Сравнительное исследование выщелачивания скандия из золы угля минеральными и органическими кислотами

Авторы

  • К. Камунур Казахский национальный университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан
  • А. Баткал Казахский национальный университет имени аль-Фараби, пр. аль-Фараби, 71, Алматы, Казахстан
  • Е.К. Бектай Казахский национальный технический университет имени Каныша Сатпаева, ул. Сатпаев, 22, Алматы, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.18321/cpc23(3)299-309

Ключевые слова:

золошлак, выщелачивание, скандий, лимонная кислота

Аннотация

Скандий (Sc) является стратегически важным элементом, востребованным в производстве высокопрочных сплавов и энергетических технологий, однако его извлечение из вторичных источников, таких как золошлаки, остается затруднительным из-за низких концентраций и прочной связи с упорными алюмосиликатами. В данной работе исследовано поведение скандия при выщелачивании из золошлака с использованием минеральных (HCl, H2SO4) и органических (лимонная, яблочная, щавелевая, винная) кислот в идентичных условиях (80 °C, 0,5 M, твердое:жидкое = 1:20). Минеральные кислоты обеспечили наивысшие степени извлечения (82-90%), но показали низкую селективность из-за интенсивного сопутствующего растворения Fe и Al. Среди органических кислот наилучший баланс между эффективностью и селективностью показала лимонная кислота, достигнув до 68% извлечения Sc при растворении Fe и Al менее 26%. Полный факторный эксперимент с варьированием концентрации лимонной кислоты (0,1-1,0 M) и плотности пульпы (25-100 г/л) выявил возможность регулирования как эффективности, так и селективности; в оптимальных условиях (0,5 M, 25 г/л) достигнуто 64% извлечения Sc при коэффициентах селективности Sc/Fe = 6,40 и Sc/Al = 3,76.

Библиографические ссылки

(1) A.B. Junior, D.C.R. Espinosa, J. Vaughan, et al. Recovery of scandium from various sources: A critical review of the state of the art and future prospects, Miner. Eng. 172 (2021) 107148. Crossref

(2) K.M. Goodenough, F. Wall, D. Merriman. The rare earth elements: demand, global resources, and challenges for resourcing future generations, Nat. Resour. Res. 27 (2) (2018) 201–216. Crossref

(3) Z. Weng, S.M. Jowitt, G.M. Mudd, et al. A detailed assessment of global rare earth element resources: opportunities and challenges, Econ. Geol. 110 (8) (2015) 1925–1952. Crossref

(4) B. Bielowicz. Ash characteristics and selected critical elements (Ga, Sc, V) in coal and ash in Polish deposits, Resources 9 (9) (2020) 115. Crossref

(5) R. Nadirov, K. Kamunur, L. Mussapyrova, et al. Integrated compositional modeling and machine learning analysis of REE-bearing coal ash from a weathered dumpsite, Minerals 15 (7) (2025) 734. Crossref

(6) T. Ketegenov, K. Kamunur, L. Mussapyrova, et al. Enhancing rare earth element recovery from coal ash using high-voltage electrical pulses and citric acid leaching, Minerals 14 (7) (2024) 693. Crossref

(7) Y. Shi, J. Wang, L. Zhang, et al. A mini review on the separation of Al, Fe and Ti elements from coal fly ash leachate, Int. J. Coal Sci. Technol. 11 (1) (2024) 24. Crossref

(8) J.F. King, R.K. Taggart, R.C. Smith, et al. Aqueous acid and alkaline extraction of rare earth elements from coal combustion ash, Int. J. Coal Geol. 195 (2018) 75–83. Crossref

(9) P.K. Sahoo, K. Kim, M.A. Powell, et al. Recovery of metals and other beneficial products from coal fly ash: A sustainable approach for fly ash management, Int. J. Coal Sci. Technol. 3 (3) (2016) 267–283. Crossref

(10) G. Li, Q. Ye, B. Deng, et al. Extraction of scandium from scandium-rich material derived from bauxite ore residues, Hydrometallurgy 176 (2018) 62–68. Crossref

(11) D. Avdibegović, K. Binnemans. Separation of scandium from hydrochloric acid–ethanol leachate of bauxite residue by a supported ionic liquid phase, Ind. Eng. Chem. Res. 59 (34) (2020) 15332–15342. Crossref

(12) S. Hedwig, B. Yagmurlu, E.M. Peters, et al. From trace to pure: pilot-scale scandium recovery from TiO₂ acid waste, ACS Sustain. Chem. Eng. 11 (15) (2023) 5883–5894. Crossref

(13) M. Zhao, H. Zhang, H. Han, et al. Differential leaching mechanisms and ecological impact of organic acids on ion-adsorption type rare earth ores, Sep. Purif. Technol. 362 (2025) 131701. Crossref

(14) D.E. Lazo, L.G. Dyer, R.D. Alorro, et al. Treatment of monazite by organic acids I: Solution conversion of rare earths, Hydrometallurgy 174 (2017) 202–209. Crossref

(15) C.R. Cánovas, S. Chapron, G. Arrachart, et al. Leaching of rare earth elements (REEs) and impurities from phosphogypsum: A preliminary insight for further recovery of critical raw materials, J. Clean. Prod. 219 (2019) 225–235. Crossref

