способ извлечения бериллия из минерального сырья

Формула изобретения

Способ извлечения бериллия из минерального сырья, включающий приготовление шихты из сырья и карбоната натрия, плавление шихты, водную грануляцию плава, измельчение гранул, их распульповку в воде, обработку пульпы серной кислотой и водное выщелачивание с извлечением бериллия в раствор, отличающийся тем, что при приготовлении шихты в качестве минерального сырья используют сподумен-берилловый концентрат из расчета получения массового соотношения в ней SiO ₂/(Li₂O+Na₂O), равного 1,9÷2,6, а водное выщелачивание ведут с дополнительным извлечение лития.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке бериллийсодержащих концентратов сподумена.

Промышленными источниками бериллия являются минералы берилл [Ве ₃Al₂(SiO₃)₆], бертрандит [Be₄(Si₂O₇)(OH)₂] и фенакит [Be₂(SiO₄)] [Химия и технология редких и рассеянных элементов. В 2 т./ Под ред. К.А.Большакова. - Т.2: Технология редких и рассеянных элементов. - М.: Высшая школа, 1969. - С.113], переработку концентратов которых осуществляют по сульфатной технологии [Химия и технология редких и рассеянных элементов. В 2 т./ Под ред. К.А.Большакова. - Т.2: Технология редких и рассеянных элементов. - М.: Высшая школа,1969. - С.122-126; Журкова З.А., Матясова В.Е., Матясов Н.Г., Самойлов В.И. Способ извлечения бериллия из бериллиевых флотоконцентратов. - Патент РФ 2107742. - 1998. Бюл. № 9]. В силу тесной ассоциации бериллия и лития в рудах литиевые флотоконцентраты всегда содержат примесь бериллия [Химия и технология редких и рассеянных элементов. В 2 т./ Под ред. К.А.Большакова. - Т.2: Технология редких и рассеянных элементов. - М.: Высшая школа, 1969. - С.16-19, 115-116; Москевич М.М. Минерально-сырьевые ресурсы, производство и потребление бериллия, лития, ниобия и тантала в капиталистических странах. - М.: Недра, 1966. - С.22-93, 89, 122-159]. Так, содержание берилла во флотоконцентрате сподумена [LiAl(Si₂O₆)], может составлять 0,13 мас.% (в пересчете на бериллий) при содержании лития в указанном концентрате ~3 мас.%. Таким образом, сподуменовые концентраты, традиционно перерабатываемые на технические соединения лития [Химия и технология редких и рассеянных элементов. В 2 т./ Под ред. К.А.Большакова. - Т.2: Технология редких и рассеянных элементов. - М.: Высшая школа, 1969. - С.29-34], при повышенном содержании бериллия в указанных концентратах также могут рассматриваться в качестве промышленного источника бериллия. Из таких концентратов бериллий целесообразно извлекать попутно с литием при гидрометаллургической переработке этих концентратов на технические соединения лития.

Известен способ извлечения бериллия из бериллового концентрата [Эверест Д. Химия бериллия. - М.: Химия, 1968. - С123-125], принятый за аналог, предусматривающий предварительное плавление концентрата с флюсами (СаСО₃, Na₂ СО₃) и последующую грануляцию плава в воде, что приводит к образованию легко вскрываемого серной кислотой гранулята с переводом бериллия в водорастворимый сульфат.

Согласно способу-аналогу из бериллового концентрата и флюсов готовят шихту, в которой массовое соотношение SiO₂/(Na₂ O+CaO) составляет 2,5. Указанную шихту плавят, плав гранулируют в воде, затем измельчают. Измельченный гранулят обрабатывают разбавленной серной кислотой, сульфатизированный гранулят подвергают водному выщелачиванию с образованием раствора сульфата бериллия и нерастворимого отвального кека, которые разделяют после нейтрализации пульпы выщелачивания. Остаточное содержание токсичного бериллия в отвальном кеке оценивается 0,1÷0,3 мас.%, что ухудшает экологическое состояние окружающей среды при захоронении данного отхода бериллиевых производств [Журкова З.А., Матясова В.Е., Матясов Н.Г., Самойлов В.И. Способ извлечения бериллия из бериллиевых флотоконцентратов. - Патент РФ 2107742. - 1998. Бюл. № 9].

