Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия:

С. П. Яценко, профессор, главный науч. сотр., докт. хим. наук, эл. почта: yatsenko@ihim.uran.ru
В. М. Скачков, старший науч. сотр., канд. хим. наук, эл. почта: skachkov@ihim.uran.ru
Л. А. Пасечник, ведущий науч. сотр., канд. хим. наук, эл. почта: pasechnik@ihim.uran.ru

ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», Каменск-Уральский, Россия:
Б. В. Овсянников, главный специалист по литейному производству, канд. техн. наук, эл. почта: ovsyannikovBV@kumw.ru

Шлам глиноземного производства — крупнотоннажный отход, содержащий достаточно высокие концентрации элементов IIIB и IVB подгрупп Периодической системы. В статье обоснована возможность извлечения скандия и других компонентов из шлама в виде оксидов или фторидов и представлены варианты ее промышленной реализации с одновременным снижением пылегазовых выбросов глиноземного производства. Создана и доведена до промышленного масштаба технология получения и использования алюмоскандиевой лигатуры. Блок получения исходного оксида скандия в масштабе сотен килограммов в год с одновременным поглощением токсичных печных газов внедряют на Богословском алюминиевом заводе. Перечислены условия получения стандартных лигатур скандия, циркония, иттрия и других редких металлов посредством алюмотермического восстановления из солевых расплавов, содержащих их фториды и оксифториды. Приведено описание получения алюмо-скандиевой лигатуры на основе алюминия А85 методом инжекции технологического порошка в промышленной печи завода ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (КУМЗ). Показана возможность значительной очистки получаемого сплава от примесей. Метод позволяет сократить процесс приготовления многокомпонентных сплавов и обеспечить более равномерное распределение легирующих присадок по сравнению с обычной практикой введения лигатур в алюминий. Вовлечение красного шлама в производство, кроме получения продукции, также будет способствовать улучшению экологической обстановки вокруг глиноземных заводов. При карбонизационной технологии обработки красного шлама снижается его рН с >10 до 8,0–8,5, дополнительно осуществляется поглощение углекислого газа из отходящих газов печей спекания, а это значительно снижает нагрузку на воздушный бассейн.

Работа выполнена в соответствии с государственным заданием и планами НИР ИХТТ УрО РАН.

1. Яшин В. В., Кабанов А. С., Арышенский Е. В., Латушкин И. А. Влияние микролегирования алюминиевого сплава АМг5 переходными металлами (Sc, Zr, Nb) на структуру литой заготовки // Цветные металлы. 2019. № 2. С. 56–61. DOI: 10.17580/tsm.2019.02.09.
2. Яценко С. П., Пасечник Л. А. Скандий: наука и технология. — Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2016. — 364 с.
3. Yang Wang, Zheng Li, Ruizhi Wu. Effects of Sc and Zr Addition on Microstructure and Mechanical Properties of Al-3Cu-2Li Alloy / Ed. C. Chesonis // Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Series. 2019. P. 471–480.
4. Скачков В. М., Яценко С. П. Модифицирование алюминиевых сплавов редкими металлами–основа перспективных материалов в строительстве и транспорте // Нанотехнологии в строительстве : научный интернет-журнал. 2016. Т. 8, № 3. С. 60–69.
5. Shirokova A. G., Pasechnik L. A., Yatsenko S. P. Prospects of application of microencapsulated extractants for extraction of scandium and rare-earth elements // Non-ferrous Metals. 2014. No. 1. P. 41–44.
6. U.S. Geological Survey. Mineral commodity summaries. 2019. — 200 p.
7. Пягай И. Н., Кожевников В. Л., Пасечник Л. А. Переработка отвального шлама глиноземного производства с извлечением скандиевого концентрата // Записки Горного института. 2016. Т. 20, № 5. С. 225–232.
8. Пасечник Л. А., Пягай И. Н., Скачков В. М., Яценко С. П. Извлечение редких элементов из отвального шлама глиноземного производства с использованием отходящих газов печей спекания // Экология и промышленность России. 2013. № 6. С. 36–38.

