Способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов
Владельцы патента RU 2351540:
Открытое акционерное общество "Ведущий научно-исследовательский институт химической технологии" (ОАО "ВНИИХТ) (RU)
Изобретение относится к переработке бериллийсодержащих рудных концентратов с получением раствора сульфата бериллия. Способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов включает механоактивацию концентратов, низкотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц концентратов, высокотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек. Высокотемпературную сульфатизацию бериллового концентрата ведут в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в их смеси в интервале 0,1:1-2:1. Изобретение позволяет повысить степень извлечения бериллия в сульфатный раствор. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии бериллия, в частности к переработке бериллийсодержащих рудных концентратов с получением раствора сульфата бериллия.
Известен способ переработки бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов, принятый за аналог [см. Дьячков Б.А. и др. Способ переработки бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов. Патент РФ по заяв. на изобрет. 2006129073 от 14.02.06. // Изобретения. Полезные модели: Офиц. бюлл. - М., 2006. - №34. - С.35], согласно которому бертрандит-фенакит-флюоритовый концентрат измельчают (механоактивируют) в планетарной мельнице. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой, полученную реакционную массу сульфатизируют при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой. Сернокислую пульпу после выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной отмывке от сульфата бериллия. По остаточному содержанию бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия в сульфатный раствор.
При измельчении бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата происходит механоактивация минералов (разрушение кристаллических решеток и увеличение удельной площади поверхности, содержащихся в нем минералов). Это приводит к повышению их химической активности и осуществлению возможности глубокого вскрытия активированного таким образом бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата серной кислотой с образованием водорастворимого сульфата бериллия.
Недостатками способа-аналога является его непригодность для извлечения бериллия из бериллового концентрата.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности сходных признаков является способ извлечения бериллия из берилловых концентратов, принятый за прототип [см. Аксютенко B.C. и др. Способ извлечения бериллия из берилловых концентратов. Патент РФ по заяв. на изобрет. 2006129072 от 14.02.06. // Изобретения. Полезные модели: Офиц. бюлл. - М., 2006. - №34. - С.34], предусматривающий механоактивацию бериллового концентрата в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 1,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь вначале не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком), затем не менее 1,5 ч при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой. Сернокислую пульпу после выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония. По остаточному содержанию бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из концентрата в раствор.
Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокое извлечение бериллия из бериллового концентрата в сульфатный раствор.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа извлечения бериллия из бериллиевых концентратов, обеспечивающего высокое извлечение бериллия в водорастворимый сульфат.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего механоактивацию концентратов, низкотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц концентратов, высокотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек, согласно заявляемому изобретению высокотемпературную сульфатизацию концентрата ведут в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в их смеси в интервале 0,1:1-2:1 с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц смеси.
Решение поставленной задачи и достижение соответствующего технического результата обеспечивается тем, что в процессе механоактивации бериллового концентрата путем его измельчения происходит разрушение кристаллической решетки и увеличение удельной площади поверхности берилла, что повышает его химическую активность и обеспечивает в дальнейшем возможность глубокого вскрытия 93%-ной серной кислотой с образованием водорастворимого сульфата бериллия. В процессе последующей низкотемпературной сульфатизации при 95÷105°С и избытке серной кислоты. В процессе низкотемпературной сульфатизации непрерывно удаляются продукты реакции сульфатизации с поверхности частиц механоактивированного берилла (например, мелющими телами). При этом облегчается доступ молекул серной кислоты вглубь частиц механоактивированных минералов бериллия. Последующая высокотемпературная сульфатизация активированного бериллового концентрата ведется в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата (при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в интервале 0,1:1-2:1) при 250÷300°С с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц сырья. В этих условиях флюоритовая составляющая сырья взаимодействует с серной кислотой и образуется газообразный фтористый водород, который интенсивно реагирует с активированными силикатами бериллия, дополнительно вскрывая их. В результате такого вскрытия образуется газообразный фторид кремния и фторид бериллия. Последний взаимодействует с серной кислотой с образованием целевого продукта - сульфата бериллия. Если массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов на стадии их высокотемпературной сульфатизации более 2:1, то в образующейся реакционной смеси недостаточно флюоритовой составляющей для глубокого вскрытия сырья.
В заявляемом способе по сравнению со способом-прототипом обеспечивается в дальнейшем возможность высокого извлечения бериллия в сульфатный раствор.
