способ получения оксида магния

Формула изобретения

Способ получения оксида магния из магнийсодержащего сырья, включающий его измельчение и обработку серной кислотой при повышенной температуре, очистку полученной суспензии сульфата магния от примесей металлов, неразложившегося сырья и кремнегеля осаждением с помощью нейтрализующего вещества, отделение осадка фильтрацией, осаждение гидроксида магния из фильтрата, отделение гидроксида магния фильтрацией с последующим разложением его до оксида магния, отличающийся тем, что магнийсодержащее сырье измельчают до фракции, не превышающей 0,5 мм, обработку его серной кислотой проводят при температуре 60-70°С, в качестве нейтрализующего вещества используют 20-30 мас.%-ное известковое молоко или 20-30 мас.%-ный раствор соды и проводят им очистку суспензии сульфата магния до рН 7,0-8,0, осаждение гидроксида магния из фильтрата проводят 20-30 мас.%-ным раствором соды с добавлением жженой магнезии в количестве 2,0-8,0 мас.% от общего содержания оксида магния в растворе сульфата магния, при этом фильтрат, полученный после отделения гидроксида магния, направляют на осаждение гидроксида магния.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к технологии переработки нетрадиционных видов минерального сырья, в частности для получения из него оксида магния.

Известен способ получения оксида магния из магнийсодержащего сырья, включающий измельчение его до крупности частиц не более 0,5 мм, растворение в серной кислоте, охлаждение полученной смеси до температуры кристаллизации, промывку закристаллизованной смеси таким объемом воды, чтобы концентрация сульфата магния в растворе составляла 290-330 г/л, отделение нерастворившегося остатка от полученного сульфатного раствора, последовательную очистку полученного фильтрата от примесных металлов осаждением при температуре 30-40°С в виде гидроксидов с помощью 40-50%-ного раствора едкого натра, обработку полученного раствора щелочным агентом, отделение осадка гидроксида магния, термообработку его в две стадии и промывку целевого продукта водой после второй стадии термообработки (пат. РФ 2209780, кл. C 02 F 5/02, опубл. 19.08.03).

Недостатком данного способа является его низкая экономическая эффективность, а именно:

1) Охлаждение 5,5 кг суспензии, полученной в процессе растворения 1 кг серпентинита в 40%-ной серной кислоте до температуры кристаллизации (5°С) без использования холодильной установки очень сложно, а в процессе непрерывного многотоннажного производства практически не представляется возможным;

2) В процессе выщелачивания тонкоизмельченного серпентина (крупностью частиц менее 0,5 мм) и при нейтрализации сульфатных растворов 40-50%-ным раствором NaOH образуются суспензии, содержащие осадки в виде гелей кремневой кислоты и гидроксидов Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺ и др. Из-за забивания пор фильтрующего полотна мелкими частицами осадков скорость фильтрации таких суспензий крайне мала и малоэффективна. Для повышения их скорости фильтрации в такие суспензии необходимо вводить вещества, которые бы способствовали образованию плотных легкофильтрующихся осадков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения оксида магния из магнийсодержащего сырья, включающий обработку последнего серной кислотой при температуре 90-100°С с концентрацией 10-50%, очистку полученного раствора сульфата магния от примесей металлов осаждением их щелочью при рН 8,0-8,5, отделение образующегося осадка фильтрацией и осаждение гидроксида магния из фильтрата с последующим термическим разложением его до оксида магния (пат. РФ №2038301 кл. С 01 F 5/06, опубл. 27.06.95).

К недостаткам данного способа можно отнести:

1) Трудности фильтрации гелеобразных осадков кремневой кислоты и гидроксидов примесных металлов;

2) Процесс разложения тонкоизмельченных серпентиновых руд 50%-ным раствором серной кислоты при 90-100°С сопровождается бурным выделением паров SO₃, что существенно ухудшает экологическую обстановку в производственных помещениях.

Задачей изобретения является улучшение экологии производства и повышение экономической эффективности способа.

