способ получения гидроксида бериллия

Формула изобретения

Способ получения гидроксида бериллия из бериллийсодержащих концентратов путем воздействия гидроксида натрия с последующим разделением продуктов реакции, отличающийся тем, что концентрат или смесь концентратов обрабатывают в автоклаве гидроксидом натрия с концентрацией 400-450 г/дм³ в присутствии оксида кальция при мольном отношении СаО:SiO₂=1,1-1,3, температуре 250-260°С и отношении Na₂О: ВеО=12-13 в течение 4-5 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения соединений бериллия, а именно гидроксида бериллия, используемого для получения огнеупорной керамики и конструкционных материалов.

Традиционная технология получения гидроксида бериллия включает плавление бериллиевых концентратов с флюсами, грануляцию расплава, сернокислотное вскрытие, выщелачивание бериллия водой, осаждение гидроксида бериллия и очистку его от примесей (Г.Ф.Силина, Ю.И.Зарембо, Л.Э.Бертина. Бериллий. Химическая технология и металлургия, Москва, 1960, с.68-7000).

Известны также щелочные методы получения гидроксида бериллия, в которых бериллиевый концентрат вскрывают растворами едкого натра при повышенном давлении и температуре (патент США №1991269, 1935 г.; патент США №2298800, 1942 г.).

Наиболее близким к заявляемому объекту является способ получения гидроксида бериллия, заключающийся в щелочной обработке бериллиевой руды концентрированным щелочным раствором (400 г/дм³ NaOH) в условиях повышенной температуры (патент США №3615260, НКИ: 423-131, 1971 г.).

По данному способу низкосортная бериллиевая руда обрабатывается 5-10 N раствором NaOH в открытом сосуде при температуре 100-200°С в течение 5-20 минут. Бериллий из полученного щелока выделяется в осадок путем разбавления раствора и добавления соединений кальция. Из осадка, содержащего соединения бериллия и кальция, выделяют гидроксид бериллия обычными химическими способами.

Недостатками указанного метода получения гидроксида бериллия являются:

- многостадийность процесса;

- сложность очистки раствора от примесей;

- выделение гидроксида бериллия в осадок совместно с соединениями кальция;

- низкая эффективность процесса;

- невозможность переработки отходов металлургического передела.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа за счет проведения процесса в автоклаве, повышение селективности извлечения бериллия в раствор и создание возможности переработки отходов металлического бериллия.

Технический результат достигается за счет того, что в известном способе получения бериллия из бериллийсодержащих концентратов путем воздействия гидроксида натрия и последующем разделении продуктов реакции, концентрат или смесь концентратов обрабатывают в автоклаве гидроксидом натрия с концентрацией 400-450 г/дм ³ в присутствии оксида кальция при мольном отношении CaO:SiO ₂=1,1-1,3, температуре 250-260°С и отношении Na₂O:BeO=12-13 в течение 4-5 ч.

Использование в качестве добавки оксида кальция на стадии вскрытия позволяет повысить селективность извлечения бериллия в раствор и перевести примесь кремния в нерастворимый осадок. Отношение Na₂ О:BeO>13 приводит к повышенному расходу гидроксида натрия; уменьшение мольного отношения CaO:SiO₂<1,1 - к снижению эффективности процесса, а увеличение времени обработки и температуры нецелесообразно.

Данный способ дает возможность утилизировать отходы металлического бериллия, используя для обработки часть растворов после выщелачивания.

Пример.

Исходный бериллиевый концентрат или смесь Ермаковского, Малышевского, Завитинского концентратов с содержанием 6-9% оксида бериллия измельчали до крупности 0,05 мм (95%). Измельченный материал смешивали с оксидом кальция в соотношении CaO:SiO² =1,1 и загружали в автоклав. Туда же вводили раствор гидроксида натрия с концентрацией 400 г/дм³. Образующаяся пульпа нагревалась до 250° и выдерживалась при перемешивании в течение 4 ч. Пульпу после автоклавного вскрытия фильтровали: раствор подвергали разбавлению водой до остаточной щелочности 29-30 г/дм³ NaOH, нагревали до кипения, при этом гидроксид бериллия выделялся в осадок, кек после фильтрования исходной пульпы поступал на двухступенчатую противоточную отмывку и дальнейшую утилизацию. Гидроксид бериллия после промывки водой является готовой продукцией. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1-4.

