Влияние низкотемпературного обжига золы от сжигания углей с щелочными реагентами на эффективность извлечения ценных компонентов

Представлены результаты исследований извлечения алюминия и ценных примесей из золы сухого отбора Рефтинской ГРЭС. Источником образования золы являются высокозольные угли Экибастузского угольного бассейна. Исследуемая зола содержит алюминий (21% по Al2O3), а также железо, кобальт, цирконий и редкоземельные элементы. Высокое содержание кремния (27%), в состав соединений с которым входит алюминий, цирконий и часть редкоземельных элементов, обусловливает необходимость применения термохимических методов для вскрытия данного техногенного минерального сырья. С целью повышения эффективности комплексного извлечения из золы алюминия и других ценных компонентов предложено использовать предварительный низкотемпературный обжиг с щелочными реагентами. С применением современных аналитических методов – оптической микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния и термического анализа – показано, что процесс обжига способствует разупрочнению структуры части упорных к выщелачиванию минералов. Установлено, что для получения легко измельчаемых и рассыпающихся спеков, обеспечивающих повышение эффективности выщелачивания, соотношение масс золы с NaOH должно быть 1:1 и менее. В результате экспериментальных исследований обжига хвостов магнитной сепарации золы с гидроксидом натрия выявлен эффективный режим обжига при 350 ºC, позволяющий повысить извлечение алюминия в 1,8 раза (с 45,4 до 80,9%) при кислотном выщелачивании сочетанием реагентов за счет перевода упорных к выщелачиванию минеральных форм в более растворимые.

Лавриненко А. А., Кунилова И. В., Гольберг Г. Ю. Влияние низкотемпературного обжига золы от сжигания углей с щелочными реагентами на эффективность извлечения ценных компонентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 10. – С. 104–121. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_104.

Лавриненко Анатолий Афанасьевич¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: lavrin_a@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7955-5273,
Кунилова Ирина Валерьевна¹ — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: kunilova_i@ipkonran.ru, ORCID ID: 0000-0002-7775-085X,
Гольберг Григорий Юрьевич¹ — д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: gr_yu_g@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7968-3144,
¹ Институт проблем комплексного освоения недр.

Лавриненко А.А., e-mail: lavrin_a@mail.ru.

1. Пичугин Е. А. Аналитический обзор накопленного в Российской Федерации опыта вовлечения в хозяйственный оборот золошлаковых отходов теплоэлектростанций // Проблемы региональной экологии. — 2019. — № 4. — С. 77—87.

2. Борбат В. Ф., Михайлов Ю. Л., Адеева Л. Н., Голованова О. А. Гидрощелочное извлечение галлия из золы уноса экибастузских углей // Известия вузов. Химия и химическая технология. — 2000. — Т. 43. — № 1. — С. 102—105.

3. Скурский М. Д. Прогноз редкоземельно-редкометалльно-нефтегазоугольных месторождений в Кузбассе // ТЭК и ресурсы Кузбасса. — 2004. — № 2/15. — С. 24—30.

4. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 24-2020. Производство редких и редкоземельных металлов. — М.: Бюро НДТ, 2020. — 329 с.

5. Taggart R. K., Hower J. C., Dwyer G. S., Hsu-Kim H. Trends in the rare earth element content of U.S.-based coal combustion fly ashes // Environmental Science and Technology. 2016, vol. 50, no. 11, pp. 5919—5926. DOI: 10.1021/acs.est.6b00085.

6. Концевой А. А., Михнев А. Д., Пашков Г. Л., Колмакова Л. П. Извлечение скандия и иттрия из золошлаковых отходов // Журнал прикладной химии. — 1995. — Т. 68. — № 7. — C. 940—943.

7. Кунилова И. В., Лавриненко А. А., Крылов И. О. Исследование процессов глубокой переработки золы от сжигания углей как нетрадиционного источника алюминийсодержащего сырья / Новые материалы и технологии глубокой переработки сырья — основа инновационного развития экономики России. Материалы III Международной научно-технической конференции. — М.: ВИАМ НИЦ «Курчатовский институт», 2022. — С. 296—309.