(16) R. Banerjee, S. Chakladar, A. Mohanty, et al. Leaching characteristics of rare earth elements from coal ash using organosulphonic acids, Miner. Eng. 185 (2022) 107664. Crossref

(17) R.T. Stein, A.C. Kasper, H.M. Veit. Recovery of rare earth elements present in mobile phone magnets with the use of organic acids, Minerals 12 (6) (2022) 668. Crossref

(18) S. Belfqueh, A. Seron, S. Chapron, et al. Evaluating organic acids as alternative leaching reagents for rare earth elements recovery from NdFeB magnets, J. Rare Earths 41 (4) (2023) 621–631. Crossref

(19) L. Zhang, H. Chen, J. Pan, et al. Rare earth elements recovery and mechanisms from coal fly ash by column leaching using citric acid, Sep. Purif. Technol. 353 (2025) 128471. Crossref

(20) M. Zhao, Z. Teng, X. Ma, et al. Insight into leaching rare earth from ion-adsorption type rare earth ores with citric acid: Performance, kinetic analysis and differentiation leaching, J. Rare Earths 43 (3) (2025) 591–602. Crossref

(21) S.F. Lütke, M.L. Oliveira, S.R. Waechter, et al. Rare earth elements recovery from coal fly ash by leaching with organic acids, Chemosphere 301 (2022) 134661. Crossref

(22) W. Astuti, T. Hirajima, K. Sasaki, et al. Biosorption of rare earth elements from aqueous solutions using microorganisms: A review, Miner. Eng. 85 (2016) 1–16. Crossref

(23) R. Banerjee, S. Chakladar, A. Mohanty, et al. A comprehensive review on the recovery of scandium and rare earth elements from secondary resources, Geosyst. Eng. 25 (3–4) (2022) 95–115. Crossref

(24) R. Banerjee, A. Mohanty, S. Chakravarty, et al. Leaching behavior of rare earth elements from coal fly ash using organic acids, Hydrometallurgy 201 (2021) 105575. Crossref

(25) S. Dai, L. Zhao, S. Peng, et al. Abundances and distribution of minerals and elements in high-alumina coal fly ash from China, Int. J. Coal Geol. 81 (4) (2010) 320–332. Crossref

(26) K. Kamunur, A. Batkal, L. Mussapyrova, et al. Synthesis of composite materials based on industrial waste and study of their sorption properties, Combust. Plasma Chem. 22 (3) (2024) 223–230. Crossref

(27) B. Ji, Q. Li, W. Zhang. The leaching mechanism of rare earth elements from weathered crust elution-deposited rare earth ores, J. Rare Earths 40 (2) (2022) 318–327. Crossref

(28) R. Mikolajczak, S. Huclier-Markai, C. Alliot, et al. Production of scandium radionuclides for theranostic applications: Current status and future perspectives, EJNMMI Radiopharm. Chem. 6 (1) (2021) 19. Crossref

(29) A.M. Liliou, M.L. Saru, A. Veksha, et al. Recovery of rare earth elements from coal fly ash using green leaching methods, J. Chem. Technol. Biotechnol. 96 (9) (2021) 2620–2629. Crossref

(30) P. Romano, A. Zuffranieri, S. Rahmati, et al. Leaching of rare earths from end-of-life NdFeB magnets with citric acid using full factorial design, response surface methodology, and artificial neural network analysis, Metals 14 (8) (2024) 932. Crossref

(31) S.I. Arbuzov, S.G. Maslov, S.S. Il’enok. Modes of occurrence of scandium in coals and peats (A review), Solid Fuel Chem. 49 (3) (2015) 167–182. Crossref

(32) A.D. Salman, T. Juzsakova, S. Mohsen, et al. Scandium recovery methods from mining, metallurgical extractive industries, and industrial wastes, Materials 15 (7) (2022) 2376. Crossref

(33) P. Liu, S. Zhao, N. Xie, et al. Green approach for rare earth element (REE) recovery from coal fly ash, Environ. Sci. Technol. 57 (13) (2023) 5414–5423. Crossref

(34) J. Pan, B.V. Hassas, M. Rezaee, et al. Recovery of rare earth elements from coal fly ash through sequential chemical roasting, water leaching, and acid leaching processes, J. Clean. Prod. 284 (2021) 124725. Crossref

(35) S. Rahmati, R. Adavodi, P. Romano, et al. Evaluation of the mechanisms of rare earth elements extraction from citrate solutions in the recycling of NdFeB magnets, Process Saf. Environ. Prot. 195 (2025) 106788. Crossref

(36) J. Chi, C. Wang, G. Zhou, et al. A critical review on separation and extraction of scandium from industrial wastes: Methods, difficulties, and mechanism, J. Environ. Chem. Eng. 11 (5) (2023) 111068. Crossref

Опубликован

17-10-2025

Как цитировать

Камунур, К., Баткал, А., & Бектай, Е. (2025). Сравнительное исследование выщелачивания скандия из золы угля минеральными и органическими кислотами. Горение и плазмохимия, 23(3), 299-309. https://doi.org/10.18321/cpc23(3)299-309

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)