Способ получения очищенного карбоната кальция

 

Изобретение относится к способу получения чистого карбоната кальция. Способ включает растворение исходного природного или синтетического карбоната кальция азотной кислотой при ее расходе 1,13-1,28 кг на 1 кг сухого карбоната кальция, очистку полученной пульпы от примесей путем обработки ее карбонатом кальция, взятым в количестве 7,7-31,0% от массы исходного карбоната кальция, в течение 20-50 мин и отделение примесей. Очищенный раствор обрабатывают карбонизирующим реагентом - карбонатом аммония - в две стадии, на первую из которых подают 9,4-21,0% от общего расхода карбоната аммония с последующим отделением осадка. После второй стадии отделяют продукт. Способ предусматривает использование на стадии очистки природного или синтетического карбоната кальция, причем в качестве последнего может быть использован осадок, отделяемый после первой стадии обработки очищенного раствора карбонатом аммония. Содержание основного вещества в продукте равно 98-99%. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к способу получения чистого карбоната кальция из природного или синтетического, который может быть использован в различных областях техники, фармацевтической и косметической промышленностях.

Известны способы, в которых получают карбонат кальция конверсией водораствоpимых солей кальция карбонатом аммония или смесью газов аммиака и диоксида углерода (авт. св. СССР N 1527162, 1530571 и др.). По этим способам кальцийсодержащее сырье растворяют в кислотах, а затем конвертируют. Указанные способы предусматривают очистку растворов солей кальция.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ получения карбоната кальция (авт. св. N 1558874), включающий обжиг природного карбонатного сырья, смешение продукта обжига с порошкообразным гидроксидом кальция в соотношении (2,8 - 4,3) : 1, репульпацию полученной смеси в воде с последующим отделением от образовавшейся суспензии примесей, карбонизацию гидроксида кальция углекислым газом, фильтрацию суспензии карбонатом кальция и сушку с получением целевого продукта.

Недостатками этого способа являются большие затраты энергии (карбонат кальция диссоциирует при 900 - 1100^оС) и малая эффективность очистки от примесей, содержащихся в исходном сырье.

Сущность предлагаемого способа заключается в растворении природного или синтетического карбоната кальция в азотной кислоте при ее расходе 1,13 - 1,28 кг/кг исходного сырья при 50 - 55^оС в течение 45 - 90 мин, обработке карбонатом кальция образовавшейся пульпы, т.е. нерастворимого остатка с раствором нитрата кальция, в течение 20 - 50 мин при расходе первого 7,7 - 31% от массы исходного сырья, после отделения образовавшегося примесного осадка маточник обрабатывают карбонатом аммония в две стадии, на первую из которых подают 9,4 - 21,0% от общего расхода карбоната аммония, отделяют осадок - мел первой стадии конверсии, маточник на второй стадии обрабатывают оставшимся количеством карбоната аммония с последующим отделением продукта. Целесообразно для обработки пульпы использовать исходный природный или синтетический карбонат кальция или осадок - мел, полученный на первой стадии обработки карбонатом аммония.

Отличия настоящего изобретения: реагенты для получения суспензии нитрата кальция - природный или синтетический карбонат кальция и азотная кислота, режим растворения азотной кислотой: расход 1,13 - 1,28 кг/кг исходного сырья, время 45 - 90 мин, температура 50 - 55^оС, расход мела 7,7 - 31,0% и временной режим 20 - 50 мин, две стадии обработки суспензии в растворе нитрата кальция, обработка раствора нитрата кальция карбонатом аммония и его расход на первой стадии 9,4 - 21,0%. Отличием является также реагент, используемый для очистки пульпы - природный или синтетический карбонат кальция или осадок (мел), отделяемый после первой стадии обработки карбонатом аммония.

В табл. 1 приведены данные по растворению природного карбоната кальция в азотной кислоте.

Из данных табл. 1 следует, что с повышением расхода азотной кислоты и температуры природный карбонат кальция растворяется быстрее. При снижении расхода ниже 1,13 кг/кг растворение сырья снижается до 73%, что делает предлагаемый способ получения карбоната кальция неэкономичным. Повышение расхода азотной кислоты более 1,28 кг/кг хотя несколько увеличивает растворение сырья, однако экономически не оправдано из-за повышения содержания свободной азотной кислоты в жидкой фазе суспензии, что последовательно приводит к повышенному расходу мела на нейтрализацию (очистку) и снижению выхода продукта.