8. Борбат В. Ф., Михайлов Ю. Л., Адеева Л. Н., Голованова О. А., Филатова Т. Н. Исследование возможности обогащения золы-уноса ТЭЦ по редким и цветным металлам для их последующего извлечения // Химия и химическая технология. — 1999. — Т. 42. — № 5. — С. 86—90.

9. Jinhe Pan, Behzad Vaziri Hassas, Rezaee M., Chang-Chun Zhou, Pisupati S. V. Recovery of rare earth elements from coal fly ash through sequential chemical roasting, water leaching, and acid leaching processes // Journal of Cleaner Production. 2021, vol. 284, article 124725. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.124725.

10. Wencai Zhang, Noble A., Xinbo Yang, Honaker R. A comprehensive review of rare earth elements recovery from coal-related materials // Minerals. 2020, vol. 10, no. 5, article 451. DOI: 10.3390/min10050451.

11. Pan J., Nie T., Vaziri Hassas B., Rezaee M., Wen Z., Zhou C. Recovery of rare earth elements from coal fly ash by integrated physical separation and acid leaching // Chemosphere. 2020, vol. 248, article 126112. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.126112.

12. Valeev D., Kunilova I., Shoppert A., Salazar-Concha C., Kondratiev A. High-pressure HCl leaching of coal ash to extract Al into a chloride solution with further use as a coagulant for water treatment // Journal of Cleaner Production. 2020, vol. 276, rticle 123206. DOI: 10.1016/j. jclepro.2020.123206.

13. Yao Z. T., Xia M. S., Sarker P. K., Chen T. A review of the alumina recovery from coal fly ash, with a focus in China // Fuel. 2014, vol. 120, pp. 74—85. DOI: 10.1016/j.fuel.2013.12.003.

14. Зырянов В. В., Зырянов Д. В. Зола уноса — техногенное сырье. — М.: ИПЦ «Маска», 2009. — 320 с.

15. Ma Z., Zhang S., Zhang H., Cheng F. Novel extraction of valuable metals from circulating fluidized bed-derived high-alumina fly ash by acid—alkali—based alternate method // Journal of Cleaner Production. 2019, vol. 230, pp. 302—313. DOI: 10.1021/acsomega.0c04737.

16. Ильенок С. С., Арбузов С. И. Минеральные формы редких элементов в углях и золах углей Азейского месторождения Иркутского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2016. — Т. 327. — № 2. — С. 6—20.

17. Состояние и перспективы комплексного использования твердых горючих ископаемых (Юбилейный сборник трудов ИГИ) / Под общ. ред. Е. Г. Горлова.— М.: НТК «Трек», 2011. — 376 с.

18. Кунилова И. В., Лавриненко А. А., Лусинян О. Г., Кравченко В. Н., Шимкунас Я. М. Исследование влияния обжига золошлаковых отходов на эффективность процесса выщелачивания / Новые идеи в науках о Земле: Материалы XIV Международной научнопрактической конференции. Т. 4: Инновационные и цифровые технологии геологической разведки, горного дела, бурения скважин. — М.: РГГРУ, 2019. — С. 89—90.

19. Китлер И. Н., Лайнер Ю. А. Нефелины — комплексное сырье алюминиевой промышленности. — М.: Металлургиздат, 1962. — 240 с.

20. Топор Н. Д., Огородова Л. П., Мельчакова Л. В. Термический анализ минералов и неорганических соединений. — М.: МГУ, 1987. — 187 с.

21. Лугинина И. Г., Коновалов В. М. Цементы из некондиционного сырья. — Новочеркасск: НГТУ, 1994. — 233 с.

22. Болдырев А. И. Инфракрасные спектры минералов. — М.: Недра, 1976. — 199 c.

23. Алиев А. Р., Ахмедов И. Р., Какагасанов М. Г., Алиев З. А. Предпереходные явления в области структурного фазового перехода в кристаллическом карбонате натрия // Кристаллография. — 2020. — Т. 65. — № 2. — С. 288—291.

24. Лаптева Е. С., Юсупов Т. С., Бергер А. С. Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. — Новосибирск: Наука, 1981. — 88 с.