Пример осуществления.
Для реализации заявляемого способа навески бериллового концентрата механоактивируют в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 2,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком). Затем осуществляют высокотемпературную сульфатизацию концентрата, которую проводят в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата с заданным массовым соотношением к берилловому концентрату при 250÷300°С не менее 1,5 ч, непрерывно удаляя продукты реакции сульфатизации с поверхности частиц сырья (например, мелющими шарами). В процессе сернокислотного вскрытия активированного концентрата расход серной кислоты, растирание реакционной массы, температурный режим и длительность данного процесса назначают исходя из получения требуемой полноты вскрытия концентрата. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой при Т:Ж=1:5 (по сумме исходных концентратов), температуре 90÷100°С в течение 30-ти мин. Сернокислую пульпу с операции выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония (конц. 50 г/л), подкисленным серной кислотой до рН 3,5, при Т:Ж=1:7 (по сумме исходных концентратов) и температуре 80÷85°С в течение 15-ти мин. Отмытый кек сушат до постоянной массы, анализируют на содержание бериллия, после чего по остаточному количеству бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из сырья в раствор.
Для сравнения с заявляемым изобретением получают просульфатизированный продукт по способу-прототипу. С этой целью навески бериллового концентрата (0,5 г по бериллию) механоактивируют в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 1,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь вначале не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком), затем не менее 1,5 ч при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой при Т:Ж=1:5 (по исходному концентрату), температуре 90÷100°С в течение 30-ти мин. Сернокислую пульпу с операции выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония (конц. 50 г/л), подкисленным серной кислотой до рН 3,5, при Т:Ж=1:7 (по исходному концентрату) и температуре 80÷85°С в течение 15-ти мин. Отмытый кек сушат до постоянной массы, анализируют на содержание бериллия, после чего по остаточному количеству бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из концентрата в раствор.
В табл.1 приведены характеристики концентратов, использованных в работе, а в табл.2 результаты осуществления способа по заявляемому изобретению и, для сравнения, по способу-прототипу.
| Таблица 1 | |||||
| Химический состав бериллиевых концентратов | |||||
| Наименование концентрата | Массовая доля компонентов, % | ||||
| Be | SiO2 | CaO | F | Al2O3, FeO, Fe2O3 и др. | |
| Бертрандит-фенакит-флюоритовый | 4 | 25 | 30 | 10 | 31 |
| Берилловый | 2 | 55 | 1 | 1 | 41 |
| Таблица 2 | ||||
| Сравнительные показатели процесса извлечения бериллия из бериллиевых концентратов по заявляемому способу и способу-прототипу. | ||||
| № примера | Способ реализации | Массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в примерах реализации заявляемого способа и способа-прототипа | Количество Be в отвальном кеке, мг | Извлечение Ве в раствор (по кеку), % |
| 1 | Заявляемый способ | 4,5:1 | 25,0 | 95,0 |
| 2 | 2:1 | 10,0 | 98,0 | |
| 3 | 1:1 | 7,5 | 98,5 | |
| 4 | 0,1:1 | 5,0 | 99,0 | |
| 5 | Способ-прототип | 100% бериллового концентрата в сырье | 25,0 | 95,0 |
| Примечание. Суммарное количество бериллия в берилловом и бертрандит-фенакит-флюоритовом концентратах в примерах 1-5 составляло 0,5 г. |
Из данных, приведенных в табл.2, следует, что при осуществлении заявляемого способа (примеры 2-4, в которых массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов составляет 2,0 и менее), извлечение бериллия из исходной сырьевой смеси концентратов в раствор составляет 98% и более. При повышении соотношения бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в сырье более 2,0 извлечение бериллия в раствор снижается до 95,0 мас.% (пример 1, табл.2).
Для сравнения с заявляемым способом в табл.2 представлены результаты осуществления способа-прототипа (пример 5), для которого извлечение бериллия из бериллового концентрата в раствор составляет лишь 95%.
Таким образом, заявляемый способ в сравнении со способом-прототипом позволяет эффективно извлекать бериллий в водорастворимый сульфат, обеспечивая при этом увеличение степени извлечения бериллия более чем на 3%.
Способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов, включающий механоактивацию концентратов, низкотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц концентратов, высокотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек, отличающийся тем, что высокотемпературную сульфатизацию бериллового концентрата ведут в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в их смеси в интервале 0,1:1-2:1.
