Способ извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция

Изобретение относится к способу извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция. Способ извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, включает смешение руды с раствором азотной или соляной кислоты, взятой в количестве 80-100% от требуемого для полного растворения карбонатов кальция и магния при температуре 0-100°С, обработанная руда отделяется фильтрованием, полученный фильтрат корректируется азотной или соляной кислотой и используется для обработки новой порции руды до достижения в фильтрате концентрации ионов магния равной 0,01-2,0 М, после чего фильтрат заменяется на новую свежую порцию раствора кислоты для обработки руды, а полученный фильтрат далее смешивается с раствором сульфата натрия с концентрацией 1-400 г/л, взятым из расчета 0-10% сверх стехиометрии, осадок сульфата кальция отделяется фильтрованием, полученный фильтрат смешивается с насыщенным раствором гидрокарбоната натрия, либо с раствором карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л для осаждения карбоната магния либо гидроксокарбоната магния, полученный фильтрат, содержащий нитрат или хлорид натрия, используется для получения твердого нитрата или хлорида натрия, осадок карбоната либо гидроксокарбоната магния при необходимости смешивают с раствором азотной или соляной кислоты для получения нитрата или хлорида магния. Техническим результатом является возможность извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция. 2 з.п. ф-лы.

 

Использование: в производстве удобрений и химических реагентов.

Изобретение относится к способу извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция.

Предлагаемый способ позволяет из руды, содержащей фосфат кальция, получить соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния.

Цель изобретения: разработать способ извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция. Получаемые соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния являются востребованными продуктами. Снижение содержания соединений магния в руде, содержащей фосфат кальция, приводит к уменьшению гигроскопичности получаемых из руды кислых фосфатов кальция, используемых в производстве удобрений [1].

Соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния в промышленности получают в основном из природных магниевых руд, содержащих карбонат или гидроксокарбонат магния, либо из руд, содержащих хлористый калий, либо из морской воды. В связи с этим извлечение соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, часто не рассматривается, в том числе и из-за малого содержания магния в виде соединений: от десятых долей до небольших единиц процентов.

Соединения магния в руде, содержащей фосфат кальция, присутствуют преимущественно в виде карбоната магния и карбоната кальция-магния. Также в руде присутствует карбонат кальция.

Сущность изобретения.

К руде, содержащей фосфат кальция при температуре 0-100°С, при перемешивании добавляют ограниченное количество соляной или азотной кислоты, а именно: 0,01-50% масс.раствор азотной или 0,01-20% масс. соляной кислоты, взятый в количестве 80-100% от необходимого для растворения имеющегося в руде карбоната кальция и магния по реакциям (1)и(2):

реакция растворения фосфата кальция в данных условиях блокируется из-за большого недостатка кислоты.

Раствор, содержащий нитрат магния и кальция, отделяют от обработанной руды фильтрованием. Осадок обработанной руды на фильтре промывают водой и после промывки отправляют на производство кислых фосфатов кальция, например, по способу [2], промывную воду присоединяют к фильтрату. Далее к фильтрату добавляют расчетное количество раствора азотной кислоты, в том числе концентрированной, и обрабатывают полученным раствором новую порцию исходной руды, содержащей фосфат кальция. По достижении концентрации ионов магния в используемом растворе равной 0,01-2,0 М, раствор, содержащий ионы магния и кальция, поступает на переработку, а вместо него используют свежий раствор азотной кислоты для дальнейшей обработки новой порции руды. Переработка фильтрата заключается в следующем: сначала рекомендуется очистить фильтрат от возможной примеси фосфат-ионов, ионов железа и алюминия, для чего необходимо увеличить его рН до 3-5 добавлением расчетного количества гидроксида кальция для осаждения указанных примесей в виде нерастворимых соединений и их последующего отделения фильтрованием. Образующийся осадок направляют на переработку. Далее из очищенного фильтрата ионы кальция отделяют от ионов магния, добавляя количество раствора сульфата натрия с концентрацией 1-400 г/л из расчета 0-10% сверх стехиометрии реакции (3):

для уменьшения растворимости малорастворимого сульфата кальция.

Малорастворимый осадок сульфата кальция отделяется фильтрованием и смешивается в отдельной емкости с расчетным количеством раствора карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л для регенерации раствора сульфата натрия:

Протекание реакции (4) обусловлено меньшим значением произведения растворимости карбоната кальция по сравнению с сульфатом кальция [3]. Нерастворимый осадок карбоната кальция отделяется фильтрованием, а раствор сульфата натрия используется повторно.

