способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов

Формула изобретения

Способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов, включающий механоактивацию концентратов, низкотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц концентратов, высокотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек, отличающийся тем, что высокотемпературную сульфатизацию бериллового концентрата ведут в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в их смеси в интервале 0,1:1-2:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии бериллия, в частности к переработке бериллийсодержащих рудных концентратов с получением раствора сульфата бериллия.

Известен способ переработки бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов, принятый за аналог [см. Дьячков Б.А. и др. Способ переработки бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов. Патент РФ по заяв. на изобрет. 2006129073 от 14.02.06. // Изобретения. Полезные модели: Офиц. бюлл. - М., 2006. - № 34. - С.35], согласно которому бертрандит-фенакит-флюоритовый концентрат измельчают (механоактивируют) в планетарной мельнице. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой, полученную реакционную массу сульфатизируют при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой. Сернокислую пульпу после выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной отмывке от сульфата бериллия. По остаточному содержанию бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия в сульфатный раствор.

При измельчении бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата происходит механоактивация минералов (разрушение кристаллических решеток и увеличение удельной площади поверхности, содержащихся в нем минералов). Это приводит к повышению их химической активности и осуществлению возможности глубокого вскрытия активированного таким образом бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата серной кислотой с образованием водорастворимого сульфата бериллия.

Недостатками способа-аналога является его непригодность для извлечения бериллия из бериллового концентрата.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности сходных признаков является способ извлечения бериллия из берилловых концентратов, принятый за прототип [см. Аксютенко B.C. и др. Способ извлечения бериллия из берилловых концентратов. Патент РФ по заяв. на изобрет. 2006129072 от 14.02.06. // Изобретения. Полезные модели: Офиц. бюлл. - М., 2006. - № 34. - С.34], предусматривающий механоактивацию бериллового концентрата в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 1,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь вначале не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком), затем не менее 1,5 ч при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой. Сернокислую пульпу после выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония. По остаточному содержанию бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из концентрата в раствор.

Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокое извлечение бериллия из бериллового концентрата в сульфатный раствор.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка способа извлечения бериллия из бериллиевых концентратов, обеспечивающего высокое извлечение бериллия в водорастворимый сульфат.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего механоактивацию концентратов, низкотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц концентратов, высокотемпературную сульфатизацию активированных концентратов серной кислотой, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек, согласно заявляемому изобретению высокотемпературную сульфатизацию концентрата ведут в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в их смеси в интервале 0,1:1-2:1 с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц смеси.

Решение поставленной задачи и достижение соответствующего технического результата обеспечивается тем, что в процессе механоактивации бериллового концентрата путем его измельчения происходит разрушение кристаллической решетки и увеличение удельной площади поверхности берилла, что повышает его химическую активность и обеспечивает в дальнейшем возможность глубокого вскрытия 93%-ной серной кислотой с образованием водорастворимого сульфата бериллия. В процессе последующей низкотемпературной сульфатизации при 95÷105°С и избытке серной кислоты. В процессе низкотемпературной сульфатизации непрерывно удаляются продукты реакции сульфатизации с поверхности частиц механоактивированного берилла (например, мелющими телами). При этом облегчается доступ молекул серной кислоты вглубь частиц механоактивированных минералов бериллия. Последующая высокотемпературная сульфатизация активированного бериллового концентрата ведется в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата (при массовом соотношении бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в интервале 0,1:1-2:1) при 250÷300°С с непрерывным механическим удалением продуктов реакции с поверхности частиц сырья. В этих условиях флюоритовая составляющая сырья взаимодействует с серной кислотой и образуется газообразный фтористый водород, который интенсивно реагирует с активированными силикатами бериллия, дополнительно вскрывая их. В результате такого вскрытия образуется газообразный фторид кремния и фторид бериллия. Последний взаимодействует с серной кислотой с образованием целевого продукта - сульфата бериллия. Если массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов на стадии их высокотемпературной сульфатизации более 2:1, то в образующейся реакционной смеси недостаточно флюоритовой составляющей для глубокого вскрытия сырья.

В заявляемом способе по сравнению со способом-прототипом обеспечивается в дальнейшем возможность высокого извлечения бериллия в сульфатный раствор.

Пример осуществления.

