ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 669; 66.061.34; 66.065.2
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-2-61-70
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). В отвалах на территории России находится по меньшей мере 500 млн т фосфогипса – отхода производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений. В большинстве случаев распространено его хранение открытым способом, следовательно, загрязнение окружающей среды, нарушение естественного ландшафта и потеря ценных компонентов неизбежны. По известным данным, уровень утилизации фосфогипса сегодня составляет приблизительно 1%. Фосфогипс может содержать от 0,1 до 0,9% редкоземельных элементов, что позволяет рассматривать его как доступный вторичный источник этих металлов. Цель работы. Повышение комплексности переработки фосфогипса карбонатно-щелочным методом за счет появления дополнительного продукта в виде соединений редкоземельных металлов. Используемые методы. Химический состав образцов фосфогипса и продуктивных растворов определен методом атомно-эмиссионной спектрометрии, морфология фосфогипса – методом сканирующей электронной микроскопии, идентификация осадков редкоземельных металлов – методом рентгенофлуоресцентного анализа. Новизна. Произведена апробация карбонатно-щелочного метода на образцах фосфогипса различного генеза (образованного из фосфорита и апатита; полученного по дигидратной и полугидратной технологии; отвального и свежеполученного). Результат. Определены значения степени конверсии сульфата кальция в карбонат кальция для образцов техногенного фосфогипса (96,4–98,4%); на основании экспериментальных данных рассчитаны степени извлечения редкоземельных металлов в раствор (степень извлечения суммы редкоземельных металлов составила 58,6–68,2%); предложены варианты дальнейшего выделения редкоземельных металлов из раствора выщелачивания за счет осаждения щавелевой или фосфорной кислотой. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть применены для разработки технологии утилизации фосфогипса карбонатно-щелочным методом.
Ключевые слова
фосфогипс, редкоземельные элементы, лантаноиды, карбонатные комплексы, конверсия, выщелачивание
Для цитирования
Попутное извлечение редкоземельных элементов из фосфогипса карбонатно-щелочным методом / С.А. Герасёв, К.Д. Глазова, И.О. Курочкин, В.В. Кузнецов, Т.Е. Литвинова // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №2. С. 61-70. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-2-61-70
1. Ogata T., Narita H. Separation of Adjacent Light Rare Earth Elements Using Silica Gel Modified with Diglycolamic Acid. Materials. 2024, 17, 2648. https://doi.org/10.3390/ma17112648
2. Di J., Ding X. Complexation of REE in Hydrothermal Fluids and Its Significance on REE Mineralization. Minerals. 2024, 14, 531. https://doi.org/10.3390/min14060531
3. Podmiljšak B., Saje B., Jenuš P., Tomše T., Kobe S., Žužek K., Šturm S. The Future of Permanent-Magnet-Based Electric Motors: How Will Rare Earths Affect Electrification? Materials. 2024, 17, 848. https://doi.org/10.3390/ma17040
4. Behrsing T., Blair V.L., Jaroschik F., Deacon G.B., Junk P.C. Rare Earths—The Answer to Everything. Molecules. 2024, 29, 688. https://doi.org/10.3390/molecules29030688
5. Pathapati S.V.S.H., Free M.L., Sarswat P.K. A Comparative Study on Recent Developments for Individual Rare Earth Elements Separation. Processes. 2023, 11, 2070. https://doi.org/10.3390/pr11072070
6. Cherepovitsyn A., Solovyova V., Dmitrieva D. New challenges for the sustainable development of the rare-earth metals sector in Russia: Transforming industrial policies. Resources Policy. 2023, 81, 103347. https://doi.org/10.1016/j.resourpol.2023.103347
7. Okrugin A., Zhuravlev A. Mineralogical and Geochemical Evidence of Paragenetic Unity of Igneous Silicate and Carbonatite Rocks of the Tomtor Massif in the North-East of the Siberian Platform. Minerals. 2023, 13, 211. https://doi.org/10.3390/min13020211
8. Lutskiy D.S., Lukyantseva E. S., Mikheeva V.Y., Grigorieva L.V. Investigation of the extraction of samarium and gadolinium from leaching solutions of phosphorus-containing raw materials using solid extractants. Arab Journal of Basic and Applied Sciences. 2023, 30(1), 68–73. https://doi.org/10.1080/25765299.2022.2157954
9. Ormerod J., Karati A., Baghel A.P.S., Prodius D., Nlebedim I.C. Sourcing, Refining and Recycling of Rare-Earth Magnets. Sustainability. 2023, 15, 14901. https://doi.org/10.3390/su152014901
10. Papagianni S., Moschovi A.M., Sakkas K.M., Chalaris M., Yakoumis I. Preprocessing and Leaching Methods for Extraction of REE from Permanent Magnets: A Scoping Review. AppliedChem. 2022, 2, 199-212. https://doi.org/10.3390/appliedchem2040014
11. Akcil A., Swami K.R., Gardas R.L., Hazrati E., Dembele S. Overview on Hydrometallurgical Recovery of Rare-Earth Metals from Red Mud. Minerals. 2024, 14, 587. https://doi.org/10.3390/min14060587
12. Pirzada M.D.S. Alternative Resources of Rare Earth Elements in Pakistan. Mater. Proc. 2024, 17, 26. https://doi.org/10.3390/materproc2024017026
13. Mukaba J.-L., Eze C.P., Pereao O., Petrik L.F. Rare Earths’ Recovery from Phosphogypsum: An Overview on Direct and Indirect Leaching Techniques. Minerals. 2021 11, 1051. https://doi.org/10.3390/min11101051
14. Amirshahi S., Jorjani E. Preliminary Flowsheet Development for Mixed Rare Earth Elements Production from Apatite Leaching Aqueous Solution Using Biosorption and Precipitation. Minerals. 2023, 13, 909. https://doi.org/10.3390/min13070909
15. Levickaya K., Alfimova N., Nikulin I., Kozhukhova N., Buryanov A. The Use of Phosphogypsum as a Source of Raw Materials for Gypsum-Based Materials. Resources. 2024, 13, 69. https://doi.org/10.3390/resources13050069
16. Пашкевич М.А., Данилов А.С. Экологическая безопасность и устойчивое развитие // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 153-154.
