способ комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния

Формула изобретения

1. Способ комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния, включающий ее измельчение, классификацию, выщелачивание соляной кислотой, разделение суспензии на жидкую и твердую фазы, очистку жидкой фазы от примесей нейтрализацией и фильтрованием, упарку очищенного хлормагниевого раствора, синтез карналлита, его обезвоживание в присутствии хлористого водорода и электролиз с получением товарного магния, отработанного электролита, используемого для синтеза карналлита, и хлора, возвращаемого в процесс, и промывку твердой фазы, образующейся в результате солянокислотного выщелачивания, отличающийся тем, что руду, содержащую силикат магния, выщелачивают до остаточного содержания соляной кислоты не более 1,0-1,5% в суспензии, из хлора, полученного при электролизе, образуют хлористый водород и используют его при обезвоживании карналлита, а твердую фазу после промывки используют в производстве жидкого стекла.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердую фазу после выщелачивания руды, представляющую собой аморфный диоксид кремния, промывают до остаточной концентрации хлор-иона не более 0,3%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки минерального сырья, в частности к комплексной переработке серпентинита, с получением товарных продуктов.

Серпентинит представляет собой двуводный силикат магния, содержащий 21-24% Mg и 37-40% SiO₂, примеси железа, никеля, хрома, марганца и других элементов, и является сырьем для производства магния и его соединений, а также аморфного кремнезема и концентрата, содержащего соединения железа, никеля и других металлов.

Известен способ комплексной переработки серпентинита /Пат. РФ №2097322, С01В 33/142, опубл. 27.11.97/, включающий выщелачивание его серной кислотой. При этом получают периклаз, тенардит, аморфный кремнезем и магнетит. Основным недостатком этого способа является загрязнение аморфного кремнезема сульфатом кальция при использовании серпентинита с высоким содержанием кальция.

Известны способы получения магния из серпентинита /Пат. РФ №2233898, С22В 26/22, опубл. 22.09.1999; Пат. РФ №2237111, С25С 3/04, опубл. 24.06.2003; Пат. РФ №2244044, С25С 3/04, опубл. 10.01.2005/, согласно которым используется лишь одна составляющая серпентинита - магний, вторая его составляющая - кремний - не утилизируется.

Известен способ получения магния из кремнеземсодержащих отходов /Пат. РФ №2240369, С22В 26/22, С25С 3/04, опубл. 20.11.2004/, согласно которому помимо получения магния электролизом безводных хлоридов кремнеземсодержащий остаток используют для получения тетрахлорида кремния путем его хлорирования в расплаве хлоридов щелочных металлов в присутствии нефтяного или пекового кокса.

Известен способ переработки серпентинита /Пат.РФ №2241670, С01F 5/30, С25С 3/04; С01В 7/01, 33/14, опубл. 10.12.2004/, являющийся наиболее близким аналогом-прототипом.

Сущность способа заключается в следующем. Магний из серпентинита выщелачивают соляной кислотой с получением суспензии, которую фильтруют с получением хлормагниевого раствора и осадка диоксида кремния. Хлормагниевый раствор очищают от примесей нейтрализацией и фильтрованием. Из очищенного раствора и отработанного электролита синтезируют карналлит, обезвоживают его и подвергают электролизу с получением магния, отработанного электролита и хлора, который используют для хлорирования диоксида кремния с получением тетрахлорида кремния, его парофазного гидролиза с получением аэросила и хлористого водорода, используемого для обезвоживания карналлита и получения соляной кислотой для выщелачивания серпентинита.

Основными недостатками данного способа являются необходимость дополнительного измельчения диоксида кремния и его прокаливания перед хлорированием, сложность очистки технического тетрахлорида кремния от примесей, высокая температура парофазного гидролиза, что приводит к значительным энергозатратам и увеличению затрат на переработку серпентинита.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния, снижение энергозатрат и расхода нейтрализующего реагента для очистки хлормагниевого раствора, а также получение аморфного диоксида кремния для производства высококачественного жидкого стекла.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявленного изобретения, заключается в выщелачивании соляной кислотой руды, содержащей силикат магния, в использовании аморфного диоксида кремния для производства жидкого стекла, в обезвоживании карналлита в присутствии хлороводорода, полученного из хлора со стадии электролиза, и получении соляной кислоты из отходящих газов после обезвоживания карналлита.

