Способ переработки кремнеземсодержащего сырья

 

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья. Способ заключается в том, что кремнеземсодержащее сырье обрабатывают серной кислотой до образования пульпы, разделяют пульпу на осадок и раствор, осаждают кремнезем из выделенного из пульпы раствора. Осажденный кремнезем промывают и сушат. Раствор перерабатывают до получения производных амфотерных оксидов. Серную кислоту берут с концентрацией 5 - 19 мас.%. В качестве кремнеземсодержащего сырья используют отходы борного производства или боросиликатный минерал. Изобретение позволяет утилизировать отходы борного производства и расширить сырьевую базу. 3 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к технологии переработки минерального сырья и в частности касается способа переработки кремнеземсодержащего сырья, такого как боросиликатные (датолит и другие) минералы.

Данный способ направлен на получение неорганических веществ, в частности кремнезема, а также производных амфотерных оксидов элементов (бора и др.), используемых в промышленности и сельском хозяйстве. Кремнезем применяется как наполнитель при производстве резинотехнических изделий, полимерных композитов и т. д. , адсорбент или катализатор в ряде технологических процессов химической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности.

Известен способ переработки такого кремнеземсодержащего сырья, как побочные продукты апатитового производства, с получением кремнезема, включающий кислотную обработку сырья с последующей двухстадийной промывкой и сушкой до образования целевого продукта (SU, А, 856981). При этом в качестве кремнеземсодержащего сырья используют нефелиновый шлам, содержащий, мас.%: SiO₂ 30,4; Al₂O₃ 4,26; Fe₂O₃ 2,8; TiO₂ 0,34; CaO 57,0; Na₂O 1,1; K₂О 1,2 и др. В качестве кислот используют: на стадии обработки сырья - азотную кислоту с концентрацией 20-72 мас.%, а на первой стадии промывки - соляную кислоту с концентрацией 10-20 мас. %. К недостаткам этого известного способа можно отнести то, что процесс протекает при нагревании с использованием химически агрессивной и дорогостоящей азотной кислоты. Кроме этого, соляная кислота обуславливает сильную коррозию технологического оборудования.

Известен также способ комплексной переработки кремнеземсодержащих отходов горнорудной промышленности, включающий их обработку 20-50 мас.% серной кислотой до образования пульпы с последующим разделением пульпы на осадок и раствор (RU 2097322). Осадок используют для получения кремнезема и оксидов цветных металлов. Раствор нейтрализуют и осаждают гидроксиды металлов хром-никель-железистого состава. Недостатком этого способа является то, что образующаяся при кислотном разложении пульпа характеризуется сложным химическим составом, трудно разделяема на отдельные компоненты, что приводит к загрязнению кремнезема нежелательными примесями.

Известен способ переработки кремнеземсодержащего боратного сырья, включающий его кислотную обработку с последующим выделением из полученной пульпы борной кислоты и кремнезема (SU 1480309). Недостатками данного способа являются высокая температура разложения кремнеземсодержащего сырья (95-98^oC) и значительные энергозатраты на сушку продукционного раствора.

Ближайшим аналогом по технической сущности и достигаемому результату по отношению к заявляемому является способ переработки кремнеземсодержащего сырья, включающий его обработку серной кислотой до образования пульпы, разделение пульпы на осадок и раствор, осаждение кремнезема из выделенного из пульпы раствора, промывку и сушку осажденного кремнезема и переработку раствора до получения производных амфотерных оксидов [RU, 97102963, A1]. Недостатком данного способа является ограниченность сырьевой базы, связанная и с использованием сырьевых компонентов и отходов только апатитового производства.

Задачей настоящего изобретения является расширение сырьевой базы при одновременной утилизации отходов производств по переработке кремнеземсодержащего сырья.

Поставленная задача решена тем, что в способе переработки кремнеземсодержащего сырья, включающем его обработку серной кислотой до образования пульпы, разделение пульпы на осадок и раствор, осаждение кремнезема из выделенного из пульпы раствора, промывку и сушку осажденного кремнезема и переработку раствора до получения производных амфотерных оксидов, согласно изобретению серную кислоту берут с концентрацией 5-19 мас.%,и в качестве кремнеземсодержащего сырья используют отходы борного производства или боросиликатный минерал.

Использование в качестве кремнеземсодержащего сырья боросиликатных минералов позволяет расширить сырьевую базу кремнезема. При этом также возможна одновременная утилизация кремнеземсодержащих отходов борного производства. Желательно осаждение кремнезема проводить либо введением серной кислоты до концентрации ее в растворе 23-65 мас.%, либо нагреванием раствора до 40-95^oC, либо при охлаждении раствора до (-3) - (-20)^oC.

Получаемые по предлагаемому способу продукты (кремнезем, производные амфотерных оксидов и др. ) могут быть использованы в различных отраслях промышленности.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, используя типовое технологическое оборудование.