Таблица 1. Влияние мольного отношения (м.о.) CaO:SiO2 в пульпе на извлечение бериллия в раствор при выщелачивании
		концентрация щелочи 350 г/дм3 Na2О температура 250°С продолжительность 4 ч
м.о. CaO:SiO2	м.о. Na2О:ВеО	Содержание бериллия в остатке, %	Извлечение бериллия в раствор, %
0	47,3	4,07	24,0
0,6	19,9	1,66	55,14
1,0	11,15	0,128	96,0
1,1	11,3	0,06	98,18
1,3	11,4	0,071	97,5
1,6	11,4	0,129	95,5

Наиболее эффективным отношением оксида кальция к кремнезему в пульпе является CaO:SiO₂=1,1-1,3. Извлечение бериллия в раствор составляло ˜98%.

Таблица 2. Влияние продолжительности выщелачивания на извлечение бериллия в раствор
		Концентрация щелочи 350 г/дм3 Na2O температура 250°С м.о. CaO:SiO2 =1,1
Продолжительность опыта, мин	м.о. Na2 О:BeO		Извлечение бериллия в раствор,%
60	19,6		59,58
120	14,8		77,75
180	13,75		83,24
240	11,3		98,18
300	11,26		98,20

Из приведенных в таблице данных следует, что максимальное извлечение бериллия >98% достигалось при продолжительности процесса выщелачивания 4-5 ч.

Таблица 3. Зависимость извлечения бериллия в раствор при выщелачивании от концентрации щелочи
			м.о. CaO:SiO2=1,1 м.о. Na 2О:BeO=12,2 температура 250°С
Концентрация щелочи Na2 O г/дм3	м.о. Na 2О:BeO	Содержание бериллия в осадке, %		Извлечение бериллия в раствор, %
300	12,1	0,15		94,7
350	11,8	0,088		96,8
370	11,7	0,065		97,7
400	11,6	0,042		98,5
450	11,6	0,034		98,8

Данные в таблице 3 показывают, что извлечение бериллия в раствор выше 98% достигается при концентрации щелочи 400-450 г/дм³ Na₂O.

Таблица 4. Влияние количества щелочи на извлечение бериллия в раствор при выщелачивании
		концентрация щелочи 350 г/дм3 Na 2О, температура 250°С, м.о. CaO:SiO 2=1,1
м.о. Na2О:BeO в пульпе	Содержание бериллия в осадке, %		Извлечение бериллия в раствор, %
4	2,42		24,0
6	2,14		42,0
8	0,95		70,0
12	0,06		98,2
13	0,04		99,0

Результаты, приведенные в таблице 4, свидетельствуют, что при прочих равных условиях расход щелочи имеет большое значение в процессе выщелачивания. Отношение оксида натрия к оксиду бериллия не должно быть ниже 12. Увеличивать расход более 13 нецелесообразно.

Таким образом, экспериментально доказано, что способ переработки бериллиевых концентратов концентрированным раствором гидроксида натрия с добавкой оксида кальция в автоклаве при соблюдении параметров:

- температура 250-260°С;

- м.о. СаО: SiO ₂=1,1-1,3

- м.о. Na₂О:ВеО=12-13

- продолжительность процесса 4-5 ч;

- концентрация NaOH - 400-450 г/дм³

имеет ряд преимуществ:

1. Значительно увеличивается степень селективного извлечения бериллия в раствор.

2. Процесс значительно упрощается за счет исключения сложных и трудоемких операций разделения бериллия и кремния, так как последний в процессе разложения концентрата связывается с кальцием, образуя труднорастворимый натриевокальциевый гидросиликат, выпадающий в осадок.

3. Часть раствора после выщелачивания используется для растворения металлических отходов.