Сотрудники Института химии Кольского научного центра описали метод эффективного и экономичного получения редкоземельных элементов из эвдиалитового концентрата Ловозерского месторождения

В издательстве Кольского научного центра вышла в свет монография «Переработка эвдиалитового концентрата методом сорбционной конверсии». Ее авторы – научные сотрудники Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева доктор технических наук Эфроим Локшин и кандидат технических наук Ольга Тареева.

Редкоземельные элементы широко применяются в оптике и атомной отрасли, для производства солнечных батарей и конденсаторов, сверхкрепких, жаро- и коррозийностойких сплавах, и потребность в этом сырье постоянно растет. Цирконий – один из наиболее активно применяемых редкоземельных элементов. Сейчас его производят в основном из цирконового концентрата, добыча которого и в России (Ковдорское месторождение), и в Южной Африке (месторождение Palaborwa) в малой степени покрывает эту потребность. Основное количество цирконовых концентратов производится при обогащении песков прибрежноморских россыпей Австралии, Индии, Бразилии, Соединенных Штатов Америки, Китая и ЮАР, а в России основные запасы «активного» циркония содержатся в погребенных россыпях и коренных месторождениях, и добывать его крайне трудно и дорого. Поэтому возрастает интерес к эвдиалиту, содержащему кроме циркония и гафния заметные концентрации других редкоземельных элементов, ниобия и тантала. Месторождения эвдиалита существуют в России (Ловозерские тундры в Мурманской области и Тува), Гренландии, Швеции, Австралии, Канаде, на Мадагаскаре и в США.

В Ловозерском массиве Мурманской области эвдиалит является породообразующим минералом комплекса эвдиалитовых луявритов. Большие запасы руды, залегание ее в уже освоенном районе, относительная простота добычи и получения эвдиалитового концентрата, возможность дополнительного получения лопаритового концентрата определяют интерес к разработке методов ее переработки.

Основные минералы эвдиалитового концентрата: эвдиалит Na₄(Ca,Ce)₂(Fe²⁺,Mn,Y)ZrSi₈O₂₂(OH,Cl)₂, лопарит (Ce,Na,Ca)₂(Ti,Nb,Ta)₂O₆, нефелин (Na,K)AlSiO₄, лампрофиллит Na₂(Sr,Ba)₂Ti₃(SiO₄)₄(OH,F), альбит NaAlSi₃O₈, эгирин NaFe³⁺Si₂O₆. Большое содержание в нем «балластных» элементов (прежде всего кремнезема и щелочных металлов), наличие ряда сопутствующих минералов, а также тория и урана, усложняют разработку эффективной комплексной технологии его переработки. Особое внимание при ее разработке необходимо уделить утилизации главных примесных компонентов: кремнезема и щелочных металлов, иначе количество образующихся отходов будет сопоставимо с количеством перерабатываемого концентрата.

С 1930-х годов в Кольском научном центре изучают Ловозерский массив, его породы и минералы, пути их добычи, переработки и применения. Обобщив материалы, полученные в оригинальных исследованиях, ученые разработали научную основу комплексной переработки российского эвдиалитового концентрата, полученного в опытно-промышленном порядке на Ловозерском горно-обогатительном комбинате из руды месторождения Аллуайв. Работы проводили в рамках государственного задания «Разработка эффективных методов получения функциональных материалов на основе соединений редких металлов».

Авторы исследовали химический состав основных минералов эвдиалитового концентрата и определили, как распределяются редкие и радиоактивные элементы между входящими в состав эвдиалитовых руд минералами. В книге также подробно рассмотрены сернокислотные, азотнокислотные, солянокислотные, щелочные и пирометаллургические методы переработки концентрата, описана методика эксперимента, описаны особенности извлечения редких элементов из кремнегелей и кремнезолей.

Предложенная методика переработки основана на сорбционной конверсии, при которой концентрат разлагается разбавленными растворами минеральных кислот в присутствии сульфокатионита. Помимо сорбента, насыщенного редкоземельными металлами, получают кислотные растворы, содержащие кремнезем – перспективное сырье для производства вспененных теплоизоляционных материалов. После сорбционной регенерации растворы можно использовать повторно, что позволяет практически полностью исключить расход кислот и образование жидких отходов. Эта методика позволяет получать отдельные нерадиоактивные концентраты редкоземельных элементов, циркония (гафния) и ниобия, использовать для получения товарной продукции кроме кремнезема также щелочные металлы, содержащиеся в породе, максимально снизить расход реагентов и количество твердых отходов, представляющих собой неразлагающиеся в процессе минералы (лопарит, полевые шпаты, эгирин) и содержащий торий примесный кек на основе гидроксидов железа, алюминия и титана.

Исследователи определили оптимальные составы реагентов для разложения концентрата и условия протекания реакций, обеспечивающие высокое извлечение редких металлов, и предложили пути снижения потерь полезных веществ. Как отмечают авторы, обеспечить одновременное максимальное извлечение всех ценных компонентов из эвдиалитового концентрата при его сорбционной конверсии принципиально невозможно. Поэтому они рекомендуют выбирать условия проведения процесса исходя из соображений экономической целесообразности. Результаты исследования можно применить и для разработки технологий переработки зарубежных эвдиалитовых концентратов, качество которых уступает российскому.

Монография предназначена для инженерно-технических работников химической и металлургической промышленности, научных работников, предпринимателей, интересующимся проблемами получения редких металлов из минерального сырья, преподавателей и студентов высших учебных заведений, обучающихся по соответствующим направлениям.