Поставленная задача решается способом получения оксида магния из магнийсодержащего сырья, включающим его измельчение и обработку серной кислотой при повышенной температуре, очистку полученной суспензии сульфата магния от примесей металлов, неразложившегося сырья и кремнегеля осаждением с помощью нейтрализующего вещества, отделение осадка фильтрацией, осаждение гидроксида магния из фильтрата, отделение его фильтрацией с последующим разложением до оксида магния. Магнийсодержащее сырье измельчают до фракции, не превышающей 0,5 мм, обработку его серной кислотой проводят при температуре 60-70°С, в качестве нейтрализующего вещества используют известковое молоко концентрации 20-30 мас.% или 20-30 мас.% раствор соды и проводят им очистку суспензии сульфата магния до рН 7,0-8,0, осаждение гидроксида магния из фильтрата проводят 20-30 мас.% раствором соды с добавлением жженой магнезии в количестве 2,0-8,0 мас.% от общего содержания оксида магния в растворе сульфата магния. Фильтрат, полученный после отделения осадка гидроксида магния, направляют на осаждение гидроксида магния.

В таблицах 1-3 приведены химический, рентгенофазовый и фракционный состав измельченной руды, в таблице 4 - химический состав и качество полученного оксида магния (периклаза).

Пример 1

1 кг серпентиновой руды состава мас.% (см. табл.2) (размер частиц -0,4±0,071 мм = 94,7%) помещают в реактор с рубашкой и мешалкой, заливают 43%-ным раствором серной кислоты и при температуре 70°С и непрерывном перемешивании в течение 2 часов проводят выщелачивание.

Процесс выщелачивания протекает по следующим реакциям:

MgO+H₂SO₄ MgSO₄+H₂O

Cr₂O ₃+3Н₂SO₄ Cr₂(SO₄)₃+3Н₂ О

Fe₂O₃+3H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃+3Н₂ О и т.д.

Далее в полученную суспензию вводят 20%-ный водный раствор известкового молока, нейтрализуют до рН 4,0-4,5, добавляют 37%-ный раствор перекиси водорода для перевода двухвалентного железа в трехвалентное по реакциям:

2FeO+Н₂O ₂=Fe₂O₃+H₂O

Fe ²⁺+Н₂O₂ Fe³⁺

(Fe(OH)₂ осаждается при рН 7-8; Fe(ОН)₃ - при рН 1-2)

Затем продолжают нейтрализацию раствором Са(ОН)₂ до рН 7,5. После вызревания кристаллов гипса в течение 1 часа и схватывания осадка суспензию, содержащую примеси металлов, неразложившееся сырье и кремнегель, фильтруют при 70°С на вакуум-фильтре со скоростью фильтрации 21 л/мин·м²

Осадок направляют на дальнейшую переработку, а фильтрат с рН 7,5 и объемом 5,64 л, содержащий 53,15 г/л MgO, загружают в сосуд с 30%-ным раствором соды, добавляют 24 г (8%) жженой магнезии и нейтрализуют при рН 12. После 2-часового вызревания осадка суспензию фильтруют при 70°С со скоростью фильтрации 15 л/мин·м². Осадок три раза отмывают от Na₂O репульпацией до содержания оксида натрия в осадке 0,43%, сушат до влажности 1,5% при 350°С, термообрабатывают при 850°С и охлаждают. Химический состав приведен в табл.4

Фильтрат содержит MgO=0,86 г/л и Na₂O=40,0 г/л.

Пример 2. 1 кг серпентиновой руды (размер частиц - 0,4±0,071 мм = 94,7 мас.%) помещают в реактор с рубашкой и мешалкой, заливают 43%-ным раствором серной кислоты и при температуре 70°С и непрерывном перемешивании в течение 2 часов проводят выщелачивание. Далее в суспензию с рН 1,2 вводят 25%-ный водный раствор известкового молока, нейтрализуют до рН 4,0-4,5, добавляют 37%-ный раствор перекиси водорода и продолжают нейтрализацию раствором Са(ОН) ₂ до рН 7,5. После вызревания кристаллов гипса в течение 1 часа и схватывания осадка суспензию, содержащую примеси металлов, неразложившееся сырье и кремнегель, фильтруют при 70°С на вакуум-фильтре со скоростью фильтрации 21 л/мин·м² . Осадок направляют на дальнейшую переработку, а фильтрат с рН 7,5 и объемом 5,64 л, содержащий 53,15 г/л MgO (300 г), загружают в сосуд с 30%-ным раствором соды, добавляют 15 г, т.е. 5% от общего содержания MgO в фильтрате «активной» жженой магнезии и нейтрализуют при рН 12,0. После 2-часового вызревания осадка гидроксида магния суспензию фильтруют при 70°С со скоростью фильтрации 15 л/мин·м². Осадок три раза отмывают от Na₂O репульпацией до содержания оксида натрия в осадке 0.43%, сушат до влажности 1,5% при 350°С, термообрабатывают при 850°С и охлаждают.

