Способ получения карбоната кальция

 

Изобретение предназначено для химической промышленности и ядерной техники. Кальцийсодержащий концентрат со значительным количеством примесей (медь, хром, железо, свинец, магний, алюминий, марганец) растворяют в НСl при нагревании. К полученному раствору добавляют винную кислоту, аммиак до рН 10÷11 и щавелевую кислоту. Осадок оксалата кальция отделяют, прокаливают при 600^oС, растворяют в HCl при рН 2÷3. Пропускают через раствор газообразный Н₂S, осаждают сульфиды тяжелых металлов, отфильтровывают. Из раствора снова осаждают оксалат кальция так, как указано выше, прокаливают, растворяют в уксусной кислоте до рН 2÷3 с получением очищенного раствора. Добавляют раствор аммиака, насыщенный карбонатом аммония, до рН 11÷12. Осадок очищенного карбоната кальция отфильтровывают, термообрабатывают при 200-300^oС 6 часов. Изобретение позволяет выделить 99,2% изотопно-обогащенного кальция в виде карбоната, использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы. Степень очистки - 99,95%. Потери кальция отсутствуют.

Изобретение относится к области выделения и очистки карбоната кальция, в том числе изотопно-обогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Принципами выделения и очистки изотопно-обогащенного кальция является максимально полное выделение его на всех стадиях химической переработки, сохранение изотопного состава кальция и получение его в виде карбоната, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения карбоната кальция высокой степени чистоты (патент РФ 1630219, МПК⁷ С 01 Р 11/06), включающий осаждение 40-90% кальция из предварительно очищенного раствора нитрата кальция раствором карбоната аммония.

Основным недостатком этого способа являются значительные потери кальция с карбонатным фильтратом, что недопустимо при переработке изотопно-обогащенного кальция.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения очищенного карбоната кальция (патент РФ 2027672, МПК⁷ С 01 Р 11/18), включающий обработку кальцийсодержащего концентрата раствором азотной кислоты при нагревании, очистку пульпы обработкой ее карбонатом кальция, взятым в количестве 7,7-31,0% от массы исходного карбоната кальция, отделением осадка карбонатов примесей и осаждение из очищенного раствора карбоната кальция карбонатом аммония в две стадии, причем кальций, осаждаемый 9,4-21,0% карбоната аммония, на первой стадии не является готовым продуктом и используется, в частности, для очистки следующей порции пульпы, получаемой при обработке кальцийсодержащего концентрата.

Основными недостатками этого способа являются существенные потери кальция при очистке пульпы и низкий прямой выход готового продукта. К тому же использование этого способа для получения карбоната изотопно-обогащенного кальция приведет к изменению изотопного состава кальция в конечном продукте.

Технической задачей изобретения является получение карбоната кальция, содержащего минимальное количество примесей, при минимальных потерях кальция на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что растворение концентрата проводят в соляной кислоте, соединение кальция осаждают в виде оксалата путем обработки полученного раствора щавелевой кислотой в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, отделенный осадок прокаливают и растворяют при рН 2-3, после чего отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, а из раствора снова осаждают и отделяют оксалат кальция вышеуказанным образом, растворяют его в уксусной кислоте с получением очищенного раствора, причем карбонат кальция из этого раствора осаждают раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, а термообработку осадка карбоната кальция проводят при 200-300^oС.

В заявленном техническом решении предложенный способ очистки раствора обеспечивает эффективное отделение примесей и получение чистого продукта практически без потерь, а условия термообработки позволяют получать карбонат кальция, не содержащий примесь оксида.

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 технического решения с известными техническими решениями позволили выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ получения карбоната кальция реализовали следующим образом.

Пример 1.

20 г концентрата, содержащего 1,85 г кальция и значительное количество примесей, в том числе медь, железо, хром, свинец, магний, алюминий и марганец, растворили в HCl (1:4) при нагревании. К раствору добавили винную кислоту из расчета 15 г/л, аммиак до рН 10-11 и щавелевую кислоту из расчета 2,6 г на 1 г кальция с избытком 10 г/л. После выстаивания раствора с осадком в течение 10-16 часов осадок оксалата кальция отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание кальция. Оно составило <0,2 мг/л. Осадок прокалили при 600^oС и растворили, добавляя к его водной суспензии HCl до рН 2-3. В растворе осадили сульфиды тяжелых металлов, пропуская газообразный H₂S в течение 20-30 мин, и отфильтровали осадок примесей. В полученном растворе провели осаждение оксалата кальция, отфильтровали и прокалили осадок как описано выше. Оксалатный фильтрат проанализировали на содержание кальция. Оно составило <0,2 мг/л.