Для реализации заявляемого способа навески бериллового концентрата механоактивируют в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 2,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком). Затем осуществляют высокотемпературную сульфатизацию концентрата, которую проводят в присутствии бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата с заданным массовым соотношением к берилловому концентрату при 250÷300°С не менее 1,5 ч, непрерывно удаляя продукты реакции сульфатизации с поверхности частиц сырья (например, мелющими шарами). В процессе сернокислотного вскрытия активированного концентрата расход серной кислоты, растирание реакционной массы, температурный режим и длительность данного процесса назначают исходя из получения требуемой полноты вскрытия концентрата. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой при Т:Ж=1:5 (по сумме исходных концентратов), температуре 90÷100°С в течение 30-ти мин. Сернокислую пульпу с операции выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония (конц. 50 г/л), подкисленным серной кислотой до рН 3,5, при Т:Ж=1:7 (по сумме исходных концентратов) и температуре 80÷85°С в течение 15-ти мин. Отмытый кек сушат до постоянной массы, анализируют на содержание бериллия, после чего по остаточному количеству бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из сырья в раствор.

Для сравнения с заявляемым изобретением получают просульфатизированный продукт по способу-прототипу. С этой целью навески бериллового концентрата (0,5 г по бериллию) механоактивируют в планетарной мельнице с получением рентгеноаморфного продукта крупностью -5 мкм. Измельченный концентрат обрабатывают 93%-ной серной кислотой из расчета 1,6 мл кислоты на 1 г концентрата. Полученную реакционную массу сульфатизируют, выдерживая смесь вначале не менее 0,5 ч при температуре 95÷105°С (непрерывно растирая реакционную массу пестиком), затем не менее 1,5 ч при температуре 250÷300°С. Просульфатизированный продукт выщелачивают водой при Т:Ж=1:5 (по исходному концентрату), температуре 90÷100°С в течение 30-ти мин. Сернокислую пульпу с операции выщелачивания нейтрализуют раствором аммиака до рН ~3,5 и фильтруют. Полученный после фильтрования кек подвергают двукратной фильтр-репульпационной промывке водным раствором сульфата аммония (конц. 50 г/л), подкисленным серной кислотой до рН 3,5, при Т:Ж=1:7 (по исходному концентрату) и температуре 80÷85°С в течение 15-ти мин. Отмытый кек сушат до постоянной массы, анализируют на содержание бериллия, после чего по остаточному количеству бериллия в кеке определяют полноту извлечения бериллия из концентрата в раствор.

В табл.1 приведены характеристики концентратов, использованных в работе, а в табл.2 результаты осуществления способа по заявляемому изобретению и, для сравнения, по способу-прототипу.

Таблица 1
Химический состав бериллиевых концентратов
Наименование концентрата	Массовая доля компонентов, %
Be	SiO2	CaO	F	Al2 O3, FeO, Fe2O3 и др.
Бертрандит-фенакит-флюоритовый	4	25	30	10	31
Берилловый	2	55	1	1	41

Таблица 2
Сравнительные показатели процесса извлечения бериллия из бериллиевых концентратов по заявляемому способу и способу-прототипу.
№ примера	Способ реализации	Массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в примерах реализации заявляемого способа и способа-прототипа	Количество Be в отвальном кеке, мг	Извлечение Ве в раствор (по кеку), %
1	Заявляемый способ	4,5:1	25,0	95,0
2	2:1	10,0	98,0
3	1:1	7,5	98,5
4	0,1:1	5,0	99,0
5	Способ-прототип	100% бериллового концентрата в сырье	25,0	95,0
Примечание. Суммарное количество бериллия в берилловом и бертрандит-фенакит-флюоритовом концентратах в примерах 1-5 составляло 0,5 г.

Из данных, приведенных в табл.2, следует, что при осуществлении заявляемого способа (примеры 2-4, в которых массовое соотношение бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов составляет 2,0 и менее), извлечение бериллия из исходной сырьевой смеси концентратов в раствор составляет 98% и более. При повышении соотношения бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов в сырье более 2,0 извлечение бериллия в раствор снижается до 95,0 мас.% (пример 1, табл.2).

Для сравнения с заявляемым способом в табл.2 представлены результаты осуществления способа-прототипа (пример 5), для которого извлечение бериллия из бериллового концентрата в раствор составляет лишь 95%.

Таким образом, заявляемый способ в сравнении со способом-прототипом позволяет эффективно извлекать бериллий в водорастворимый сульфат, обеспечивая при этом увеличение степени извлечения бериллия более чем на 3%.