Кремнеземсодержащее сырье обрабатывают серной кислотой с концентрацией 5-22 мас. % до образования пульпы. В качестве кремнеземсодержащего сырья можно использовать, например, борсодержащие минералы (датолит следующего состава, мас. %: SiO₂ 32-34; B₂O₃ 16-18; Fe₂O₃ 1,0-1,3; MnO 0,5; CaO 37-40; MgO 1,0 и др.), отходы борного производства следующего состава, мас.%: SiO₂ 52,0 - 58,0; CaO 18-24; B₂O₃ 1,5-5,0 и др, а также другие виды кремнеземсодержащего сырья.

При использовании кислоты с концентрацией больше 19 мас.% происходит преждевременное осаждение кремнезема, что значительно снижает выход целевого продукта из-за потери части кремнезема вместе со шламом кислотонерастворимого осадка. Использование кислоты с концентрацией меньше 5 мас.% нецелесообразно из-за низкой скорости процесса, при этом снижается извлечение целевого продукта и необоснованно увеличивается расход воды.

Полученную пульпу разделяют на осадок и раствор любым традиционным способом, а затем из раствора проводят осаждение кремнезема, например, введением серной кислоты до концентрации 23-65 мас.% или нагреванием раствора до 40-95^oC без изменения концентрации серной кислоты, а также при совместном воздействии серной кислоты и нагревания системы до 40-95^oC или охлаждения ее до (-3) - (-20)^oC. При концентрации серной кислоты ниже 23 мас.% скорость осаждения кремнезема низка, а при концентрации серной кислоты выше 65 мас.% повышается расход кислоты без ускорения скорости осаждения. Нагревание раствора, полученного из пульпы, ниже 40^oC или выше 95^oC нецелесообразно из-за низкой скорости осаждения целевого продукта или необоснованного повышения энергетических затрат. При осаждении кремнезема путем одновременного использования серной кислоты и охлаждения использование температуры выше (-3)^oC не позволяет сократить затраты на промывку получаемого кремнезема, а ниже (-20)^oC нецелесообразно из-за значительного роста вязкости раствора и низкой скорости осаждения кремнезема. Промывают и сушат образовавшийся кремнезем с использованием традиционных методов.

Существо предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами, не исчерпывающими его объема.

Пример 1.

Нефелиновый концентрат следующего состава, мас.%: SiO₂ 44,0; К₂О 7,0; TiO₂ 0,6; MgO 0,7; P₂O₅ 0,25; Al₂O₃ 29,0; Na₂O 12,0; Fe₂O₃ 2,1; MnO 0,05; CaO 1,4 и др. добавляют при перемешивании в серную кислоту с концентрацией 5 мас. %. Процесс кислотной обработки проводят в течение 30 мин, после чего реакционную пульпу фильтруют для отделения кислотонерастворимого шлама. В полученном фильтрате повышают концентрацию серной кислоты до 23 мас.% добавлением концентрированной (93 мас.%) серной кислоты. Отделяют осажденный кремнезем фильтрованием, осадок промывают водой. Содержание кремнезема в осадке 8 мас.%, а после сушки под вакуумом составляет 85 мас.%. Полученный кремнезем используют для получения резинотехнических изделий.

Пример 2 Датолитовый концентрат следующего состава, мас.%: SiO₂ 32; В₂О₃ 16,0; Fe₂O₃ 1,0, MnO 0,5; CaO 38,5; MgO 1,0 и др. добавляют при перемешивании в серную кислоту с концентрацией 19 мас.%. Процесс кислотной обработки проводят в течение 10 мин, после чего реакционную пульпу фильтруют для отделения кислотонерастворимого шлама. В полученном фильтрате повышают концентрацию серной кислоты до 65 мас.% добавлением концентрированной (93 мас. %) серной кислоты. Отделяют осажденный кремнезем фильтрованием, осадок промывают водой. Содержание кремнезема в осадке 8 мас.%, а после сушки под вакуумом составляет 87 мас.%. Полученный кремнезем используют в качестве носителя катализатора гидрокрекинга бензола.

Раствор после осаждения кремнезема используют для выделения борной кислоты. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 92% от теоретического значения.

Пример 3.

Кремнеземсодержащие отходы производства датолита следующего состава, мас. %; SiO₂ 56,0; CaO 20,2; B₂O₃ 3,5 и др. обрабатывают при постоянном перемешивании серной кислотой с концентрацией 13 мас.%. Полученную реакционную пульпу фильтруют, а фильтрат подвергают нагреванию до 40^oC. Полученный осадок кремнезема промывают водой и сушат до получения целевого продукта. Содержание кремнезема в осадке составляет 9 мас.%, а после сушки путем сублимации - 96 мас.%. Полученный кремнезем используют в качестве осушителя газов.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты путем ее осаждения из кислых сред.

Пример 4.

Способ осуществляют аналогично примеру 2, но датолит добавляют в раствор серной кислоты с концентрацией 15 мас.%, после отделения из образовавшейся пульпы осадка раствор подвергают охлаждению до -3^oC. Осадок после промывки и конвективной сушки содержит 89 мас.% кремнезема. Кремнезем используется в качестве наполнения полимер-керамических композиций.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты.

