Способ получения оксида магния

 

Изобретение относится к области выделения и очистки магния, в том числе изотопнообогащенного. Магнийсодержащий концентрат растворяют в соляной кислоте и осаждают магний фосфатом аммония в аммиачной среде в присутствии винной кислоты. Осадок отделяют, прокаливают и растворяют в соляной кислоте. Магний сорбируют на катионите, катионит промывают водой для отделения фосфат-ионов и элюируют магний раствором соляной кислоты. В очищенном растворе добавлением раствора аммиака, насыщенного карбонатом аммония, в том числе в присутствии этилового спирта, осаждают основной карбонат магния и проводят его термообработку в две стадии: при 200-450 и 450-850^oС. Изобретение позволяет выделить 96,48% изотопнообогащенного магния в виде оксида требуемой степени очистки. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области выделения и очистки магния, в том числе изотопнообогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Задачей выделения и очистки изотопнообогащенного магния является максимально полное извлечение его на всех стадиях химической переработки и получение оксида магния, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения оксида магния из хлоридного раствора (патент РФ 2097326, МПК⁶ C 01 F 5/08), включающий осаждение магния аммиаком с последующим доосаждением карбонатом аммония. Основным недостатком этого способа является невозможность получения чистого продукта, так как в растворах, содержащих изотопнообогащенный магний, присутствует значительное количество примесей, которые также осаждаются аммиаком и карбонатом аммония. Кроме этого, как показали экспериментальные данные, содержание магния в карбонатных фильтрах составляет ~ 70 мг/л, а такие потери при переработке изотопнообогащенного магния недопустимы.

Известен также способ получения оксида магния (патент РФ 1643463, MПK⁶ С 01 F 5/02, С 01 F 5/06), включающий обработку магнийсодержащего концентрата смесью соляной и фосфорной кислот, отделение примесей аммиаком и термическое разложение очищенного раствора. Однако при использовании этого способа в растворе останутся примеси, не осаждаемые аммиаком, следовательно, требуемая степень очистки оксида магния не будет достигнута.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения оксида магния (патент РФ 2128626 МПК⁶ С 01 F 5/02), включающий растворение магнийсодержащего концентрата в серной кислоте, отделение нерастворившегося остатка от полученного сульфатного раствора путем охлаждения смеси до состояния кристаллизации с последующей промывкой закристаллизованной смеси водой; очистку сульфатного раствора от примесей осаждением их в виде гидроксидов при pH 5...7, отделение осадка, осаждение гидроксида магния из раствора обработкой его щелочным реагентом при pH 10...12, отделение осадка целевого продукта, его термообработку в две стадии: I - при 200...450^oС, II - при 450...850^oС и промывку прокаленного продукта водой.

Основным недостатком этого способа является невозможность полной очистки от кальция осаждением его в виде сульфата, так как СаSO₄ достаточно растворим даже при низкой температуре. Кроме этого, используемая в этом способе очистка магнийсодержащего раствора осаждением гидроксидов примесных элементов и выделение магния в виде гидроксида приведут к значительным потерям магния. Как показали экспериментальные данные, объемный осадок гидроксидов примесей, общее содержание которых превышает содержание магния в 3...5 раз, захватывает до 10% магния, а потери магния с фильтратами при осаждении его гидроксида составляют ~ 3%.

Технической задачей изобретения является получение чистого оксида магния, в том числе изотопнообогащенного, при минимальных потерях магния на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что магнийсодержащий концентрат растворяют в соляной кислоте и осаждают магний фосфатом аммония в аммиачной среде в присутствии винной кислоты. Осадок отделяют, прокаливают и растворяют в соляной кислоте. Очистку раствора от оставшихся примесей проводят ионнообменным методом, для чего магний сорбируют на катионите, катионит промывают водой для отделения фосфатионов и элюируют магний раствором соляной кислоты с получением очищенного карбоната при использовании в качестве реагента раствора аммиака, насыщенного карбонатом аммония, в том числе в присутствии этилового спирта. Осадок основного карбоната магния отделяют и проводят его термообработку в две стадии: при 200...450^oС и 450...850^oC.