Недостатками способа-аналога являются высокое содержанием токсичного бериллия в экологически вредном отвальном кеке и ограниченность сырьевой базы способа-аналога берилловым концентратом. Кроме того, способ-аналог характеризуется дороговизной многостадийного процесса разложения концентрата и его последующего вскрытия серной кислотой, включающего энергоемкую плавку концентрата с дорогостоящими флюсами, грануляцию плава, измельчение гранулята, сульфатизацию измельченного гранулята, водное выщелачивание сульфатизированного гранулята, нейтрализацию пульпы выщелачивания раствором аммиака, разделение нейтрализованной пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и нерастворимый отвальный кек.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является сернокислотный способ извлечения бериллия из смеси бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов [Журкова З.А., Матясова В.Е., Матясов Н.Г., Самойлов В.И. Способ извлечения бериллия из бериллиевых флотоконцентратов. - Патент РФ 2107742. - 1998. Бюл. № 9].

Для осуществления способа-прототипа готовят шихту из смеси бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов из расчета получения массового соотношения в смеси SiO₂/CaO, равного 1,3÷1,4. К полученной смеси концентратов добавляют карбонат натрия из расчета получения массового соотношения в готовой шихте SiO₂/(Na₂O+CaO), равного 1,1÷1,3. Приготовленную шихту плавят, плав гранулируют в воде, затем измельчают. Измельченный гранулят обрабатывают разбавленной серной кислотой, сульфатизированный гранулят подвергают водному выщелачиванию с образованием раствора сульфата бериллия и нерастворимого отвального кека, которые разделяют после нейтрализации пульпы выщелачивания. Остаточное содержание токсичного бериллия в отвальном кеке, полученном по способу-прототипу, ухудшает экологическое состояние окружающей среды при захоронении данного отхода бериллиевых производств.

Недостатками способа-прототипа являются высокое содержанием токсичного бериллия в экологически вредном отвальном кеке, ограниченность сырьевой базы способа-прототипа берилловым и бертрандит-фенакит-флюоритовым концентратами. Кроме того, способ-прототип характеризуется дороговизной многостадийного процесса разложения смеси концентратов бериллия и ее последующего вскрытия серной кислотой, включающего энергоемкую плавку смеси с дорогостоящим карбонатом натрия, грануляцию плава, измельчение гранулята, сульфатизацию измельченного гранулята, водное выщелачивание сульфатизированного гранулята, нейтрализацию пульпы выщелачивания раствором аммиака, разделение нейтрализованной пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и нерастворимый отвальный кек.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа переработки бериллийсодержащего минерального сырья, обеспечивающего получение отвального кека с низким содержанием токсичного бериллия, расширяющего сырьевую базу бериллиевых производств, позволяющего удешевить процесс извлечения бериллия из минерального сырья.

Сущность заявляемого способа извлечения бериллия из минерального сырья заключается в том, что в отличие от известного способа-прототипа, включающего приготовление шихты из сырья и карбоната натрия, плавление шихты, водную грануляцию плава, измельчение гранул, их распульповку в воде, обработку пульпы серной кислотой и водное выщелачивание с извлечением бериллия в раствор, согласно заявляемому изобретению при приготовлении шихты в качестве минерального сырья используют сподумен-берилловый концентрат из расчета получения массового соотношения в ней SiO₂/(Li₂O+Na ₂O), равного 1,9÷2,6, а водное выщелачивание ведут с дополнительным извлечением лития.

Решение поставленной задачи и достижение соответствующих технических результатов обеспечивается тем, что в заявляемом способе составляют шихту [из сподумен-бериллового концентрата и карбоната натрия с массовым соотношением SiO ₂/(Li₂O+Na₂O), равным 1,9÷2,6], позволяющую в процессе ее плавки и водной грануляции плава получить легко вскрываемые серной кислотой литийбериллийсодержащие фазы гранулята. Согласно заявляемому способу бериллий извлекают из его нового сырья, что позволяет расширить сырьевую базу бериллиевых производств. В заявляемом способе бериллий извлекают из сподумен-бериллового концентрата с высоким содержанием лития - традиционного сырья производств технических соединений лития. При этом извлечение бериллия осуществляют попутно с целевым компонентом (литием), что позволяет удешевить процесс извлечения бериллия из минерального сырья за счет комплексного использования данного сырья.

Пример осуществления способа.