9. Пат. 2478725 РФ. Способ получения оксида скандия / Пасечник Л. А., Яценко С. П., Пягай И. Н. ; опубл. 10.04.2013,Бюл. № 10.
10. Пат. 2483131 РФ. Способ получения оксида скандия из красного шлама / Пягай И. Н., Яценко С. П., Пасечник Л. А., Ибрагимов Т. С. ; опубл. 27.05.2013, Бюл. № 15.
11. Пягай И. Н. Блочная переработка бокситовых шламов глиноземного производства // Цветные металлы. 2016. № 7. С. 43–51.
12. Пасечник Л. А., Сабирзянов Н. А., Яценко С. П. Изучение фазовых равновесий в многокомпонентной системе (Al, Sc)₂(SO₄)₃–FeSO₄–H₂SO₄–H₂O при 20 ^oC // Омский научный вестник. 2003. № 4 (25). С. 219–221.
13. Широкова А. Г., Пасечник Л. А., Яценко С. П. Взаимодействие ионов РЗМ с фосфорорганическими соединениями микрокапсулированными пористым полимером // Известия РАН. Серия физическая. 2012. Т. 76, № 5. С. 726–729.
14. Пасечник Л. А., Пягай И. Н., Сабирзянов Н. А. и др. Влияние способа обработки красных шламов на сорбцию ионов меди (II) // Экология и промышленность России. 2016. № 5. С. 27–33.
15. Yanagisawa K., Yamasaki N. Reduction of haematite to magnetite under controlled hydrothermal conditions with hydrogen gas // Journal of Materials Science. 1991. Vol. 26. P. 473–478.
16. Вайлерт А. В., Пягай И. Н., Кожевников В. Л., Пасечник Л. А. и др. Автоклавно-гидрометаллургическая переработка красного шлама глиноземного производства // Цветные металлы. 2014. № 3. С. 31–35.
17. Медянкина И. С., Пасечник Л. А., Сабирзянов Н. А. и др. Фторидные способы переработки кремнийсодержащего сырья // Материалы Всерос. Школы УрО РАН. 2015 (ноябрь). С. 1–4.
18. Раков Э. Г., Мельниченко Е. И. Свойства и реакции фторидов аммония // Успехи Химии. 1984. Т. LIII, вып. 9. С. 1463–1485.
19. Ведмидь Л. Б., Жилина Е. М., Красиков С. А., Меркушев А. Г. Экспериментальная оценка особенностей взаимодействия оксидов титана и гадолиния с алюминием // Расплавы. 2018. № 4. С. 481–486.
20. Косов Я. И., Бажин В. Ю. Синтез лигатуры алюминий-эрбий из хлоридно-фторидных расплавов // Расплавы. 2018. № 1. С. 14–28.
21. Pershin P. S., Kataev A. A., Filatov A. A., Suzdaltsev A. V., Zaikov Y. P. Synthesis of Al-Zr alloys via ZrO₂ aluminum-thermalreduction in KF-AlF₃-based melts // Metallurgical and Materials Transactions B: Process Metallurgy and Materials Processing Science. 2017. Т. 48, № 4. Р. 1962–1969.
22. Филатов А. А., Николаев А. Ю., Першин П. С., Суздальцев А. В. Получение сплавов и лигатур Al – Zr при электролизе расплавов KF – NaF – AlF₃ – ZrO₂ // Цветные металлы. 2017. № 11. С. 27–31.
23. Гостищев В. В., Химухин С. Н., Ким Е. Д., Ри Э. Х. Получение комплексно-легированных алюминидов никеля и лигатур сложного состава металлотермией оксидов металлов // Цветные металлы. 2017. № 10. С. 79–84.
24. Козловский Г. А., Махов С. В., Москвитин В. И., Попов Д. А. Оценка технологий производства лигатур алюминия с Ti, Zr и B из различного исходного сырья // Цветные металлы. 2017. № 3. С. 53–56.
25. Ри Э. Х., Ри Х., Деев В. Б., Гончаров А. В. Технология получения лигатурного сплава с алюминидами редкоземельных металлов // Цветные металлы. 2018. № 4. С. 61–66.
26. Суздальцев А. В., Зайков Ю. П., Николаев А. Ю. Обзор современных способов получения лигатур Al – Sc // Цветные металлы. 2018. № 1. С. 69–73.
27. Лысенко А. П., Шиловский С. Ю., Кондратьева Е. С. Совмещенные способы получения алюминиевых сплавов // Цветные металлы. 2018. № 9. С. 39–43.
28. Пат. 2593246 РФ. Способ получения лигатуры алюминий-скандий / Манн В. Х., Плыгин В. В., Виноградов Д. А., Штефанюк Ю. М. и др. ; опубл. 10.08.2016, Бюл. № 22.
29. Пат. 2599312 РФ. Электролитический способ непрерывного получения алюминиевого сплава со скандием / Зайков Ю. П., Суздальцев А. В., Николаев А. Ю., Ткачева О. Ю. и др. ; опубл. 10.10.2016, Бюл. № 28.
30. Пат. 2621207 РФ. Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа / Манн В. Х., Пингин В. В., Виноградов Д. А., Храмов Д. С. ; опубл. 01.06.2017, Бюл. № 16.
31. Пат. 2629418 РФ. Способ непрерывного получения алюминиевой лигатуры с 2 мас. % скандия / Зайков Ю. П., Суздальцев А. В., Николаев А. Ю., Ткачева О. Ю. и др. ; опубл. 29.08.2017, Бюл. № 25.
32. Скачков В. М., Яценко С. П. Получение Sc-, Zr-, Hf-, Y-лигатур на основе алюминия методом высокотемпературных обменных реакций в расплавах солей // Цветные металлы. 2014. № 3. С. 22–26.
33. Яценко С. П., Скачков В. М., Пасечник Л. А. Яценко А. С. Анализ включений в алюминиевых сплавах // Технология металлов. 2013. № 10. С. 17–23.
34. Яценко С. П., Овсянников Б. В., Варченя П. А. и др. Промышленная технология получения алюминий-скандиевой лигатуры инжекцией технологического порошка в жидкий алюминий // Химическая технология. 2011. № 6. С. 321–328.
35. Пат. 2421537 РФ. Способ получения алюмоскандийсодержащей лигатуры и шихта для получения алюмоскандийсодержащей лигатуры / Яценко С. П., Яценко А. С., Овсянников Б. В., Варченя П. А. ; опубл. 20.06.2011, Бюл. № 17.
36. Сабирзянов Н. А., Скачков В. М., Яценко С. П. Рафинирование первичного алюминия с применением графитированных материалов // Цветные металлы. 2013. № 12. С. 44–47.
37. Пягай И. Н. Опыт переработки красных шламов с получением ряда ценных элементов (Sc, Zr, Y) и железосодержащего сырья для черной металлургии // Черные металлы. 2019. № 1. С. 49–54.