Способ переработки доломита

 

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья, преимущественно низкосортного доломита, и может быть использовано для получения оксида магния или его производных, применяемых в производстве наполнителей бумаги, и пластмасс, минеральных удобрений и др. Сущность изобретения заключается в том, что доломит смешивают с серпентинитом или сунгулитом до обеспечения соотношения по массе CaO = 1,87 SiO₂ + 0,35 Fe₂O₃ + 0,55 Al₂O₃, шихту брикетируют, обжигают при температуре 800-900^oC в течение 0,75-1,25 ч, продукт термообработки выщелачивают раствором хлорида или сульфата магния или сернистой кислоты при Т:Ж=1:20-100, осадок отфильтровывают, а из фильтрата выделяют соединение магния. В качестве раствора сернистой кислоты используют насыщенный сернистым газом раствор, оставшийся после выделения соединения магния. Достигаемый результат заключается в повышении чистоты выделяемых соединений магния - содержание примесей в них не более 0,85 - 2,5 мас.%, а также в снижении температуры процесса. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья, преимущественно доломита, и может быть использовано для получения оксида магния или его производных, применяемых в производстве наполнителей бумаги и пластмасс, минеральных удобрений и др.

При получении соединений магния из низкосортного доломита возникает проблема чистоты продукта и энергоемкости процесса, поскольку существующая технология основана на высокотемпературном обжиге сырья с переводом оксида кальция в раствор, а оксида магния совместно с оксидами других элементов - в осадок. При этом зачастую используются дефицитные и дорогостоящие реагенты.

Известен способ переработки доломита [1], включающий приготовление шихты, ее термическую обработку при 950^oC в течение 1 ч, измельчение продукта термообработки, его выщелачивание водой с постепенным добавлением 40% водного раствора нитрата аммония, кипячение полученной суспензии в течение 1 ч с выделением аммиака, фильтрацию горячей суспензии, промывку осадка водой и обжиг с получением продукта, содержащего 56,2% MgO и 43% CaO. Фильтрат, содержащий нитрат кальция, обрабатывают аммиаком и углекислым газом с получением карбоната кальция и нитрата аммония.

Недостатками способа являются высокое содержание примеси кальция в продукте, относительно высокая энергоемкость процесса и его сложность.

Известен также способ переработки доломита [2], согласно которому доломит, содержащий до 40% оксида магния, подвергают термической обработке при 950 - 1100^oC, из продукта термообработки выщелачивают при 0 - 100^oC окись кальция водным раствором, содержащим одно или несколько азотсодержащих соединений (моноэтаноламин, диэтаноламин, пиперидин или этилендиамин) и соли этих соединений с соляной, азотной, муравьиной и уксусной кислотами, а нерастворимый осадок, содержащий оксид магния с примесью оксида кальция до 7,7%, отделяют от маточного раствора, промывают и сушат. Маточный раствор регенерируют, обрабатывают диоксидом углерода при pH 7-12 и отделяют выпавший в осадок карбонат кальция. Оставшийся после отделения осадка раствор рециркулируют на стадию выщелачивания.

Известный способ характеризуется недостаточно высокой чистотой конечного продукта (14,9% примесей, в том числе 7,7% CaO) при получении его из доломита с пониженным (до 20%) содержанием оксида магния. Способ является достаточно сложным, энергоемким, требует применения ценных и дефицитных реагентов, часть которых безвозвратно теряется. В доломитах отечественных месторождений содержание MgO составляет 18,34-22,5, SiO₂ 0,12-7,99, Al₂O₃ 0,09-0,65 и Fe₂O₃ 0,04-0,15 мас.% (см. Справочник химика, т.5.- М.-Л.: Химия, 1966, с. 74). Поскольку примеси, присутствующие в доломите, концентрируются в получаемом соединении магния, то с учетом используемого отечественного сырья их содержание в продукте существенно возрастет.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения чистоты соединений магния, получаемых из низкосортного сырья, при снижении энергоемкости способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе переработки доломита, включающем приготовление шихты, ее термическую обработку, выщелачивание продукта термообработки, фильтрацию пульпы и выделение соединения магния известными приемами, согласно изобретению в шихту дополнительно вводят гидросиликат магния до обеспечения соотношения по массе CaO = 1,87 SiO₂ + 0,55 Al₂O₃ + 0,35 Fe₂O₃, термическую обработку шихты осуществляют при температуре 800-900^oC в течение 0,75-1,25 ч, выщелачивание продукта термообработки ведут раствором соли магния или сернистой кислоты с переводом оксида магния в раствор, а выделение соединения магния производят из фильтрата.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве гидросиликата магния берут серпентинит или сунгулит.