Осадок растворили в уксусной кислоте (1:3), добавляя ее до рН 2-3. К раствору добавили раствор аммиака (1:2), насыщенный карбонатом аммония, до рН 11-12. Раствор с осадком тщательно перемешали и выстаивали в течение 10-16 часов. Осадок отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание кальция. Оно составило 3 мг/л. Термообработку осадка провели при 300^oС в течение 6 часов. Карбонат кальция проанализировали на содержание примесей и оксида кальция. Содержание примесей составило 0,023%, в том числе 0,001% Cl-иона. Оксида кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 2.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но термообработку осадка проводили при 200^oС. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтрах составило <0,2 мг/л и 3,1 мг/л соответственно. Сумма примесей в карбонате кальция составила 0,025%, в том числе 0,001% Cl-иона. Оксида кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 3.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но термообработку осадка карбоната кальция проводили при 400^oС. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтрах составило 0,2 мг/л и 3,5 мг/л соответственно. Сумма примесей в карбонате кальция составила 0,030%, в том числе 0,002% Cl-иона. Содержание оксида кальция - 3,7%.

Пример 4.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но не проводили осаждение сульфидов тяжелых металлов. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтрах составило <0,2 мг/л и 2,8 мг/л соответственно. Сумма примесей в карбонате кальция составила 0,865%, в том числе 0,84% свинца и 0,001% Cl-иона. Оксида кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 5.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но прокаленный осадок оксалата кальция растворяли в избытке кислоты до рН 1. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтратах составило <0,2 мг/л и 3,1 мг/л соответственно. Сумма примесей в карбонате кальция составила 0,105%, в том числе 0,088% марганца и 0,001% Cl-иона. Оксида кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 6.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но не проводили второго этапа очистки, включающего осаждение оксалата кальция в присутствии винной кислоты, отделение осадка, его прокаливание и растворение в уксусной кислоте. Содержание кальция в оксалатном и карбонатном фильтрах составило <0,2 мг/л и 3,5 мг/л соответственно. Сумма примесей в карбонате кальция составила 0,158%. Содержание Сl-иона составило 0,004%. Оксида кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 7.

Карбонат кальция получали по патенту РФ 2027672, МПК⁷ С 01 P 11/18. 20 г концентрата, используемого в примере 1, растворили в азотной кислоте (1:3) при нагревании до получения слабокислого раствора (рН 1-1,5). К пульпе добавили 1 г СаСО₃ (20% от исходного количества карбоната кальция в концентрате). Пульпу выстаивали 10-16 часов и отфильтровали осадок примесей. Осадок проанализировали на содержание кальция. Потери кальция составили 8,2%. В очищенном растворе провели осаждение карбоната кальция в две стадии: на I стадии добавили 0,67 г карбоната аммония и осадили 15% СаСО₃. Осадок отфильтровали и в растворе осадили оставшийся кальций карбонатом аммония. Полученный продукт проанализировали на содержание примесей, которое составило 0,057%, в том числе 0,001% Cl-иона. Содержание кальция в карбонатном фильтрате составило 5,7 мг/л, общие потери кальция составили 23,2%.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным увеличиваются потери кальция в процессе очистки раствора и последующего выделения карбоната кальция. К тому же этот способ не может быть использован для получения карбоната изотопно-обогащенного кальция, т.к. приведет к изменению изотопного состава кальция в конечном продукте.

Предложенный способ получения карбоната кальция был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 99,2% изотопно-обогащенного кальция в виде карбоната со степенью очистки 99,95%.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, т.к. образующиеся аммиачные фильтраты легко нейтрализуются кислотой.

Формула изобретения

Способ получения карбоната кальция из кальцийсодержащего концентрата, включающий растворение концентрата в кислоте, осаждение соединения кальция и отделение полученного осадка от раствора, осаждение из очищенного раствора карбоната кальция, его отделение и последующую термообработку, отличающийся тем, что растворение концентрата проводят в соляной кислоте, соединение кальция осаждают в виде оксалата путем обработки полученного раствора щавелевой кислотой в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, отделенный осадок прокаливают и растворяют при pH 2-3, после чего отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, а из раствора снова осаждают и отделяют оксалат кальция вышеуказанным образом, растворяют его в уксусной кислоте с получением очищенного раствора, причем карбонат кальция из этого раствора осаждают раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, а термообработку осадка карбоната кальция проводят при 200-300^oС.