Раствор, полученный после протекания реакции (3) и содержащий нитрат магния и нитрат натрия, смешивается с расчетным количеством раствора карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л, либо с насыщенным раствором гидрокарбоната натрия для осаждения гидроксокарбоната либо карбоната магния, которые отделяются фильтрованием:

Фильтрат, содержащий нитрат натрия, используется для получения твердого нитрата натрия, который применяется в качестве удобрения.

Из карбоната либо гидроксокарбоната магния при необходимости действием соляной кислоты получают хлорид магния:

либо действием азотной кислоты получают нитрат магния по реакции (2).

Использование раствора азотной кислоты для извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, предпочтительнее, поскольку получающийся в процессе нитрат натрия можно использовать в качестве удобрения, однако, все сказанное выше справедливо и при использовании раствора соляной кислоты вместо азотной кислоты.

Пример 1.

100 г руды, содержащей фосфат кальция, в том числе содержащей 1% масс. карбоната магния и 5% масс. карбоната кальция смешали при 70°С с 388 мл 1% масс. раствора азотной кислоты. По окончании выделения углекислого газа и охлаждении полученной смеси до комнатной температуры раствор над осадком был отделен декантацией и профильтрован. К 300 мл полученного фильтрата добавили 27 мл раствора сульфата натрия с концентрацией 200 г/л. Выпавший осадок сульфата кальция был отделен фильтрованием, промыт дистиллированной водой. Осадок сульфата кальция массой 5 г был смешан в отдельной емкости с 19,5 мл раствора карбоната натрия с концентрацией 200 г/л. После завершения реакции осадок карбоната кальция был отделен фильтрованием, а раствор сульфата натрия с концентрацией 268 г/л был сохранен для повторного использования. К 300 мл фильтрата, содержащего нитрат магния, полученного после отделения осадка сульфата кальция фильтрованием, добавили 4,9 мл раствора карбоната натрия с концентрацией 200 г/л. Выпавший осадок, содержащий 1,3 г гидроксокарбоната магния, был отделен фильтрованием, промыт на фильтре дистиллированной водой и высушен. Полученный гидроксокарбонат магния можно использовать для получения нитрата или хлорида магния путем его смешения с расчетным количеством раствора азотной или соляной кислоты. Фильтрат, содержащий нитрат натрия, может быть использован для получения твердого нитрата натрия методом перекристаллизации.

Источники информации

1. Технология минеральных удобрений: учебное пособие / И.А. Петропавловский, Б.А. Дмитревский, Б.В. Левин, И.А. Почиталкина. - СПб.: Проспект Науки, 2018. - 312 с.

2. Почиталкина И.Α., Филенко И.А., Кондаков Д.Ф., Сибирякова Е.М., Колесников В.А. Способ кислотной переработки бедного фосфатного сырья. Патент RU 2634948. Заявлено: 06.12.2016. Опубликовано: 08.11.2017 Бюл. №31.

3. Краткий справочник по химии. Под редакцией академика АН УССР А.Т. Пилипенко. Киев, Наукова думка, 1987, с. 829.

1. Способ извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, отличающийся тем, что руда смешивается с раствором азотной или соляной кислоты, взятой в количестве 80-100% от требуемого для полного растворения карбонатов кальция и магния при температуре 0-100°С, обработанная руда отделяется фильтрованием, полученный фильтрат корректируется азотной или соляной кислотой и используется для обработки новой порции руды до достижения в фильтрате концентрации ионов магния равной 0,01-2,0 М, после чего фильтрат заменяется на новую свежую порцию раствора кислоты для обработки руды, а полученный фильтрат далее смешивается с раствором сульфата натрия с концентрацией 1-400 г/л, взятым из расчета 0-10% сверх стехиометрии, осадок сульфата кальция отделяется фильтрованием, полученный фильтрат смешивается с насыщенным раствором гидрокарбоната натрия, либо с раствором карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л для осаждения карбоната магния либо гидроксокарбоната магния, полученный фильтрат, содержащий нитрат или хлорид натрия, используется для получения твердого нитрата или хлорида натрия, осадок карбоната либо гидроксокарбоната магния при необходимости смешивают с раствором азотной или соляной кислоты для получения нитрата или хлорида магния.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется 0,01-50% масс. раствор азотной или 0,01-20% масс. соляной кислоты.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок сульфата кальция обрабатывается раствором карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л, после отделения осадка карбоната кальция полученный раствор сульфата натрия используется повторно.