Указанный технический результат достигается при осуществлении предлагаемого способа комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния, сущность которого определяется следующей совокупностью существенных признаков:

- измельчение руды и ее классификация до определенного класса;

- выщелачивание серпентинита соляной кислотой;

- разделение суспензии на жидкую и твердую фазы;

- очистку жидкой фазы от примесей нейтрализацией и фильтрованием;

- упарку очищенного хлормагниевого раствора и синтез карналлита с использованием отработанного электролита;

- обезвоживание карналлита и его электролиз;

- промывку твердой фазы, образующейся в результате солянокислотного выщелачивания руды, и использование осадка в производстве жидкого стекла.

Существенными отличительными признаками предлагаемого способа является то, что выщелачивание осуществляют до остаточного содержания не более 1,0-1,5% HCl в суспензии; промывку осадка, представляющего собой аморфный диоксид кремния, ведут до остаточного содержания хлор-иона не более 0,3%.

Из сравнения рассматриваемых способов следует, что вышеуказанные новые приемы выполнения действий и новый порядок их выполнения обеспечивают достижение технического результата при осуществлении изобретения.

На чертеже изображена технологическая схема комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния, с получением магния, жидкого стекла, концентрата оксидов металлов железа, никеля, кобальта, марганца, хрома и др.

Серпентинит измельчают, классифицируют и выщелачивают раствором соляной кислоты, образующейся при абсорбции отходящих газов после обезвоживания карналлита, содержащих хлороводород. Выщелачивание осуществляют до остаточного содержания свободной соляной кислоты 1,0-1,5% HCl, полученную суспензию отстаивают и фильтруют. Фильтрат (хлормагниевый раствор) очищают от примесей нейтрализацией гидратированным оксидом магния в присутствии хлора, выпавшие гидроксиды металлов отделяют от раствора фильтрованием. Осадок гидроксидов металлов отмывают от хлор-иона, сушат и прокаливают с получением концентрата оксидов металлов железа, никеля, кобальта, марганца, хрома и др., который является сырьем для металлургической промышленности.

Очищенный хлормагниевый раствор упаривают, смешивают с отработанным электролитом для получения синтетического карналлита, который обезвоживают в две стадии, на первой - в присутствии хлороводорода, образующегося из анодного хлоргаза, подаваемого в топку аппарата обезвоживания, на второй - в расплавленном состоянии при подаче в аппарат обезвоживания осушенного воздуха или инертного газа (азот, аргон). Отходящие газы после обезвоживания, содержащие хлороводород, направляют на абсорбцию водой с получением соляной кислоты, используемой для выщелачивания руды. Безводный карналлит подвергают электролизу с получением товарного магния, а также хлора и отработанного электролита, возвращаемых в процесс.

Твердую фазу, представляющую собой аморфный диоксид кремния, промывают в противоточном режиме водой до остаточного содержания хлор-иона не более 0,3%. Осадок после промывки используют для производства различной кремнеземсодержащей продукции, например жидкого стекла. Для этого аморфный диоксид кремния смешивают с раствором гидроксида натрия и полученную суспензию подвергают гидротермальной обработке.

Осуществление процесса переработки руды, содержащей силикаты магния, в заявляемых условиях обеспечивает комплексную переработку сырья на товарные продукты, упрощает процесс их получения, снижает энергозатраты и расход нейтрализующего реагента.

Как показали проведенные исследования, при выщелачивании серпентинита до остаточного содержания соляной кислоты менее 1% значительно увеличивается время выщелачивания за счет снижения скорости процесса, а степень извлечения магния и других компонентов практически не изменяется. При выщелачивании до остаточного содержания HCl>1,5% возрастает расход нейтрализующего реагента, что приводит к общему удорожанию технологии.

При промывке аморфного кремнезема водой до остаточного содержания менее 0,3% хлор-иона образуется значительное количество неутилизируемых промвод. При промывке до остаточного содержания >0,3% хлор-иона ухудшается качество получаемого из кремнезема жидкого стекла: возрастает количество водонерастворимых веществ, появляется мутность. Эти показатели приводят к отрицательному влиянию на качество производимых из жидкого стекла продуктов, например синтетических моющих средств, осажденного кремнезема и др.

