость сырья. В результате выполненных фундаментальных исследований были найдены оптимальные пути для преодоления названных барьеров, разработаны научные основы гидрометаллургических технологий главных типов комплексного сырья, запатентованы принципиально новые инженерно-технические решения, на базе которых по наиболее дефицитным группам товарной продукции были созданы промышленные производства в СССР и за рубежом.
В частности, в ИХТРЭМС было доказана возможность замены традиционных реагентов типа ТБФ при экстракции ниобия, тантала и титана нейтральными кислородсодержащими экстрагентами, что обеспечило повышение селективности извлечения металлов и доведение качества конечной продукции до мировых стандартов. Для снижения вредного воздействия гидрометаллургических производств на окружающую среду были разработаны способы извлечения экстрагентов из отработанных растворов, что позволило снизить токсичность промстоков до санитарно-гигиенических нормативов.
Были выполнены теоретические и экспериментальные исследования основных факторов, определяющих динамику процессов межфазного массобмена в экстракционных аппаратах и на этой основе предложены принципиальные усовершенствования в конструкции экстракторов, повысившие их производительность на порядок. В ИХТРЭМС были разработаны опытные серии модульных секций экстракторов с производительностью от 100 мл/ч до более 10 м3/ч. На основе запатентованных конструкционных решений построены промышленные линии на металлургических предприятиях России (ОАО "Норильский никель"), Эстонии (АО "Силмет"), Индии и США .
ИХТРЭМС обоснована возможность исключения использования сильных минеральных кислот при экстракции тантала и ниобия из фторидных растворов. Было установлено неизвестное ранее явление автогенерации фторометаллатных кислот, ускоряющих извлечение тантала и ниобия из растворов с высоким содержанием титана, кремния, циркония, алюминия и железа, что открыло перспективу переработки бедного сырья в замкнутом безотходном цикле без сброса больших количеств кислотных стоков в окружающую среду.
Впервые в мировой практике была решена проблема эффективного кислотного разложения каркасных алюмосиликатов с получением поддающихся экстракционной переработке солевых растворов ценных компонентов и высококремнистых нерастворимых осадков типа силикогеля или микросилики, также являющихся товарными продуктами. Тем самым был снят последний барьер на пути к гидрометаллургическому переделу наиболее массовых видов алюмосиликатного сырья.
В перечне практического приложения новых гидрометаллургических технологий, базирующихся на результатах фундаментальных исследований ИХТРЭМС, в первую очередь следует отметить реализацию в 1970 г. на предприятии Минсредмаша СССР в Силламяэ (Эстония) сернокислотной технологии лопаритового концентрата, позволившей удовлетворить потребности страны в остродефицитных стратегических материалах - высокочистых солях тантала, ниобия и редкоземельных элементов и их металлах. За 20 лет эксплуатации технологии были внедрены принципиально новые решения, включающие и аппаратурное решение ряда узлов, что привело к превышению проектной мощности завода в два раза.
На опыте гидрометаллургического передела лопарита была практически доказана эффективность нового подхода не только для получения дорогостоящих редких металлов, но и для массового производства дешевых солей титана. Впервые в мировой практике наряду с основными целевыми редкометалльными продуктами на предприятиях Минсредмаша СССР было организовано также промышленное производство сульфата титанила и аммония (СТА). С использованием практического опыта было осуществлены теоретические разработки, показавшие возможность получения СТА сернокислотным способом из всех имеющихся в России типов титановых руд - перовскитовых, титаномагнетитовых, сфеновых, ильменитовых. Благодаря этому открылась возможность для широкомасштабной замены дешевыми и экологически безопасными солями титана дорогих или вредных реагентов в кожевенной и лакокрасочной промышленности.
В 80-е годы при участии ИХТРЭМС была создана и внедрена практически на всех кожевенных заводах СССР технология применения СТА в качестве дубителя кож, заменяющего дорогие и токсичные хромовые дубители. Лицензии на производство титановых дубителей по запатентованной ИХТРЭМС технологии были приобретены Италией, Австралией, Колумбией, что принесло стране более 1 млн. долларов прибыли. В 90-е годы на основе СТА в ИХТРЭМС был создан новый класс экологически чистых комплексных дубителей (Ti-Al, Ti-Zr, Ti-Zr-Al, Ti-Al-Si), обладающих еще большей эффективностью.