Способ осуществляется на обычном оборудовании с использованием сподумен-бериллового концентрата с содержанием лития, бериллия и кремния 2,95, 0,13 и 29,19 мас.% соответственно. Для осуществления заявляемого способа готовят шихту из указанного концентрата и карбоната натрия с массовым соотношением SiO₂/(Li₂O+Na ₂O) в шихте 1,9÷2,6. Полученную шихту загружают в графитовые тигли и плавят в шахтной печи при 1350°С в течение 30 мин. Расплав сливают в воду с температурой 15°С, полученные гранулы высушивают, измельчают.Измельченный плав распульповывают в воде при соотношении Т:Ж=1:1. В полученную пульпу добавляют 93%-ную серную кислоту из расчета 0,8 мл на 1 г плава. Образовавшиеся сульфаты выщелачивают водой при 95÷100°С, Т:Ж=1:5 (по исходному плаву) в течение 20 мин. Полученную пульпу нейтрализуют 8÷10% раствором аммиака до рН 3,5, после чего фильтруют. Отфильтрованный кек подвергают 2-кратной фильтр-репульпационной отмывке водой, подкисленной серной кислотой до рН 3,5, при 80÷90°С, Т:Ж=1:7 (по исходному плаву) в течение 15 мин. По остаточному содержанию бериллия и лития в отмытом кеке определяют степень их извлечения из концентрата в раствор.

В табл.1 приведены результаты осуществления заявляемого способа и, для сравнения, способа-прототипа.

Из данных табл.1 следует, что при осуществлении заявляемого способа извлечение бериллия и лития из сподумен-бериллового концентрата в сульфатный раствор составляет 99,5÷99,9 мас.% и 98,8÷99,3 мас.% соответственно (примеры 3 и 4).

Таблица 1 - Сравнительные показатели процесса переработки сподумен-бериллового концентрата по заявляемому способу и смеси из бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов по способу-прототипу.
№ примера	Способ реализации	Массовое соотношение SiO2/(Li2O+Na2O) в исходной шихте в заявляемом способе [массовое соотношение SiO 2/(Na2O+CaO) в исходной шихте в способе-прототипе]	Содержание Be(Li) в отвальном кеке, мг	Извлечение Be (Li) из концентратов в сульфатный раствор (по кеку),мас.%
1	Заявляемый способ	1,3	0,5 (68,10)	99,9 (99,4)
2	1,6	0,5 (68,10)	99,9 (99,4)
3	1,9	0,5 (79,45)	99,9 (99,3)
4	2,6	2,5 (136,2)	99,5 (98,8)
5	2,9	15,0 (351,85)	97,0 (96,9)
6	3,2	32,5 (737,75)	93,5 (93,5)
7	Способ-прототип	11,1]	5,0	99,0
8	[1,3]	15,0	97,0
Примечание: в примерах 1-6 загрузка Be и Li с исходной шихтой составила соответственно 0,5 г и 11,35 г; в примерах 7-8 загрузка Be с исходной шихтой составила 0,5 г.

При переработке шихты с массовым соотношением SiO₂/(Li₂O+Na₂O) более 2,6 (примеры 5 и 6) извлечение бериллия и лития существенно снижается (до 93,5÷97,0 мас.% и 93,5÷96,9 мас.% соответственно). Снижение массового соотношения SiO₂/(Li₂ O+Na₂O) в шихте ниже 1,9 (за счет увеличения количества карбоната натрия в шихте) (примеры 1 и 2) существенно не влияет на извлечение бериллия и лития из сподумен-бериллового концентрата в сульфатный раствор и экономически нецелесообразно из-за увеличения при этом расхода флюса, энергозатрат на плавку, расхода серной кислоты.

Для сравнения с заявляемым изобретением в табл.1 представлены результаты сернокислотного вскрытия активированной смеси бериллового и бертрандит-фенакит-флюоритового концентратов по способу-прототипу (примеры 7 и 8), по которому извлечение бериллия из смеси концентратов в сульфатный раствор составляет лишь 97,0÷99,0 мас.%.

Таким образом, заявляемый способ позволяет комплексно извлекать из сподумен-бериллового концентрата как литий, так и бериллий. При этом литий является целевым продуктом технологии получения технических соединений лития, а бериллий - побочным продуктом указанной технологии. За счет более полного извлечения бериллия в раствор в заявляемом способе (по сравнению со способом-прототипом) обеспечивается более низкое содержание токсичного бериллия в отвальном кеке, что позволяет повысить экологическую безопасность технологии извлечения бериллия из минерального сырья. Несмотря на то, что сподумен-берилловый концентрат характеризуется низким содержанием бериллия, его следует рассматривать в качестве перспективного источника бериллия, т.к. потребление лития в десятки раз превышает потребление бериллия и при переработке указанного сырья на технические соединения лития становится возможным попутно извлекать большие количества бериллия.