Поставленная задача решается также и тем, что в качестве соли магния используют его хлорид или сульфат.

На решение поставленной задачи направлено то, что в качестве раствора сернистой кислоты используют насыщенные сернистым газом воду или раствор, оставшийся после выделения соединения магния.

Решению поставленной задачи способствует то, что перед термической обработкой шихту брикетируют.

Введение в состав шихты гидросиликата магния в виде серпентинита или сунгулита необходимо для связывания оксида кальция в силикат с целью снижения его химической активности. Количество вводимого гидросиликата должно обеспечивать строго определенное соотношение оксидов кальция, кремния, алюминия и железа. При соотношении по массе CaO>1,87 SiO₂ +0,55 Al₂O₃ + 0,35 Fe₂O₃ в продукте термообработки образуется свободный оксид кальция, который в процессе выщелачивания переходит в раствор, загрязняя выделяемое соединение магния. При соотношении по массе CaO<1,87 SiO₂ + 0,55 Al₂O₃ + 0,35 Fe₂O₃ образуются смешанные силикаты кальция и магния, что ведет к снижению извлечения оксида магния в раствор.

Осуществление брикетирования шихты перед термической обработкой увеличивает скорость твердофазных реакций, в результате которых происходит связывание оксида кальция в силикат.

При термической обработке шихты при температуре ниже 800^oC и времени менее 0,75 ч в продукте термообработки сохраняется неразложившийся карбонат кальция и вследствие этого часть оксида магния остается в силикатной форме, а при термической обработке шихты при температуре выше 900^oC и времени более 1,25 ч - начинается процесс кристаллизации оксида магния и снижается его активность, то есть способность выщелачиваться растворами солей магния и сернистой кислоты.

Образовавшиеся в процессе термической обработки силикаты кальция обладают низкой химической стойкостью, вследствие чего выщелачивание продукта термообработки осуществляют "мягкими" реагентами - раствором хлорида или сульфата магния или раствором сернистой кислоты при Т:Ж=1:20-100. В качестве раствора сернистой кислоты могут быть использованы насыщенные сернистым газом вода или раствор, оставшийся после выделения соединения магния. Использование сильных минеральных кислот для выщелачивания оксида магния неприемлемо, так как они разлагают силикаты кальция.

Выделение соединения магния из фильтрата, содержащего минимальное количество примесей, позволяет получить высокочистые соединения магния.

Пример 1. 541 г тонкоизмельченного доломита, имеющего следующий химический состав, мас. % : MgO 17,0, CaO 26,66, SiO₂ 6,7, Al₂O₃ 0,75, Fe₂O₃ 0,62, CO₂ 38,95, примеси - остальное, смешивают со 100 г серпентиновых хвостов обогащения медно-никелевых руд, пропущенных через сито 0,063 мм и имеющих состав, мас.%: MgO 29,48, CaO 2,85, SiO₂ 36,29, Al₂O₃ 3,05, Fe₂O₃ 18,89, H₂O 8,09, примеси - остальное, увлажняют до оптимальной влажности 0,5% раствором ССБ и брикетируют прессованием при удельном давлении 20 МПа. Полученная шихта имеет состав, мас.%: MgO 18,95, CaO 22,95, SiO₂ 11,30, Al₂O₃ 1,11, Fe₂O₃ 3,47, H₂O, CO₂2 и примеси - остальное. Содержание компонентов шихты CaO, SiO₂, Al₂O₃ и Fe₂O₃ отвечает соотношению: 22,95 = 1,87·11,30 + 0,55·1,11 + 0,35·3,47. Отпрессованные таблетки сушат и обжигают при температуре 850^oC с изотермической выдержкой в течение 1 ч. Спек измельчают до крупности мельче 0,25 мм и обрабатывают насыщенным раствором хлорида магния при соотношении Т:Ж = 1:100. Выщелачивание ведут при температуре 60^oC и постоянном перемешивании в течение 3 ч. После обработки пульпу фильтруют, осадок отделяют и промывают. Из полученного фильтрата осаждают соль оксихлорида магния. Извлечение оксида магния в раствор составляет 92,0%, содержание примесей 0,95%, в том числе CaO - 0,50%.