Работами ИХТРЭМС было показано, что применение СТА в производстве титановых пигментов может полностью избавить Россию от необходимости импорта диоксида титана и позволяет организовать собственное производство лучших сортов титансодержащих керновых пигментов на основе нетрадиционных типов титанового сырья. Особое значение в решении проблемы самоснабжения России дешевыми керновыми пигментами будут иметь пионерные разработки ИХТРЭМС по замене дефицитных природных наполнителей типа талька синтетическими соединениями на основе техногенных алюмосиликатных отходов. В ИХТРЭМС разработаны методы получения керновых пигментов с заданными свойствами по стойкости в отношении коррозии, термического и светового воздействия. Важной особенностью предлагаемой гаммы технологий является то, что сырьевой базой для крупномасштабных производств пигментов и наполнителей могут служить отходы горнодобывающих комбинатов и золоуносы тепловых станций. Таким образом, практическая реализация концептуальной схемы ИХТРЭМС в области развития пигментной промышленности обеспечивает снижение общей нагрузки на окружающую среду за счет утилизации значительной части неиспользуемых в настоящее время техногенных отходов.
Комплекс исследований, проведенный ИХТРЭМС в сотрудничестве с другими организациями, позволил впервые в мировой практике решить проблему полного извлечения всех компонентов нефелина в целевые продукты, что не удавалось ранее сделать пирометаллургическими методами. Для комплексной переработки нефелина предложена азотнокислотная технология, обеспечивающая максимальную простоту инженерно-технических решений и минимизацию энергозатрат по сравнению со всеми другими способами утилизации нефелина. Себестоимость главного целевого продукта - глинозема - по новой технологии будет ниже на 15-20% по сравнению с используемым в настоящее время способом спекания. Совместно с ГИАП был разработан принципиально новый плазмохимический способ термообработки азотнокислых солей, позволяющий сократить длительность процесса на 2-3 порядка и резко снизить материалоемкость оборудования. что позволяет создавать установки намного более производительные и компактные, чем обычные печи. Принципиально важным преимуществом новой технологии служит возможность переработки без предварительной подготовки хвостов апатитовой флотации (ХАФ), а не чистого нефелинового концентрата, как это делается в традиционных схемах. Утилизация ХАФ позволяет снизить потери фосфора и загрязнение им водных бассейнов Севера России и организовать производство нового класса азотно-фосфорных удобрений, превосходящих по эффективности применяемые в настоящее время двойной суперфосфат и сульфат калия.
Масштабы выброса в природную среду нефелинсодержаших отходов в России превосходят десятки миллионов тонн в год. Новые гидрометаллургические технологии впервые открывают возможность не только снизить нагрузку на природу, но и обеспечить всю страну и Европу высокоэффективными средствами для очистки сточных вод. В частности, ИХТРЭМС совместно с ИМЕТ и УНИХИМ разработана и проверена в опытно-промышленном масштабе на заводе им. Л.А. Костандова НПО "Минудобрения" технология нефелинового коагулянта для очистки питьевой воды. Выданы исходные данные для выполнения ТЭО создания модульных установок, отвечающим потребностям в коагулянте целых регионов РФ (Ярославская, Псковская области и др.). В промышленном масштабе реализована на ОАО "Апатит" технология получения из ХАФ принципиально нового реагента - алюмо-кремниевого коагулянта-флокулянта (АККФ) для кондиционирования оборотных вод в замкнутом технологическом цикле и очистки сточных вод. По оценке УНИИХИМа, АККФ является наиболее эффективным и дешевым реагентом для очистки вод. В настоящее время АККФ сертифицирован и прошел успешные испытания при очистке питьевой воды в г.г. Санкт-Петербург, Псков, Ярославль, Владимир и сточных вод коммунальных, рыбообрабатывающих, дорожно-строительных, целлюлозно-бумажных предприятий, заводов цветной металлургии и др.
Опыт создания промышленной гидрометаллургической технологии для полной утилизации нефелина был успешно распространен на другие типы каркасных алюмосиликатов, что привело к разработке эффективных технологий комплексной переработки эвдиалита, поллуцита, кальсилита, сынныритов, рисчорритов, что открывает перспективу создания в России практически неограниченных по масштабам производств бесхлорных калийных удобрений, глинозема, соединений циркония, алюминия, и рубидия. |