17. Pliaka, M., Gaidajis, G. Potential uses of phosphogypsum: A review. Journal of environmental science and health. Part A, Toxic/hazardous substances & environmental engineering. 2022, 57(9), 746–763. https://doi.org/10.1080/10934529.2022.2105632
18. Al-Thyabat S., Zhang P. Extraction of rare earth elements from upgraded phosphate flotation tailings. Minerals & Metallurgical Processing. 2016, 33 (1). https://doi.org/10.19150/mmp.6464
19. Семячков А.И., Почечун В.А., Семячков К.А. Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 168-179. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.24
20. Ribeiro P.G., Dinali G.S., Boldrin P.F. et al. Rare Earth Elements (REEs) Rich-Phosphate Fertilizers Used in Brazil are More Effective in Increasing Legume Crops Yield Than Their REEs-Poor Counterparts. Int. J. Plant Prod. 2021, 15, 1–1. https://doi.org/10.1007/s42106-021-00129-5
21. Ramos S.J., Dinali G.S., Carvalho T.S., Chaves L.C., Siqueira J.O., Guilherme L.R. Rare earth elements in raw materials and products of the phosphate fertilizer industry in South America: Content, signature, and crystalline phases. Journal of Geochemical Exploration. 2016, 168, 177-186. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2016.06.009
22. Wen F., Fan Y., Wu J., Yao W. Analysis of the Mechanical Properties of Cured Sludge by Alkaline Excitation of Phosphogypsum. Buildings. 2024, 14, 646. https://doi.org/10.3390/buildings14030646
23. Levickaya K., Alfimova N., Nikulin I., Kozhukhova N., Buryanov A. The Use of Phosphogypsum as a Source of Raw Materials for Gypsum-Based Materials. Resources. 2024, 13, 69. https://doi.org/10.3390/resources13050069
24. Pyagai I., Zubkova O., Babykin R., Toropchina M., Fediuk R. Influence of Impurities on the Process of Obtaining Calcium Carbonate during the Processing of Phosphogypsum. Materials. 2022, 15, 4335. https://doi.org/10.3390/ma15124335
25. Chen Y., Fan X., Zhao B., Zhang L. Numerical Simulation of Pre-Reduction for a New Process of Acid Production from Phosphogypsum by Gas Sulfur Reduction. Processes. 2023, 11, 972. https://doi.org/10.3390/pr11030972
26. Kang C.-U., Ji S.-W., Jo H. Recycling of Industrial Waste Gypsum Using Mineral Carbonation. Sustainability. 2022, 14, 4436. https://doi.org/10.3390/su14084436
27. Zhou Q., Liao J., Liao C., Zhao B. Phase Equilibrium Study of Rare Earth Oxide–Fluoride Salt System: A Review. Metals. 2024, 14, 314. https://doi.org/10.3390/met14030314
28. Han J., Wang Y., Liu R. et al. Theoretical and experimental investigation of Xenotime-type rare earth phosphate REPO4, (RE = Lu, Yb, Er, Y and Sc) for potential environmental barrier coating applications. Sci Rep. 2020, 10, 13681. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70648-0
29. Экогеотехнология добычи бедных руд с созданием условий для попутной утилизации отходов горного производства / Соколов И.В., Антипин Ю.Г., Рожков А.А., Соломеин Ю.М. // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 289-296. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.21
30. Yang Y., Zhang X., Li L., Wei T., Li K. Metastable Dissolution Regularity of Nd3+ in Na2CO3 Solution and Mechanism. ACS Omega. 2019, 4, pp. 9160-9168. https://doi.org/10.1021/acsomega.9b00453
31. Уран в антропогенных карбонатах на территории Уфы / Фархутдинов И.М., Хайруллин Р.Р., Соктоев Б.Р., Злобина А.Н., Чесалова Е.И., Фархутдинов А.М., Ткачев А.В. // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 226-237. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.4
32. Chernysh Y., Chubur V., Ablieieva I., Skvortsova P., Yakhnenko O., Skydanenko M., Plyatsuk L., Roubík H. Soil Contamination by Heavy Metals and Radionuclides and Related Bioremediation Techniques: A Review. Soil Syst. 2024, 8, 36. https://doi.org/10.3390/soilsystems8020036
33. Cheremisina O., Ponomareva M., Sergeev V., Mashukova Y., Balandinsky D. Extraction of Rare Earth Metals by Solid-Phase Extractants from Phosphoric Acid Solution. Metals. 2021, 11, 991. https://doi.org/10.3390/met11060991
34. Lobacheva O.L. Ion Flotation of Ytterbium Water-Salt Systems—An Innovative Aspect of the Modern Industry. Water. 2021, 13, 3493. https://doi.org/10.3390/w13243493
35. Сорбционная очистка вод кислотонакопителя от железа и титана на органических полимерных материалах / Черемисина О.В., Пономарева М.А., Молотилова А.Ю., Машукова Ю.А., Соловьев М.А. // Записки Горного института. 2023. Т. 264. С. 971-980. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.28