При температуре процесса ниже 50^оС степень растворения природного карбоната кальция недостаточно высокая. Повышать температуру процесса выше 55^оС нецелесообразно, так как азотная кислота начинает разлагаться, что ведет к ее безвозвратным потерям и выделению токсичных окислов азота и, следовательно, к необходимости их поглощения.

При растворении карбонатов в кислотах, в частности в азотной кислоте, выделяется газообразный СО₂, что при отсутствии профилактических мер приводит к аварийным ситуациям. Последние можно предотвратить, в частности, увеличением объема аппаратуры, что очень невыгодно. Другим способом борьбы с пенообразованием является расход азотной кислоты во времени, что практически исключает пенообразование. При времени процесса менее 45 мин растворение природного карбоната кальция плохое и значительно пенообразование (объем пены в 1,5 - 2 раза превышает объем суспензии). При времени процесса более 90 мин степень растворения сырья не увеличивается и пенообразование практически отсутствует.

В табл. 2 приведены данные по обработке суспензии нитрата кальция мелом.

Из данных табл. 2 следует, что при предлагаемом расходе мела рН маточника выше или равно 4,6, что достаточно для осаждения примесей железа, алюминия и диоксида кремния. Время обработки мелом влияет на полноту осаждения примесей. Так, в заявленном интервале времени степень осаждения железа колеблется в интервале 80 - 95%, алюминия - 78 - 95%, диоксида кремния - 100% . В качестве мела использовали мел, полученный на первой стадии обработки раствора нитрата кальция карбонатом аммония.

В табл. 3 приведены результаты обработки раствора нитрата кальция на первой стадии раствором карбоната аммония.

Из данных табл. 3 следует, что предлагаемый расход карбоната аммония на первой стадии конверсии обеспечивает дополнительную очистку раствора нитрата кальция от примесей. Кроме того, данный расход карбоната аммония обеспечивает получение необходимого количества мела для нейтрализации кислой суспензии нитрата кальция. Расход мела на нейтрализацию и очистку в основном зависит от содержания свободной азотной кислоты. Количество мела для этой операции определяется расходом карбоната аммония на первой стадии конверсии. При расходе карбоната аммония менее 9,4% количество образовавшегося мела недостаточно для нейтрализации кислой суспензии и осаждения примесей. При расходе более 21% количество мела превышает необходимое. При нейтрализации и очистке избыточным количеством мела теряется кальций и снижается выход продукта.

В табл. 4 приведены данные о продукте и технологическом режиме его получения.

Из данных табл. 4 следует, что качество продукта высокое: содержание основного вещества 98 - 99% . Очистка суспензии нитрата кальция мелом с первой стадии конверсии и осуществление первой стадии конверсии позволяет получить практически чистый мел. Производительность фильтрации чистого мела выше, чем в прототипе.

Предлагаемый способ проверен в лабораторных испытаниях.

П р и м е р 1. 1 кг природного карбоната кальция (CaCO₃ 89,5%, MgCO₃ 0,49%, Fe₂O₃ 0,68%, Al₂O₃ 1,46%, SiO₂ 5,91, Ca_общ. 36,0%) смешивают с промывными водами от промывки примесного осадка из предыдущего опыта и нагревают при перемешивании до 30^оС. Затем подают порциями раствор концентрированной азотной кислоты в количестве 1,183 кг, что составляет 1,13 кг/кг исходного сырья. Температура самопроизвольно поднимается до 50^оС и ее поддерживают на этом уровне в течение всего растворения, которое длится 90 мин. Получают суспензию нитрата кальция, рН которой 2,3 и содержание кальция в жидкой фазе 160 г/л. Эту суспензию смешивают с пульпой мела, полученного на первой стадии конверсии предыдущего опыта. Расход мела составляет 10,2% от массы сырья, время обработки 20 мин. Суспензию фильтруют, получая осадок примесей в количестве 225 г, потери кальция с примесным осадком составляют 10,7%. Маточник (очищенный раствор нитрата кальция, рН 4,6, Са 230 г/л) обрабатывают 266 мл раствора карбоната аммония (300 г/л), что составляет 9,4% от общего расхода раствора карбоната аммония. Получают 115 г мела и 1,97 л раствора нитрата кальция: Са 160 г/л, рН 7,5. Этот раствор обрабатывают 2,58 л раствора карбоната аммония и получают продукт - очищенный карбонат кальция. Выход продукта 0,751 кг, содержание элементов, мас. %: СаО 54,9; Fe₂O₃ 0,05; Al₂O₃ 0,10, насыпной вес 500 кг/м³. Производительность фильтрации продукта 1477 кг/м²ч.

