title: Επεξεργασία ερυθράς ιλύος με θειικό οξύ και οργανικά υποκατάστατα για την επιλεκτική εκχύλιση Σκανδίου και Υττρίου
title: Processing Red Mud with Sulfuric Acid and Organic Substitutes for selective leaching of Scandium and Yttrium

Creators: name: Μπαλτζακης Εμμανουηλ
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η Ερυθρά Ιλύς αποτελεί παραπροϊόν της βιομηχανίας παραγωγής αλουμινίου, από την επεξεργασία του βωξίτη. Αποτελεί ζήτημα και πρόκληση η συλλογή και η επεξεργασία της τεράστιας ποσότητας ερυθράς ιλύος που παράγεται, καθώς εμπεριέχονται σε αυτήν μέταλλα τα οποία έχουν σημαντική τεχνολογική και οικονομική αξία, τα οποία ονομάζονται σπάνιες γαίες. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε  η επιλεκτική εκχύλιση  των σπάνιων γαιών, συγκεκριμένα του  σκανδίου και του υττρίου με την χρήση υδατικών διαλυμάτων θειικού οξέος καθώς και οργανικών οξέων (κιτρικό - οξικό οξύ) χρησιμοποιώντας εργαστηριακά διαλύματα καθώς και υλικά φυσικής προέλευσης από λεμόνι και ξύδι ως πηγές κιτρικού και οξικού οξέος αντίστοιχα. Τα πειράματα διεξήχθησαν με μία θερμική μέθοδο επεξεργασίας σε υδατόλουτρο 70 °C. Όλα τα δείγματα είχαν λόγο στερεού/υγρού ίσο με 1 gr ερυθράς ιλύος προς 40 mL υδατικού διαλύματος. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν πειράματα με θειικό οξύ μοριακής συγκέντρωσης 1 Μ και 0.5 Μ για 1, 2, 4, 24, 48 ώρες  αντίστοιχα. Στην συνέχεια επιλέχθηκε χρόνος θερμικής επεξεργασίας 2 ωρών στο υδατόλουτρο, όπου πραγματοποιήθηκαν πειράματα αναμίξεων σε διαφορετικό ποσοστό ανάμιξης θειικού οξέος με οργανικά οξέα αλλά και πειράματα ανάμιξης μεταξύ οργανικών οξέων εργαστηριακής και φυσικής προέλευσης. Από τα πειράματα προέκυψε το υψηλότερο ποσοστό ανάκτησης σκανδίου 91% και υττρίου 94%, με την χρήση υδατικού διαλύματος θειικού οξέος 1 Μ με χρόνο επεξεργασίας 1 h όσο αφορά το σκάνδιο, ενώ για το ύττριο 48 h. Με την χρήση κιτρικού και οξικού οξέος τα αποτελέσματα όσον αφορά την επιλεκτικότητα ως προς το ύττριο και το σκάνδιο ήταν  αρκετά καλύτερα σε σύγκριση με το θειικό οξύ παρουσιάζοντας όμως αρκετά μικρότερο βαθμό εκχύλισης των σπάνιων γαιών, με υψηλότερο ποσοστό εκχύλισης 40% στο υδατικό διάλυμα  κιτρικού οξέος. Στα υδατικά διαλύματα στα οποία έγινε ανάμιξη των οργανικών οξέων και θειικού οξέος, προέκυψαν  ικανοποιητικά αποτελέσματα ειδικά για ποσοστό ανάμιξης 50%-50% και 75%-25% (θειικού οξέος - οργανικό οξύ) στον βαθμό εκχύλισης σπάνιων γαιών και στον βαθμό επιλεκτικότητας τους, σε σύγκριση με την επεξεργασία υδατικού διαλύματος θειικού οξέος. Tα εργαστηριακά οργανικά οξέα είχαν μικρή διαφορά ποσοστού ανάκτησης σκανδίου και υττρίου σε σύγκριση με τα οργανικά οξέα φυσικής προέλευσης. Από τα αποτελέσματα αυτά συμπεραίνεται ότι μπορεί να υπάρξει μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος χρησιμοποιώντας φιλικά ως προς το περιβάλλον και οικονομικά προϊόντα όπως το ξύδι και το λεμόνι, ελαττώνοντας την χρήση επικίνδυνων και βλαβερών χημικών ουσιών.



description: The Red Mud is a byproduct of the aluminum production industry, derived from the processing of bauxite. The collection and processing of the enormous quantity of red mud produced pose both an issue and a challenge, as it contains metals with technological and economic value known as rare earth elements. This present thesis focuses on the selective extraction of rare earth elements, specifically scandium and yttrium, using sulfuric acid aqueous solutions and organic acids (citric and oxalic acid). Laboratory solutions, as well as natural materials such as lemon and vinegar, were employed as sources of citric and acetic acid, respectively. Experiments were conducted significant using a thermal processing method in a water bath at 70 °C. All samples had a solid/liquid ratio of 1 g of red mud to 40 mL of aqueous solution. Initially, experiments were carried out with sulfuric acid at molecular concentrations of 1M and 0.5 M for 1, 2, 4, 24, and 48 hours, respectively. Subsequently, a thermal processing time of 2 hours in a water bath was chosen, and experiments involved mixing different ratios of sulfuric acid with organic acids, as well as mixing organic acids of both laboratory and natural origin. The results showed the highest recovery percentages for scandium (91%) and yttrium (94%) using a 1 M sulfuric acid aqueous solution with a processing time of 1 hour for scandium and 48 hours for yttrium. When citric and acetic acids were used, the selectivity regarding yttrium and scandium was significantly better compared to sulfuric acid, although they exhibited a lower extraction rate of rare earth elements, with a higher extraction rate of 40% in the citric acid aqueous solution. In the aqueous solutions where organic acids and sulfuric acid were mixed, satisfactory results were obtained, especially for mixing ratios of 50%-50% and 75%-25% (sulfuric acid-organic acid) in terms of rare earth element leaching efficiency. Laboratory organic acids showed a slightly higher recovery percentage of scandium and yttrium compared to organic acids of natural origin. These results suggest a potential reduction in environmental impact by using environmentally friendly and low-cost products such as vinegar and lemon, thereby decreasing the use of hazardous and harmful chemical substances.