Ролята на скандия за увеличаване на интегрираното използване на титаномагнетитни руди - Gornaya Journal
Скандият е много скъп метал. През 1995 г. 1 g Sc2O3 (99,9%) струва $63,2, а 1 g метален скандий (99,99%) $125 (според търговския каталог). Понастоящем има редица области, в които той може да играе важна роля. За компютри се използва Ge-Gd-Sc гранат. При производството на лазери е възможно да се използва Ga-Sc-Gd гранат. В осветителната техника се използват живачни лампи с висок интензитет с добавка на скандиев йодид. От оксиди на скандий и калций, както и оксиди на скандий и цирконий се получава високотемпературна керамика. Интерес представляват твърди електролити, съдържащи скандий. Стартира производството на неутронно-активиращи детектори от метален скандий и неговите сплави. Металният скандий се използва за производство на филтри за получаване на квазимонохроматичен неутронен лъч, скандиево-тритиеви мишени за неутронни тръби и генератори, както и скандиево-тритиеви източници на b-частици. Възможно е скандият и неговите сплави да се използват като материал за ракетостроенето и самолетостроенето, космонавтиката, което се свързва с неговата ниска плътност (3,02 g/m3) и доста висока точка на топене (1539°C). Получени са сплави на базата на алуминий, легиран със скандий (0,2-0,4% Sc), чиято якост е 4 пъти по-голяма от чистия алуминий, използването на които е възможно в автомобилостроенето и оборудването за нефтени кладенци, особено в северните райони на България на морския шелф. Използването на скандий в електрониката, слънчевата енергия, в производството на химическо оборудване и в други области е обещаващо. Добавянето на скандиев карбид към титановия карбид повишава твърдостта на последния спрямо тази на диаманта. Разширяването на приложенията на скандий обаче е тясно свързано с наличието на достатъчновисококачествени суровини и сравнително икономична технология за неговото производство.
В природата са известни ограничен брой находища на самородни скандиеви минерали, чийто мащаб е незначителен. Среща се предимно като добавка (0,00n-0,n% Sc) в други минерали: пироксени, амфиболи, гранати, циркон, илменит и др. Производството му в целия свят се извършва заедно с производството на основните полезни компоненти. (U, Ti, TR и т.н.).
След разпадането на СССР основните суровини за скандий, от които се добива, остават в Казахстан и Украйна. В Казахстан те са представени от група редкоземно-фосфатно-уранови находища на костен детрит (Меловое и др.); карбонат-флуорапатит съдържа до 0,02% Sc. В Украйна всички илменитови руди (първични и екзогенни) са обогатени със скандий (до 0,015%). В допълнение, натриево-карбонатните метасоматити от Zheltorechenskoe находище също представляват интерес, чийто егирин съдържа около 0,1% Sc.
В България са идентифицирани няколко генетични типа перспективни за скандий находища:
1) Магматичен илменит-титаномагнетит в габро-норити и габро-анортозити (Болшой Сейим и други); титаномагнетит в пироксенити и хорнблендити (Гусевогорское и др.);
2) Карбонатит (Ковдор и др.);
3) Грейзен волфрамит и каситерит (Якутия);
4) Хидротермално-метасоматичен с тортвеитит (Кумир);
5) Остатъчни - кори на изветряне с монацит, пирохлор и ксенотим (Tomtor);
6) Седиментни - боксити (Калинское и др.); твърди и кафяви въглища (Канск-Ачински басейн и др.); глини с костно-детритни останки (Северен Кавказ);
7) Разсипи - крайбрежно-морски илменит-циркон (Туганское, Лукояновское и др.).
Делът на скандия, който съставлява илменита в изследваните руди и на двете находища, не надвишава един процент. Титаномагнетитът съдържа не повече от 3% от общия скандий, присъстващ в рудните пироксенити. Приведените данни показват, че при получаване на титаномагнетитов концентрат основната част от скандия се натрупва в силикатни отпадъци, които са потенциална суровина за неговото производство.