П р и м е р 2. 1 кг природного карбоната кальция (состав в примере 1) смешивают с промывными водами от промывки примесного осадка предыдущего опыта и при перемешивании нагревают до 30^оС. Затем непрерывно подают 1,25 л раствора концентрированной азотной кислоты. Расход 100%-й азотной кислоты составляет 1,19 кг/кг сырья. За счет тепла реакции температура поднялась до 55^оС и ее поддерживают на этом уровне. Время растворения составляет 45 мин. В жидкой фазе суспензии следующие концентрации: азотной кислоты 10,4 г/л, кальция 186 г/л. Степень растворения сырья составляет 82,4%. Полученную суспензию нитрата кальция смешивают с пульпой мела (первая стадия конверсии предыдущего опыта), взятого в количестве 77 г (7,7%). Время обработки 50 мин. Образовавшуюся суспензию фильтруют, получая осадок примесей 196,8 г, потери кальция с осадком составляют 10%. Маточник (Ca 200 г/л, рН 4,95) обрабатывают на первой стадии 267 мл раствора карбоната аммония (300 г/л), что составляет 9,4% от общего расхода карбоната аммония. В результате получают 113,6 г мела, который используют для обработки кислой суспензии нитрата кальция в следующем опыте, и 1,79 л маточника (Са 180 г/л, рН 6,85). Этот маточник обрабатывают 2,58 л раствора карбоната аммония для получения продукта. Выход очищенного карбоната кальция составляет 0,825 кг, содержание, мас. %: СаО 55,4; Fe₂O₃ 0,05; Al₂O₃ 0,05; SiO₂ сл., насыпной вес 500 кг/м³.

П р и м е р 3. 1 кг природного карбоната кальция (состав в примере 1) смешивают с промывными водами из предыдущего опыта и нагревают до 30^оС. Затем непрерывно подают 1,63 г концентрированного раствора азотной кислоты. Расход 100% -й азотной кислоты составляет 1,28 кг/кг сырья. За счет тепла реакции температура суспензии поднимается и ее поддерживают на уровне 55^оС в течение всего времени растворения -90 мин. В результате растворения сырья в жидкой фазе суспензии концентрация азотной кислоты 62,3 г/л, кальция 170 г/л. Степень растворения сырья 100%. Эту суспензию смешивают с пульпой мела, полученного на первой стадии конверсии в предыдущем опыте. Расход мела 280 г (28% от массы сырья), время обработки 30 мин. Образовавшуюся суспензию фильтруют, получая осадок примесей 63 г, содержание кальция 16,8%, потери кальция с осадком 9,8%. Маточник (2,18 л Са 170 г/л, рН 4,75) обрабатывают 0,666 л раствора карбоната аммония (300 г/л), что составляет 21% от общего расхода. В результате на первой стадии конверсии получают 359 г мела, который используют для обработки кислой суспензии в следующем опыте. Маточник (2,5 л Са 135 г/л, рН 7,4), обрабатывают 2,5 л раствора карбоната аммония для получения продукта, выход которого составляет 0,76 кг. Состав продукта, мас. %: CaO 55,2; Fe₂O₃ 0,06; Al₂O₃ 0,07; SiO₂ сл., насыпной вес 500 кг/м³. Производительность фильтрации продукта 1099 кг/м²ч.

Таким образом, предложенный способ позволяет по сравнению с прототипом повысить качество продукта и производительность фильтрации.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОГО КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ из природного или синтетического карбоната кальция, включающий обработку кальцийсодержащего компонента растворителем, очистку полученной пульпы от примесей с последующей обработкой ее карбонизирующим реагентом и отделение продукта, отличающийся тем, что растворению подвергают исходное карбонатное сырье с использованием азотной кислоты при ее расходе 1,13 - 1,28 кг в пересчете на 100%-ную HNO₃ на 1 кг сухого сырья при 50 - 55^oС в течение 45 - 90 мин, очистку пульпы ведут обработкой ее карбонатом кальция, взятым в количестве 7,7 - 31,0% от массы исходного карбоната кальция, в течение 20 - 50 мин, отделяют примеси и очищенный раствор обрабатывают карбонизирующим реагентом - карбонатом аммония - в две стадии, на первую из которых подают 9,4 - 21,0% от общего расхода карбоната аммония, отделяют осадок и после второй стадии отделяют продукт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для очистки используют природный или синтетический карбонат кальция.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве синтетического карбоната кальция используют осадок, отделяемый после первой стадии обработки очищенного раствора карбонатом аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4