Основные условия переработки доломита и полученные результаты по данному примеру и примерам 2-10 сведены в таблицу. В примерах 2-3 и 8-10 процесс ведут аналогично примеру 1. Отличие заключается в температуре и времени обжига. Примеры 8-10 иллюстрируют процесс при запредельных значениях параметров обжига.

Пример 4. Шихту готовят по примеру 1. В качестве гидросиликата магния используют сунгулит, имеющий следующий химический состав, мас.%: MgO 24,79, CaO 7,28, SiO₂ 33,88, Al₂O₃ 9,47, Fe₂O₃ 8,16, H₂O 12,29, примеси - остальное. Тонкоизмельченный доломит в количестве 475 г смешивают со 100 г сунгулита. Полученная шихта имеет состав, мас.%: MgO 18,35, CaO 23,29, SiO₂ 11,43, Al₂O₃ 2,22, Fe₂O₃ 1,93, H₂O, CO₂ и примеси - остальное. Содержание компонентов шихты CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ отвечает соотношению: 22,95 = 1,87·11,43 + 0,55 · 2,22 + 0,35·1,93. Далее процесс ведут согласно примеру 1. Из полученного фильтрата осаждают соль оксихлорида магния. Извлечение оксида магния в раствор составляет 92,6%, содержание примесей 0,85%, в том числе CaO - 0,45%.

Пример 5. Процесс ведут аналогично примеру 1. В качестве реагента при выщелачивании используют насыщенный раствор сульфата магния. Из полученного фильтрата осаждают соль оксисульфата магния. Извлечение оксида магния в раствор составляет 72,0%, содержание примесей 0,90%, в том числе CaO -0,47%.

Пример 6. Процесс ведут аналогично примеру 1. В качестве реагента при выщелачивании используют 9% сернистую кислоту при Т:Ж=1:20. Из полученного фильтрата осаждают сульфит магния. Извлечение оксида магния в раствор составляет 81,3%, содержание примесей 2,30%, в том числе CaO - 0,65%.

Пример 7. Процесс ведут аналогично примеру 1. Брикеты после обжига измельчают, обрабатывают раствором, оставшимся после отделения соединения магния, до обеспечения Т:Ж = 1:50, пропуская через него сернистый газ до полного насыщения. Пульпу фильтруют, осадок отделяют и промывают. Фильтрат используют повторно до тех пор, пока концентрация солей магния в нем не достигнет предела растворимости, после чего осаждают сульфит магния. Извлечение оксида магния в раствор составляет 97,5%, содержание примесей 2,50%, в том числе CaO - 0,70%.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что предлагаемый способ переработки доломита позволяет повысить чистоту конечного продукта до 97,5% при содержании примеси CaO 0,45-0,70%. По сравнению с прототипом температура процесса снижена на 50 - 300^oC.

Формула изобретения

1. Способ переработки доломита, включающий приготовление шихты, ее термическую обработку, выщелачивание продукта термообработки, фильтрацию пульпы и выделение соединения магния, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят гидросиликат магния до обеспечения соотношения по массе CaO 1,87 SiO₂ + 0,55 Al₂O₃ + 0,35 Fe₂O₃, термическую обработку шихты осуществляют при 800 900^oС в течение 0,75 - 1,25 ч, выщелачивание продукта термообработки ведут раствором соли магния или сернистой кислоты, а соединение магния выделяют из фильтрата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидросиликата магния берут серпентинит или сунгулит.

3. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в качестве соли магния используют его хлорид или сульфат.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора сернистой кислоты используют насыщенный сернистым газом раствор, оставшийся после выделения соединения магния.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед термической обработкой шихту брикетируют.

РИСУНКИ

Рисунок 1