способ очистки бадделеитового концентрата

Формула изобретения

1. Способ очистки бадделеитового концентрата, включающий обработку его щелочным реагентом при нагревании, промывку, кислотную обработку и отделение очищенного продукта, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют едкое кали, а обработку им концентрата ведут при температуре 150-250°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку концентрата ведут при массовом соотношении концентрата и едкого кали 1:0,05-0,5.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что кислотную обработку осуществляют 5-15%-ной соляной или серной кислотой при 50-100°С.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после отделения очищенного продукта его подвергают прокаливанию при 800-900°С и магнитной сепарации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии очистки бадделеитового концентрата от примесей, преимущественно от радиоактивных примесей и кремния.

Известен способ очистки бадделеитового концентрата (см. М.А.Коленкова, В.Н.Шумейко, М.Н.Дорохина, Н.А.Сафуанова. Новое отечественное циркониевое сырье и способы его переработки. ЦНИИцветмет экономики информации. - М., 1980. - Вып.2. - 48 с.), включающий магнитную сепарацию, окислительный обжиг при 900°С, измельчение бадделеитового концентрата и его обработку 10-15%-ным раствором соляной кислоты при 60-90°С и Т:Ж=1:4 в течение 1-2 ч.

Данный способ не обеспечивает очистки от радиоактивных примесей и характеризуется недостаточной степенью очистки от кремния и фосфора.

Известен способ очистки бадделеитового концентрата (см. патент РФ №2139250, МПК⁶ C 01 G 25/02, 1999), включающий обработку концентрата 60-96%-ной серной кислотой при массовом соотношении концентрата и кислоты 1:0,2-1 и температуре 130-250°С с получением твердого продукта сульфатизации, обработку твердого продукта сульфатизации водой или водным раствором нейтрализующего реагента с образованием пульпы, гравитационное выделение очищенного бадделеита и его сушку. Способ обеспечивает достаточную степень очистки от радиоактивных элементов.

Недостатком способа является невысокая степень очистки от кремния и трудность осуществления процесса из-за высокой коррозионной активности серной кислоты при высоких температурах и абразивного воздействия бадделеита.

Известен также способ очистки бадделеитового концентрата (см. патент США №4268485, МКИ² С 01 G 43/00, 25/02, 27/02, 1981), включающий обработку предварительно очищенного бадделеитового концентрата с содержанием примесей, мас.%: SiO₂ 0,3; TiO₂ 0,4; Fe₂ O₃ 0,18; CaO 0,065; MgO 0,058, изотопы U₃ O₈ and ThO₂ с интенсивностью излучения 490 пкюри/г 10-60%-ным водным раствором щелочи NaOH, предпочтительно 20-50%-ным раствором, при температуре 80-140°С и перемешивании в течение 2-15 ч, промывку реакционного продукта, обработку водным раствором соляной кислоты, отделение очищенного продукта и сушку. По этому способу радиоактивность концентрата может быть уменьшена менее чем в 2 раза (с 490 до 270 пкюри/г) при неизменном содержании примеси кремния (0,3 мас.%).

Недостатком способа является невозможность очистки от примеси кремния при невысокой степени очистки от радиоактивных компонентов.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения степени очистки бадделеитового концентрата от радиоактивных компонентов, кремния и других примесей.

Поставленная задача решается тем, что в способе очистки бадделеитового концентрата, включающем обработку его щелочным реагентом при нагревании, промывку, кислотную обработку и отделение очищенного продукта, согласно изобретению, в качестве щелочного реагента используют едкое кали, а обработку им концентрата ведут при температуре 150-250°С.

Поставленная задача решается также тем, что обработку концентрата ведут при массовом соотношении концентрата и едкого кали 1:0,05-0,5.

Поставленная задача решается и тем, что кислотную обработку осуществляют 5-15%-ной соляной или серной кислотой при 50-100°С.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что после отделения очищенного продукта его подвергают прокаливанию при 800-900°С и магнитной сепарации.

Обработка концентрата едким кали при нагревании необходима для разложения радиоактивных минералов гатчеттолита и пирохлора, а также некоторых минералов, содержащих кремний. При разложении часть примесей переходит в водорастворимые и кислоторастворимые формы, поэтому необходима последующая обработка кислотой. При кислотной обработке происходит также отделение от других примесных минералов, например апатита, форстерита, карбонатита. Кремнезем (SiO₂) и остатки неразложившихся мелкодисперсных радиоактивных минералов отделяют от бадделеита гравитацией. Последующие операции прокаливания и магнитной сепарации необходимы для отделения железосодержащих примесей при их высоком содержании.