Като се вземат предвид получените данни, свързани с технологичните отпадъци на металургичното производство, трябва да се счита, че най-надеждният източник за получаване на скандий в значителни количества може да бъде силикатният хвост на обогатителния завод на Качканарския GOK (същото важи и за резервното находище Качканарски). При обогатяване на титаномагнетитни руди в Kachkanar GOK 80% от обема на рудната маса се съхранява в хранилище за утайки. Към днешна дата повече от 650 милиона тона от тези отпадъци са депонирани в хранилището за утайки на завода. Извършените изчисления показаха, че около 20% от полезните компоненти (главно желязо и ванадий) се извличат от добитата руда в съвременни условия в обемно изражение. Следователно увеличаването на сложността на използването на добитите суровини е важна икономическа задача, чието решение значително ще увеличи рентабилността на преработката на руди от типа Качканар.
По-рано (L.N.Komissarova et al., 1963) беше предложена технологична схема за извличане на скандиев оксид от силикатни хвостове на рудни пироксенити. Съгласно тази схема първата операция е отварянето на силикатни хвостове, което се извършва чрез тяхното сливане с алкали. След прехвърлянето на скандия в киселинен разтвор се извършва карбонатна обработка. След една карбонатна обработка се получава междинен продукт, съдържащ 4-7% скандиев оксид. финално почистванетози междинен продукт се получава чрез екстракция или сорбция, последвана от утаяване на скандиев оксалат. Този метод обаче беше сравнително скъп.
Понастоящем е разработен по-усъвършенстван метод за получаване на скандий от хвостовете на мокро магнитно разделяне (MMS), които остават в процеса на обогатяване в Kachkanar GOK. Тази технология първоначално предвижда подготовка на хвоста, за да се получи максимално обогатен пироксенов концентрат. Схемата за комплексна обработка на хвоста от MMS включва редица операции: 1 – фино смилане на хвост от MMS в прътови мелници (до 0,1 mm); 2 - класификация на натрошения продукт; 3 - два етапа на мокра магнитна сепарация на барабанни магнитни сепаратори с висока сила на магнитното поле; 4 - удебеляване и обогатяване на концентрационни маси; 5 - филтриране на железни, магнетитни и пироксенови концентрати. Според тази схема, в допълнение към пироксена, се планира да се получат платинови, злато-сулфидни и илменитови концентрати. Полученият пироксенов концентрат (0,01-0,013% скандий) се изпраща за хидрометалургична обработка (фиг. 3) с цел получаване на суров скандиев концентрат (OS-99.0), фиг. 4. Освен това се получава титанов кейк, съдържащ 28,4% TiO2 и цирконов концентрат. Установено е, че скандиевият оксид OS-99.0 може да се използва за получаване на метален скандий. През 1991 г. първите проби от скандиев оксид са получени от пироксенови хвостове на Kachkanar GOK в пилотна инсталация. През 1992 г. ВНИПИпромтехнология завърши проучване за осъществимост за изграждането на пилотна инсталация за производство на скандиев оксид в Качканар, който ще бъде получен от хвостовете на обогатителна фабрика.
Илменитът също може да стане възможен източник за получаване на скандий,съдържащи се в руди от типа Качканар. Съгласно разглежданата технологична схема е възможно да се получи илменитов концентрат. Съдържанието на скандий в него по наши данни е 90-150 g/t. Разработени са методи за получаване на скандий от илменитов концентрат.
Предложеният метод за технологична преработка на отпадъци от обогатяване на титаномагнетитни руди от тип Качканар може значително да разшири сложността на тяхното използване. Въвеждането на този метод в производството ще осигури напълно необходимото търсене на скандий в България за съвременните условия и за в бъдеще. Сред примесните елементи, съдържащи се в рудите от типа Качканар, скандият е от особено значение. Наличието на тези руди прави суровинната база на скандий в България много надеждна и гарантирана за дългогодишната експлоатация на тези находища.