В заявленном техническом решении предложенный способ очистки раствора способствует эффективному отделению примесей и получению чистого продукта, а использованный способ осаждения магния в виде основного карбоната, особенно в присутствии этилового спирта, позволяет выделить его из очищенного раствора практически без потерь.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ получения оксида магния реализовали следующим образом.

Пример 1.

18 г концентрата, содержащего 1,4 г магния и значительное количество примесей, в том числе медь, железо и кальций, растворили в НСl (1:4) при нагревании, добавили аммиак до pH 10...11, двузамещенный фосфат аммония из расчета 5,5 г на 1 г Мg с избытком 10 г/л и винную кислоту из расчета 7 г/л. Раствор с осадком выстояли в течение 16...18 часов. Осадок отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание магния. Оно составило менее 0,1 мг/л. Осадок растворили в НСl (1:4) при нагревании, магний сорбировали на катионите КУ-2. Для отделения фосфат-ионов ионит промыли дистиллированной водой, а раствором 2N НСl элюировали 94,5% чистого магния; при этом допустимое содержание кальция в элюате контролировали атомно-адсорбционным методом. В полученный соляно-кислый раствор добавили NH₄ОН (2:1), насыщенный карбонатом аммония, до pH 11...12. Раствор с осадком тщательно перемешали и выстояли в течение 16 часов. Осадок отфильтровали и проанализировали фильтраты на содержание магния. Потери магния при карбонатном осаждении составили 1,63%. Термообработку осадка провели в две стадии: сначала в течение 3-х часов при 200. . . 450^oС, затем в течение 4-х часов при 450...850^oС. Оксид магния проанализировали на содержание примесей. Оно составило 0,088%.

Пример 2.

Оксид магния получали, как в примере 1, но при осаждении основного карбоната магния после добавления аммиака, насыщенного карбонатом аммония, в полученный раствор при тщательном перемешивании добавили этиловый спирт при соотношении V р-ра : V_cп, равном 1 : 1.

Содержание магния в аммиачно-фосфатном фильтрате составило < 0,1 мг/л, после ионообменной очистки выделили 94,4% магния, потери магния при осаждении основного карбоната составили 0,13%, сумма примесей в оксиде магния - 0,076%.

Пример 3.

Растворение концентрата и очистку раствора от примесей провели, как в примере 1, но магний из очищенного раствора осадили в виде гидроксида добавлением КОН до pH 12. Полученный осадок термообработали и тщательно промыли водой, то есть выделение магния из раствора и получение MgO провели по патенту РФ 2128627 МПК⁶ C 01 F 5/02, выбранному в качестве наиболее близкого технического решения.

Содержание магния в аммиачно-фосфатном фильтрате составило 0,1 мг/л, после ионообменной очистки выделили 95,8% магния, потери при осаждении гидроксида магния составили 5,8%, сумма примесей в оксиде магния - 0,28%.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным не только увеличились потери магния при выделении его из раствора, но и произошло загрязнение гидроксида магния калием, что привело к увеличению содержания примесей в МgО.

Предложенный способ получения оксида магния был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 96,48% изотопнообогащенного магния в виде оксида со степенью очистки 0,09%, что удовлетворяет требованиям ТУ951234-84, согласно которым содержание суммы примесей не должно превышать 0,1%.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как образующиеся аммиачные фильтраты легко нейтрализуются кислыми растворами, использованными для регенерации ионообменных колонок.

Формула изобретения

1. Способ получения оксида магния из концентрата, включающий растворение его в кислоте, осаждение магния из очищенного раствора обработкой щелочным реагентом при рН 10-12, отделение осадка и его термообработку в две стадии: при 200-450 и 450-850^oС, отличающийся тем, что концентрат растворяют в соляной кислоте и осаждают магний фосфатом аммония в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осадок отделяют, прокаливают, растворяют в соляной кислоте, из раствора магний сорбируют на катионите, катионит промывают водой для отделения фосфатов-ионов и элюируют магний раствором соляной кислоты с получением очищенного раствора, из которого магний осаждают в виде основного карбоната при использовании в качестве щелочного реагента раствора аммиака, насыщенного карбонатом аммония.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение основного карбоната аммония проводят в присутствии этилового спирта.