In this study, bauxite residue was directly leached using the Brønsted acidic ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium hydrogensulfate. Stirring rate, retention time, temperature, and pulp density have been studied in detail as the parameters that affect the leaching process. Their optimized combination has shown high recovery yields of Sc, nearly 80%, and Ti (90%), almost total dissolution of Fe, while Al and Na were partially extracted in the range of 30-40%. Si and rare earth element (REEs) dissolutions were found to be negligible, whereas Ca was dissolved and reprecipitated as CaSO 4 . The solid residue after leaching was fully characterized, providing explanations for the destiny of REEs that remain undissolved during the leaching process. The solid residue produced after dissolution can be further treated to extract REEs, while the leachate can be subjected to metal recovery processes (i.e., liquid-liquid extraction) to extract metals and regenerate ionic liquid. been listed as a critical raw material by the European Commission due to its high economic importance and supply risk [11]. In fact, Sc is mainly produced as a byproduct during the processing of various ores, from titanium and REEs ores (China), uranium ore (Kazakhstan and Ukraine), and apatite ore (Russia). It can also be recovered from previously processed tailings or residues [9,12,13]. For these reasons, BR can be accounted as a secondary raw material source [14], and the recovery of Sc could represent a high economic interest.BR can also be considered a secondary source for Ti, which is a photocatalyst and it is applied in the white pigment industry [15]. Since the availabilities and qualities of Ti ores are decreasing [16], it is important to find methods for extracting Ti from secondary sources.Many studies, patents, and pilot scale implementations have been carried out for Sc and Ti recovery from BR, mainly by investigating hydrometallurgical or combined pyro-hydrometallurgical processes [5,12,[16][17][18][19][20][21][22][23], but none of them has reached an industrial scale. Nowadays, the impact of the zero-waste valorization policy motivates the research community on finding innovative, greener, and economical viable routes for metal extraction from complex polymetallic matrices, such as the bauxite residue [24].Ionometallurgical approach can be exploited as an alternative to conventional hydrometallurgical processing. The term ionometallurgy indicates the use of ionic liquids (ILs) as solvents in metals processing. ILs are liquid at room temperature and consist solely of ions; generally an organic cation and inorganic/organic anion. ILs have superior properties against conventional organic solvents, such as nonflammability, a wide electrochemical window, high thermal stability, negligible vapor pressure, and low volatility [25]. For these reasons and thanks to the vast number of combinations of the cation and the anion during synthesis, ILs have potential for many applications, such as solvent extraction [26,27], catalytic reactions [28,...
Τα κατάλοιπα βωξίτη, επίσης γνωστά ως ερυθρά ιλύς, είναι τα κύρια στερεά απόβλητα που προκύπτουν κατά την παραγωγή αλουμίνας με τη μέθοδο Bayer. Για κάθε τόνο παραγόμενης αλουμίνας, παράγονται 1 - 1,5 τόνοι καταλοίπων βωξίτη, οδηγώντας παγκοσμίως σε παραγωγή περισσότερων από 150 εκατομμύρια τόνων καταλοίπων βωξίτη ετησίως. Η διαχείριση των καταλοίπων βωξίτη είναι το σημαντικότερο ζήτημα για τη βιομηχανία αλουμίνας λόγω του μεγάλου όγκου και της αλκαλικότητάς τους. Τα κατάλοιπα βωξίτη περιέχουν σημαντικές ποσότητες μετάλλων όπως σκάνδιο, τιτάνιο, σίδηρο, αργίλιο και σπάνιες γαίες και γι' αυτό το λόγο απαιτείται μια ολοκληρωμένη στρατηγική διαχείρισής τους με στόχο την ανάκτηση μετάλλων από αυτά και τη χρήση του δευτερογενούς καταλοίπου στην τσιμεντοβιομηχανία ή/και στη βιομηχανία παραγωγής δομικών υλικών. Αυτή η προσέγγιση των «μηδενικών αποβλήτων» συμβάλει στην βιώσιμη επίλυση του προβλήματος της διαχείρισης των καταλοίπων βωξίτη καθώς επίσης και στην μείωση της εξάρτησης της Ευρώπης από τις εισαγόμενες πρώτες ύλες. Έχοντας κατά νου αυτή την προοπτική, κύριος στόχος αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι να μελετήσει μια διεργασία ανάκτησης μετάλλων, κυρίως τιτανίου και σκανδίου, από τα κατάλοιπα βωξίτη. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής αναπτύχθηκε ένα σύνθετο διάγραμμα ροής που μπορεί να περιγραφεί από δύο κύρια στάδια. Το πρώτο στάδιο αφορά την ανάπτυξη μιας ιονομεταλλουργικής διεργασίας εκχύλισης των καταλοίπων βωξίτη. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η άμεση εκχύλιση των καταλοίπων βωξίτη χρησιμοποιώντας το όξινο κατά Brønsted-Lowry ιοντικό υγρό EMIMHSO4 (‘Οξινο Θειικό 1-αίθυλο-3-μεθυλο-ιμιδαζολίο) για την ανάκτηση σκανδίου και τιτανίου με υψηλές αποδόσεις. Για τη βελτιστοποίηση της διεργασίας, μελετήθηκαν παράμετροι όπως ο ρυθμός ανάδευσης, ο χρόνος παραμονής, η θερμοκρασία και η πυκνότητα πολτού. Υπό τις βέλτιστες συνθήκες επιτεύχθηκαν υψηλές ανακτήσεις σκανδίου (80%) και τιτανίου (90%), σχεδόν ολική διάλυση σιδήρου, ενώ το αργίλιο και το νάτριο ανακτήθηκαν μερικώς (30-40%). Στοιχεία όπως το πυρίτιο και οι σπάνιες γαίες παρουσίασαν αμελητέες ανακτήσεις, ενώ το ασβέστιο αρχικά διαλύθηκε και εν συνεχεία καταβυθίστηκε ως άνυδρο θειικό ασβέστιο, καταναλώνοντας περίπου το 2% κ.β. του ιοντικού υγρού. Το εναπομείναν στερεό υπόλειμμα της εκχύλισης χαρακτηρίστηκε διεξοδικά, παρέχοντας σημαντικές εξηγήσεις για τη συμπεριφορά των σπανίων γαιών κατά τη διεργασία της εκχύλισης. Το στερεό αυτό υπόλειμμα μπορεί να υποστεί περαιτέρω υδρομεταλλουργική επεξεργασία για την εξαγωγή των σπανίων γαιών είτε να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη στη βιομηχανία τσιμέντου ή στη βιομηχανία παραγωγής δομικών υλικών. Το δεύτερο κύριο στάδιο του διαγράμματος ροής περιλαμβάνει τη διεργασία εξαγωγής με οργανικό διαλύτη των μετάλλων από το κυοφορούν διάλυμα της εκχύλισης. Έγιναν συγκριτικές προκαταρκτικές δοκιμές με τέσσερεις οργανικούς διαλύτες (εξαγωγείς), τρία όξινα οργανοφωσφορικά οξέα (D2EHPA, Cyanex 272 και Ionquest 801) και ένα ουδέτερο εξαγωγέα (Cyanex 923), με στόχο τη κατανόηση της διεργασίας της εξαγωγής μετάλλων με οργανικό διαλύτη απευθείας από κυοφορούντα διαλύματα ιοντικών υγρών. Η χρονική διάρκεια διαχωρισμού φάσεων (οργανική/ιοντικό υγρό), η αναλογία όγκων οργανικής φάσης προς ιοντικό υγρό και η συγκέντρωση του εξαγωγέα στην οργανική φάση (εξαγωγέας/διαλύτης/τροποποιητής) μελετήθηκαν ως μεταβλητές παράμετροι και πραγματοποιήθηκαν κινητικές μελέτες για την κατανόηση της συμπεριφοράς εξαγωγής των μετάλλων με την πάροδο του χρόνου. Από τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, ο όξινος εξαγωγέας D2EHPA (σε συγκέντρωση 20% v/v στην οργανική φάση και αναλογία O:IL 1:1 v/v) έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα όσον αφορά την εξαγωγή των μετάλλων, καθώς σχεδόν η συνολική ποσότητα σιδήρου, αργιλίου, τιτανίου και σκανδίου ανακτήθηκε από το κυοφορούν διάλυμα μέσα σε χρονικό διάστημα δεκαπέντε λεπτών. Από την άλλη πλευρά, επιλεκτικότητα εξαγωγής σκανδίου επιτεύχθηκε χρησιμοποιώντας τον ουδέτερο εξαγωγέα Cyanex 923. Βάσει αυτών των αποτελεσμάτων, προτάθηκε μια διεργασία επιλεκτικής εξαγωγής μετάλλων πολλαπλών σταδίων από το κυοφορούν διάλυμα ιοντικού υγρού. Στα δύο πρώτα στάδια, χρησιμοποιήθηκε ο εξαγωγέας Cyanex 923 για την ανάκτηση σχεδόν της συνολικής ποσότητας σκανδίου και αργιλίου ενώ ο σίδηρος και το τιτάνιο εξήχθησαν σε μέτρια ποσοστά παραμένοντας κυρίως στο κυοφορούν διάλυμα ιοντικού υγρού. Μετά την αναγέννηση και τον καθαρισμό της οργανικής φάσης που μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί πάλι, το διάλυμα αργιλίου και σκανδίου θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για παραγωγή κραμάτων Al-Sc. Στο τρίτο στάδιο χρησιμοποιείται ο όξινος εξαγωγέας Cyanex 272 για την ανάκτηση σιδήρου και τιτανίου από το κυοφορούν διάλυμα ιοντικού υγρού που έχει προκύψει μετά τα δύο πρώτα στάδια εξαγωγής. Τελικά, η προκύπτουσα φάση του ιοντικού υγρού αναγεννάται και δύναται να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω στη διεργασία εκχύλισης των καταλοίπων βωξίτη.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.