Температура щелочной обработки и количество щелочи определяется количеством примесей в концентрате. При наличии небольших включений радиоактивных минералов и циркона достаточно температуры 150°С и минимального количества щелочи. С увеличением количества примесей и их крупности обработку ведут при температуре до 250°С и с большим расходом щелочи.

При температуре ниже 150°С разложение примесных минералов проходит в недостаточной степени, а при температуре выше 250°С степень очистки практически не изменяется, что ведет к нежелательным энергозатратам.

При массовом соотношении концентрата и щелочи более 1:0,05 снижается степень очистки, а соотношение менее 1:0,5 экономически не оправдано.

Выбор концентрации соляной или серной кислоты обусловлен тем, что при концентрации менее 5% снижается эффективность очистки, а концентрация более 15% не приводит к дальнейшему повышению степени очистки.

Количество кислоты и температура кислотной обработки зависят также от уровня примесей и вида применяемой кислоты. Соляная кислота более активна, и из-за высокой летучести нежелательно повышение температуры более 80°С, а для серной кислоты возможна обработка при 100°С. При температуре ниже 50°С уменьшается степень очистки. Для снижения расхода кислоты щелочь перед кислотной обработкой предварительно отмывают водой.

Температура прокаливания очищенного продукта 800-900°С обусловлена необходимостью перевода примесных железосодержащих минералов в магнитную форму.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. 100 г чернового бадделеитового концентрата с содержанием примесей, мас.%: Fe₂O₃ 0,35; SiO₂ 0,41; Р₂O₅ 0,3; Th_экв 0,13 (57 кБк/кг) обрабатывают растворенными в воде 5 г КОН (массовое соотношение концентрата и щелочи 1:0,05) и выдерживают при температуре 150°С в течение 2 ч. Продукт обработки промывают водой и обрабатывают 400 мл 5%-ной соляной кислоты при 50°С в течение 2 ч. Бадделеит отделяют от кислоты и взвешенных мелкодисперсных частиц гравитацией, промывают водой и сушат. Содержание примесей в очищенном концентрате, мас.%: Fe₂О₃ 0,05; SiO₂ 0,1; P₂O₅ 0,04; Th_экв 0,05 (22 кБк/кг).

Пример 2. 100 г чернового бадделеитового концентрата с содержанием примесей, мас.%: Fe₂O₃ 0,85; SiO₂ 0,69; P₂O₅ 0,36; Th _экв 0,41 (180 кБк/кг) обрабатывают растворенными в воде 10 г КОН (массовое соотношение концентрата и щелочи 1:0,1) и выдерживают при температуре 200°С в течение 1 ч. Продукт обработки промывают водой и обрабатывают 400 мл 15%-ной серной кислоты при 100°С в течение 1 ч. Бадделеит отделяют от кислоты и взвешенных мелкодисперсных частиц гравитацией, промывают водой, прокаливают при 800°С и подвергают магнитной сепарации. Содержание примесей в очищенном концентрате, мас.%: Fe₂ О₃ 0,06; SiO₂ 0,06; Р₂О ₅ 0,04, Th_экв 0,07 (31 кБк/кг).

Пример 3. Осуществляют обработку бадделеитового концентрата аналогично примеру 2, отличие заключается в том, что кислотную обработку проводят 5%-ной серной кислотой при 100°С в течение 2 ч. Бадделеит отделяют от кислоты и взвешенных мелкодисперсных частиц гравитацией, промывают водой, прокаливают при 900°С и подвергают магнитной сепарации. Содержание примесей в очищенном концентрате, мас.%: Fe₂O₃ 0,07; SiO₂ 0,06; Р₂O₅ 0,05, Th_экв 0,07 (31 кБк/кг).

Пример 4. 100 г чернового бадделеитового концентрата с содержанием примесей, мас.%: Fe₂O₃ 1,7; SiO₂ 1,3; Р₂O₅ 0,52; Th _экв 4,1 (1808 кБк/кг) обрабатывают растворенными в воде 50 г КОН (массовое соотношение концентрата и щелочи 1:0,5) и выдерживают при температуре 250°С в течение 2 ч. Продукт обработки отмывают от щелочи 200 мл воды и обрабатывают 400 мл 15%-ной соляной кислоты при 80°С в течение 2 ч. Бадделеит отделяют от кислоты и взвешенных мелкодисперсных частиц гравитацией, промывают водой, прокаливают при 900°С и подвергают магнитной сепарации. Содержание примесей в очищенном концентрате, мас.%: Fe₂O₃ 0,09; SiO₂ 0,08; P ₂O₅ 0,04; Th_экв 0,09 (39 кБк/кг).

Таким образом, из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки бадделеитового концентрата от радиоактивных примесей в 2,6-45,6 раза, примесей кремния в 4-16 раз, а также обеспечивает очистку от других примесей, в том числе железа, даже при их высоком содержании в концентрате.