Далее приведен пример осуществления способа.

Пример

В реактор загрузили 1000 г серпентинита, измельченного до фракции -0,3+0,1 мм, содержащего, мас.%: 36,72 MgO; 2,74 CaO; 38,20 SiO₂; 7,57 Fe₂O₃; 0,21 MnO; 0,28 NiO; 0,01 CoO; 1,42 Al₂О ₃; 0,32 Cr₂О₃ ; 12,48 п.п.п., и 3,8 дм³ 20%-й соляной кислоты. В результате выщелачивания в противоточном режиме, отстаивания и фильтрования получено 3,2 дм³ хлормагниевого раствора, плотностью 1,204 г/см³, содержащего, г/дм³: 224 MgCl₂; 8,5 CaCl₂; 40 FeCl₃ ; 0,93 MnCl₂; 1,22 NiCl ₂; 0,22 CoO; 9,3 AlCl₃; 1,67 CrCl ₃; 10,0 HCl. Осадок отмыли от хлоридов и получили 407 г аморфного диоксида кремния в пересчете на сухое вещество следующего состава, мас.%: 82,9 SiO₂; 0,9 MgO; 2,35 CaO; 0,9 Fe₂О₃; 0,01 MnO; 0,03 NiO; 0,01 CoO; 0,17 Al₂O ₃; 0,04 Cr₂О₃ ; 0,25 Cl'; 12,44 п.п.п.

Кислый хлормагниевый раствор обработали гидратированным оксидом магния в количестве 128,78 г и хлором до рН 6,5 при температуре 80-90°С. Полученную суспензию отфильтровали, осадок промыли водой, высушили и прокалили. При этом получено 87,88 г концентрата оксидов металлов, следующего состава, мас.%: 71,7 Fe₂О ₃; 2,33 MnO₂; 2,55 NiO; 0,47 CoO; 12,92 Al₂О₃; 2,7 Cr₂O₃. Такой концентрат является качественным сырьем для производства металлургической продукции.

Очищенный хлормагниевый раствор в количестве 3,25 дм³, содержащий 285,9 г/дм ³ MgCl₂, упарили до 400 г/дм ³, MgCl₂ смешали при нагревании с 968,5 г отработанного электролита, содержащего, мас.%: 5,4 MgCl ₂; 75 KCl; 18 NaCl; 0,5 CaCl₂. Суспензию охладили с выделением синтетического карналлита, который обезвоживали на первой стадии в присутствии хлороводорода, образующегося из анодного хлоргаза, подаваемого в топку аппарата обезвоживания, на второй - в расплавленном состоянии при подаче осушенного воздуха или инертного газа (аргон, азот). При этом получено 1655,54 г безводного карналлита с содержанием, мас.%: 49,2 MgCl ₂; 37,6 KCl; 0,2 MgO; 0,1 H₂O; 0,5 CaCl₂; 12,4 NaCl.

Отходящие газы стадии I обезвоживания карналлита, содержащие хлороводород, абсорбировали водой с получением соляной кислоты, используемой на стадии выщелачивания руды.

Из безводного карналлита электролизом получили товарный магний, хлор и отработанный электролит, возвращаемые в производство.

Аморфный диоксид кремния смешали с 0,8 дм³ раствора гидроксида натрия концентрацией 150 г/дм ³ NaOH, подвергли гидротермальной обработке при температуре 95-100°С в течение 1 ч. В результате получено 1306 г жидкого натриевого стекла с силикатным модулем 3,5.

Таким образом, описанная выше технология позволяет решить задачу комплексной переработки руды, содержащей силикаты магния, снизить энергозатраты и расход нейтрализующего реагента для очистки хлормагниевого раствора от примесей, а также получения высококачественного аморфного кремнезема. При этом по данному способу, кроме товарного магния, возможно получение жидкого стекла, которое находит широкое использование в различных отраслях промышленности, и концентрата оксидов металлов - сырья для производства металлургической продукции.