Химический состав готового продукта см. в таблице 4. Фильтрат, содержащий MgO=0,86 г/л и Na₂O=40,0 г/л, повторно используют для получения гидроксида магния.

Использование известкового молока для нейтрализации суспензии после выщелачивания с концентрацией Ca(OH)₂ менее 20% и более 30% технологически нецелесообразно, поскольку (соответственно):

1) увеличивается продолжительность нейтрализации и вызревания кристаллов CaSO₄·2H₂O до 3 часов;

2) из-за расслаивания раствора известкового молока существенно затрудняется его загрузка в реактор.

Введение в нейтрализуемый раствор 1% жженой магнезии приводит к потерям сульфата магния при фильтрации 6,3 г/л MgO.

Добавка более 8,0 мас.% жженой магнезии экономически нецелесообразна, поскольку существенно не уменьшается концентрация MgO в отходящем фильтрате.

Пример 3.

То же, что и в примере 1, но нейтрализацию кислой суспензии после выщелачивания с рН 1,2 до рН 7,0 проводят 30% раствором соды. После 3-часового вызревания суспензию фильтруют при 70°С со скоростью фильтрации 28 л/мин·м². Фильтрат, полученный после осаждения гидроксида магния, направляют на осаждение гидроксида магния из раствора сульфата магния.

Пример 4. То же, что и в примере 1, но в суспензию с рН 1,2 вводят 30%-ный водный раствор известкового молока. В этом случае объем фильтрата будет 4,7 л. Концентрация MgO в фильтрате 63,82 г/л или 300 г MgO. Фильтрат, полученный после осаждения гидроксида магния, направляют на осаждение гидроксида магния из раствора сульфата магния.

Пример 5

То же что и в примере 1, но нейтрализацию раствора сульфата магния проводят с добавлением фильтрата, полученного после предыдущего осаждения гидроксида магния. Качество полученного продукта такое же, как и в примере 1, а процессы нейтрализации и фильтрации протекают более интенсивно и экономическая эффективность существенно выше.

Таким образом, из приведенных примеров видно, что предлагаемый способ высокотехнологичен, экономически эффективен, прост, экологически чист и безотходен, позволяет использовать неограниченные запасы природного и техногенного сырья и существенно удовлетворять потребность российских предприятий в высокочистом оксиде магния.

Данный способ опробован в промышленном масштабе при переработке 200 тонн башкирского серпентинита.

Таблица 1
Фракционный состав измельченной руды
Частицы размером, мм										Содержание, мас.%
+0,5										Отсутст.
+0,4										0,5
+0,1										36,0
+0,071										58,2
-0,071										5,3
ИТОГО										100,0
Таблица 2
Химический состав измельченной руды, мас.%
MgO		Cr2О3			Fe2О3			А2О3				SiO2			CaO			ппп
33,5		1,63			5,67			1,1				33,5			1,08			23,52
Таблица 3
Минералогический состав, мас.%
Серпентин			Хромпикотит				Оливин (форстерит)						СаСО3				ппп
71,4			3,3				8,2						1,93				15,17
Таблица 4
Химический состав оксида магния (периклаза), мас.%
MgO	SiO2			Al2O 3		SO3			CaO		Fe2O3			Na2O		MnO			ппп
97,0	0,0015			0,0008		0,0011			0,24		0,0081			1,2		0,0485			1,5

Показатели качества периклаза:

Йодное число (активность) = 120,0 мг экв J/100 г MgO.

Насыпная плотность = 0,11 г/см³ .