способ получения окислов марганца

Формула изобретения

Способ получения окислов марганца, включающий обработку раствора сульфата марганца реагентом с получением осадка, отличающийся тем, что обработку раствора сульфата марганца ведут кислородом или кислородом воздуха в присутствии аммиака, причем концентрации компонентов рабочего раствора поддерживают по сульфату марганца 0,1-0,7 моль/л, аммиаку 0,1-1,5 моль/л и сульфату аммония 1,2-1,6 моль/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения марганцевых руд, в частности, к способам получения марганцевых концентратов химического обогащения (КХО).

Все известные способы получения КХО включают в себя две основные стадии - выщелачивание марганца из руды с переводом его в раствор в виде сульфата, нитрата или хлорида марганца и осаждение из раствора в виде твердой фазы. Ключевым для процесса является этап осаждения, определяющий экономичность всего процесса в целом, а также качество целевого и состав побочных продуктов.

Известны способы получения КХО, включающие в себя выщелачивание карбонатной или восстановленной окисной марганцевой руды серной кислотой с последующей обработкой сульфата марганца карбонатом аммония, или известковым молоком или аммиаком. Так, например, обработкой сульфата марганца аммиаком в автоклаве с последующим обжигом осадка-гидрата закиси марганца, был получен продукт состава в %: 68 Мn; 0,01 Р; 0,06 Fe; 1,0 Mg; 0,5 Са ("Состояние марганцево-рудной базы России и вопросы обеспечения промышленности марганцем". Труды 1 научно-технической конференции. Под ред. Л.А.Смирнова. Екатеринбург, 2000, с.210).

Общим недостатком этих способов является то, что окислы марганца при осаждении увлекают вещества, находящиеся в растворе, и конечный продукт в итоге получается с большим количеством примесей, а осадки плохо фильтруемы.

Известен способ получения окислов марганца обработкой сульфата марганца карбонатом аммония с получением в виде осадка карбоната марганца и последующим его обжигом до окислов марганца. (О.И.Дзюба "Получение концентратов из растворов сульфата и дитионата марганца". Автореферат. С-Пб, Механобр 1994, с.3-10, 17).

Одной из проблем данного способа является получение хорошо фильтруемых осадков. Для решения этой задачи применяется ультразвук, поверхностно-активные вещества, дробное осаждение и другие технологические приемы. Для получения конечного продукта для металлургии карбонат марганца обжигается при Т=650С. При этом удаляется СО₂ и продукт окисляется до Мn₂О₃. Далее продукт отмывается от растворимых соединений. В результате получаются окислы марганца, содержащие 69% Мn, 0,1 S, остальные компоненты (Si, Al, Fe, К, Na, Mg) в пределах 0,01-0,02%. Такое качество окислов марганца позволяет применять их в производстве ферритов. Процесс сложный, малопроизводительный, продукт имеет ограниченную область применения.

Данный способ по наибольшему количеству сходных признаков выбран в качестве прототипа.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является упрощение процесса получения окислов марганца, расширение области их применения и снижение себестоимости конечного продукта.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что обработку раствора сульфата марганца ведут кислородом, или кислородом воздуха, в присутствии аммиака, причем концентрации компонентов рабочего раствора поддерживают в пределах: по сульфату марганца 0,1-0,7 моль/л, аммиаку от 0,1-1,5 моль/л и сульфату аммония 1,2-1,6 моль/л.

Процесс получения окислов марганца по заявляемому способу протекает в соответствии с формулой:

2Mn₂S0₄+4NН₃+О₂+2Н₂0=МnО₂Mn(OH)₂+2(NH₄)₂S0₄

Для получения качественного осадка в виде МnО₂Мn(ОН)₂, состав жидкой фазы подбирается в вышеобозначенных пределах, чтобы в отсутствие окисляющего агента (O₂) раствор был устойчив и не шла побочная реакция образования гидрата закиси марганца Мn(ОН)₂.

Реакция получения окислов марганца протекает при нормальных температуре и давлении и не требуется никаких дополнительных технологических приемов для улучшения фильтруемости осадка.

Процесс позволяет получить наиболее простым способом сходный с прототипом конечный продукт - Мn₂О₃. Гидратная вода, имеющаяся в окислах в момент осаждения, легко удаляется при сушке при Т=60-120С. Продукт содержит 68% Мn, 0,1 S, по 0,01 Fe, Si, Al, а также небольшое количество окислов щелочных и щелочноземельных металлов, и полностью удовлетворяет требованиям к КХО для металлургии.

Так как продукт не подвергался высокотемпературному обжигу, он обладает существенно отличными от прототипа свойствами. В результате дальнейшей обработки продукта серной кислотой образуется высококачественная -модификация диоксида марганца, используемая в химических источниках тока и в качестве катализаторов В случае, если сульфат марганца, образующийся при получении -модификации, использовать вместо первичного сульфата марганца из руды, то получим продукт на порядок более чистый, т.е. процесс позволяет получить окислы и соли марганца любой заданной чистоты.

Таким образом, заявляемый процесс позволяет наиболее простым способом получить универсальный продукт, пригодный как для непосредственного использования в металлургии, так и для дальнейшей переработки во всю номенклатуру марганцевых соединений, чего не обеспечивает ни одна из известных технологий.

Процесс осуществляется следующим образом.

В реактор с устройством для диспергирования газа в жидкости, заполненном рабочей смесью, непрерывно в стехиометрическом соотношении подают раствор сульфата марганца, водный раствор аммиака и воздух. Пульпу непрерывно отводят на фильтр, отделяют твердый осадок, промывают его, сушат и отправляют потребителю или на дальнейшую переработку. Поддержание требуемых пределов концентраций жидкой фазы по сульфату марганца и аммиаку осуществляется количеством подаваемых в реактор в единицу времени реагентов- соответственно сульфата марганца и аммиака, а концентрация сульфата аммония концентрацией подаваемых в реактор растворов сульфата марганца и аммиака.

Пример.

В открытый реактор, емкостью 100 л с аэрирующей мешалкой заливают 50 л 20% сульфата аммония, что составило 1,68 моль/л. Затем при перемешивании одномоментно в него подали 4,5 л 25% водного раствора аммиака и 13 л 25% раствора сульфата марганца. При этом концентрация в начальный момент по сульфату марганца составила 0,38 моль/л, а по аммиаку 0,83 моль/л. Процесс вели до полного исчерпания реагентов, аммиака и сульфата марганца, что определялось по отсутствию изменения остаточной концентрации аммиака. Производительность реактора составила в конкретных условиях опыта 30 кг/м³ рабочего объема. После отделения осадка, его промывки и сушки получили 2,1 кг Мn₂О₃, содержащего 68% Мn, 0,2 Mg, по 0,1 Ca, K, Na и S и по 0,01 Si, Al, Fe.

Предлагаемое изобретение позволяет наиболее простым способом при минимальных затратах на исходные реагенты, получить универсальный продукт, пригодный как для непосредственного применения в металлургии, так и для переработки по простейшим технологиям во всю номенклатуру марганцевых соединений.