Пример 5.

Датолитовый концентрат аналогично примеру 2 добавляют при перемешивании в серную кислоту с концентрацией 5 мас.%. Процесс кислотной обработки проводят в течение 20 мин, после чего реакционную пульпу фильтруют для отделения кислотонерастворимого шлама. В полученном фильтрате повышают концентрацию серной кислоты до 23 мас.% добавлением концентрированной (93 мас.%) серной кислоты. Отделяют осажденный кремнезем фильтрованием, осадок промывают водой. Содержание кремнезема в осадке 8 мас.%, а после сушки под вакуумом составляет 87 мас.%. Полученный кремнезем используют в качестве носителя катализатора гидрокрекинга бензола.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения тетрабората натрия путем его нейтрализации раствором карбоната натрия. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 87% от теоретического.

Пример 6.

Способ осуществляют аналогично примеру 2, но осаждение кремнезема проводят при концентрации серной кислоты 38 мас.%. Осажденный кремнезем промывают водой и сушат распылительной сушкой. Получают порошок с удельной поверхностью 95 м²/г и содержанием кремнезема 87 мас.%. Кремнезем используют в качестве наполнителя абразивных средств.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения тетрабората натрия путем его нейтрализации гидроксидом натрия. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 89% от теоретического.

Пример 7.

Способ осуществляют аналогично примеру 2, но нагревание выделенного раствора проводят при температуре 95^oC. Осажденный кремнезем промывают водой и подвергают конвекционной сушке. Содержание кремнезема в осушенном продукте составляет 92 мас.%. Полученный кремнезем использую для получения осушителя.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты осаждением из кислых растворов при пониженных температурах. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 89% от теоретического.

Пример 8.

Датолитовый концентрат следующего состава, мас.%; SiO₂ 33,5; B₂O₃ 17,0; Fe₂O₃ 1,2; MnO 0,3; CaO 39; MgO 1,1 и др. обрабатывают при постоянном перемешивании серной кислотой с концентрацией 5 мас.%. Полученную реакционную пульпу фильтруют, а фильтрат подвергают нагреванию до 60^oC. Полученный осадок кремнезема промывают водой и сушат до получения целевого продукта. Содержание кремнезема в осадке составляет 9 мас.%, а после сушки путем сублимации - 91 мас.%. Кремнезем используют в качестве носителя инсектицидов.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 93% от теоретического.

Пример 9.

Способ осуществляют аналогично примеру 2, но после добавления кислоты в выделенный раствор проводят охлаждение раствора до температуры -10^oC. Осажденный кремнезем промывают водой и подвергают конвекционной сушке. Получают продукт с удельной поверхностью 35 м²/г и содержанием кремнезема в осушенном продукте 91 мас.%. Кремнезем используют для получения адсорбента.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения перборатов натрия путем его обработки водным раствором перекиси натрия. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 89% от теоретического.

Пример 10.

Способ осуществляют аналогично примеру 9, но после добавления кислоты проводят осаждение кремнезема при температуре -20^oC. Осажденный кремнезем промывают водой и подвергают распылительной сушке. Содержание диоксида кремния в осушенном продукте составляет 96 мас.%, а удельная поверхность 80 м²/г. Кремнезем используют в качестве наполнителя абразивных композиций.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 90% от теоретического.

Пример 11 Способ осуществляют аналогично примеру 2, но осаждение кремнезема проводят без нагревания выделенного раствора при концентрации серной кислоты 41 мас. %. Продукт после промывки и конвективной сушки содержит 92 мас.% кремнезема, который используют в композициях бытовых абразивных средств.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения тетрабората натрия путем его нейтрализации гидроксидом натрия. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 85% от теоретического.

Пример 12.

Способ осуществляют аналогично примеру 2, но обработку датолитового концентрата проводят 10 мас.% серной кислотой, а осаждение кремнезема введением серной кислоты до 28 мас.% и нагреванием раствора до 65^oC. Продукт после промывки и конвективной сушки содержит 92 мас.% кремнезема. Кремнезем используют в качестве упрочняющей добавки к бетону.

Раствор после осаждения кремнезема используют для получения борной кислоты. Выход бора (в пересчете на оксид бора) составляет 85% от теоретическогоь

Формула изобретения

1. Способ переработки кремнеземсодержащего сырья, включающий обработку его серной кислотой до образования пульпы, разделение пульпы на осадок и раствор, осаждение кремнезема из выделенного из пульпы раствора, промывку и сушку осажденного кремнезема и переработку раствора до получения производных амфотерных оксидов, отличающийся тем, что серную кислоту берут с концентрацией 5 - 19 мас.%, и в качестве кремнеземсодержащего сырья используют отходы борного производства или боросиликатный минерал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение кремнезема проводят введением серной кислоты до концентрации ее в растворе 23 - 65 мас.%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение кремнезема проводят нагреванием раствора до 40 - 95°С.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что осаждение кремнезема проводят при охлаждении раствора до (-3) - (-20)°С .