Скандий в бокситах и глинах

В.Н. Лавренчук, А.В. Стряпков, Е.Н. Коковин

На основе краткой характеристики месторождений в монографии рассматриваются содержания скандия и закономерности его распределения в бокситах и глинах из месторождений Западной части России, Урала и Казахстана. Большое внимание уделяется форме нахождения скандия, его связи с минералами алюминия, железа и органическим веществом бокситов и глин.

Приводятся сведения о поведении скандия в технологических процессах переработки бокситов, о новых способах обогащения технологических продуктов и концентрирования скандия. В книге приводятся сведения о физико-химических свойствах скандия, его применении, о содержаниях в минералах и породах с учетом новейших данных.

Книга представляет интерес для геологов, химиков, технологов, металлургов, для аспирантов и студентов ВУЗов.

ВВЕДЕНИЕ (из книги)

Несмотря на то, что в последние 30-40 лет во многих странах мира проводились большие исследования по геохимии скандия, закономерности распределения его в бокситах изучены недостаточно, как и технология извлечения из отходов глиноземного производства (красных шламов). В то же время именно бокситы, смежные с ними образования и коры выветривания являются самыми массовыми и самыми доступными источниками для получения скандия. По оценкам разных специалистов около 70% скандия из общих прогнозных запасов приходится на бокситы.

В красных шламах содержание скандия составляет 60-120 г/т, а в органогенных глинах, приуроченных к бокситам, является ураганным - до 1000 г/т. С корами выветривания карбонатитов связано уникальное Томторское месторождение в Якутии (ниобий, скандий, иттрий, РЗЭ). Специфика условий формирования его объясняется <последовательным проявлением двух этапов гипергенеза с наложением на продукты окислительного этапа выветривания эпигенетических восстановительных процессов> (Лапин, Холстов, 1993). При выносе из карбонатитов основных элементов, в том числе железа и марганца, происходит накопление редких элементов, которые входят в устойчивые остаточные минералы - монацит, флоренсит, пирохлор. В осветленном горизонте содержание пятиокиси ниобия достигает 6-12%, а содержание оксидов редких земель (RO) повышается до 12-30%. Упомянутые авторы называют процесс выветривания карбонатитов латеритным, аналогичным тому, который приводит к формированию вещества бокситов.

Известны и многие другие редкометалльные месторождения, связанные с корами выветривания разнообразных горных пород. По оценке В.В.Иванова (1997), уже сейчас глинистые продукты с черчитом и рабдофанитом являются важным сырьем для получения иттрия. По химической близости этого элемента к скандию и редким землям и их частому парагенезису можно полагать, что технологически будет оправдано комплексное извлечение всех редких металлов.

При обработке щелочами глинистых продуктов и красных шламов скандий практически не переходит в раствор, тогда как соляная, серная и азотная кислоты достаточно хорошо извлекают его, к тому же без разрушения кристаллических решеток основных минералов. Уже один этот факт говорит о технологичности названного сырья. Если в бокситах скандия и близких к нему по свойствам РЭ в 2-2,5 раза больше, чем в материнских породах, то в красных шламах содержание их, как правило, увеличивается еще в 2 раза.

Из таких шламов и редкометалльных кор выветривания может быть налажено получение скандия и других РЭ в объеме десятков и даже сотен тонн в год и тем самым обеспечено широкое их применение в разных областях промышленности на длительную перспективу.

Для увеличения масштаба производства многих РЭ необходимы специализированные предприятия, аналогичные тем, которые занимались раньше добычей и переработкой уранового сырья. В этом случае упадет их высокая стоимость и значительно расширится круг возможных потребителей.

Скандий, иттрий, РЗЭ относятся к материалам высоких технологий, и Россия может не только решить задачу самообеспечения этими металлами, но и занять достойное место на мировом рынке.

Практическая целесообразность переработки сырья, генетически связанного с зоной гипергенеза (россыпи, бокситы, коры выветривания, золы углей и др.), доказана многими странами мира. Китай, например, создал за последние 15 лет мощную РМ-промышленность и вошел в число лидеров по производству РЗЭ (цифры по скандию не сообщаются).

Представляемые данные являются в основном результатом исследований В.Н.Лавренчука за длительный срок - 1960-2000 годы. При низких содержаниях РЭ в большей части изученных объектов особое внимание уделялось достоверности результатов. Анализ проб и в целом изучение сырья выполнялись в химических, спектральных и технологических лабораториях Центрказгеологии (Караганда), Севказгео-логии (Кустанай), Уралгеологии (Свердловск, Полевской) и ЦОИЛ УАЗа (Каменск-Уральский). Большой объем контрольных анализов на РЭ выполнен в лабораториях ВИМСа (Наро-Фоминск), ВНИИХТа (Москва), ИМГРЭ (Бронницы), Целинного гор-но-химического комбината (Степногорск), Института спектроскопии АН СССР (Троицк Московской области), а также Института химии твердого тела УрО РАН (Свердловск).

Результаты количественного анализа наших проб на скандий в указанных лабораториях были использованы Т.Р.Гильмутдиновой (Севказгеология) как эталонные при разработке своей спектральной методики применительно к специфике бокситового сырья. Эта методика была рассмотрена и утверждена как рабочая Научным Советом по аналитическим методам ВИМСа в 1989 году. В бокситах и смежных с ними породах Краснооктябрьского месторождения скандий определялся преимущественно по этой методике с контролем в лаборатории Целинного ГХК. Подробности использования методик и их аппаратурное оформление вне нашего обсуждения.

За много лет работы авторы сотрудничали со многими крупными специалистами России и Казахстана. Всем лицам, которые оказывали организационную и финансовую поддержку при проведении работ на скандий, всем, кто анализировал наши пробы, а также принимал участие в обсуждении результатов, выражаем искреннюю благодарность. Из числа многих, чья помощь была наиболее действенной, отметим М.Д.Пельменева, М.Ф.Комина, Ю.П.Остапенко (Мингео СССР), Г.П.Полуаршинова (ВНИИХТ), Г.А.Сидоренко, В.И.Афанасьеву, Н.А.Харитонову (ВИМС), В.В.Буркова и Е.К.Подпорину (ИМГРЭ), Л.Н.Комиссарову (МГУ), В.И.Пигульского, В.А.Нерлова, В.М.Сопова, В.А.Сливу (1ДГХК, ОНИС-1), Т.С.Кишко, Г.В.Щировского, Н.В.Югая (Центрказгеология), Б.А.Едигенова, Д.Х.Фатхутдинова, А.А.Алексеева, А.Р.Ниязова, А.Т.Евлампьева, Т.Р.Гильмутдинову, В.И.Головкову (Севказгеология), P.M.Шор (Уралгеология), З.В.Ермоленко (УАЗ), В.Ф.Степанову (УралВАМИ). При подготовке рукописи к изданию нам помогали Н.Ф.Коковин, Р.М.Королева, Р.Ж.Стряпкова. Низкий поклон всем, кого мы назвали, за моральную и материальную поддержку.

Введение, Заключение, главы 1, 2, 3 и 8 написаны В. Н. Лавренчуком и А. В. Стряпковым совместно; главы 4, 5 и 6 - В. Н. Лавренчуком; глава 7 - А. В. Стряпко-вым. Е. Н. Коковин принимал участие в оформлении работы.

В большей части справочной литературы, которой мы пользовались, а также в отдельных публикациях малые величины выражены в ангстремах (А). В настоящей работе сохраняем эту размерность: на протяжении многих десятков лет она была принята в геохимии.