способ переработки магнийсодержащих материалов

Формула изобретения

1. Способ переработки магнийсодержащих материалов, включающий выщелачивание магнийсодержащего материала минеральной кислотой, фильтрацию для отделения твердого осадка от полученного раствора, нейтрализацию фильтрата с получением магния в осадке и термообработку осадка с получением оксида магния, отличающийся тем, что перед выщелачиванием проводят декарбонизирущий обжиг исходных магнийсодержащих материалов при температуре 720-780°С в слабовосстановительной атмосфере, кислородный потенциал которой меньше минус 385 кДж/моль О₂, затем охлаждают обожженные материалы в нейтральной атмосфере до температуры 100°С, при этом нейтрализацию фильтрата проводят карбонатом натрия или едким натром постадийно: на первой стадии при pH 4-4,5 с добавлением перекиси водорода для окисления двухвалентного железа до трехвалентного и осаждения его в виде Fe(ОН)₃, на второй стадии - при pH 7,0-8,0 для осаждения гидроксидов кальция и алюминия, а затем из фильтрата при pH 12 получают магний в осадке в виде карбоната или гидроксида, который направляют на термообработку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве магнийсодержащего материала используют отходы основной флотации талькового производства.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что отходы основной флотации талькового производства предварительно подвергают гравитационному обогащению.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии переработки нетрадиционных видов минерального сырья и предназначено для комплексного использования отвалов Шабровского талькового комбината (ШТК), т.е. для утилизации отходов производства горнорудной промышленности.

Известен способ переработки магнийсодержащих материалов (Сиваш В.Г., Перепелицын В.А., Митюшов Н.А. Плавленый переклаз. - Екатеринбург: «Уральский рабочий», 2001 год, 584 с.), основанный на растворении в соляной кислоте низкокачественных магнезитов, хвостов флотации и других материалов с высоким содержанием магния. В полученном растворе находятся примеси (не растворенные остатки) и хлориды металлов (Fe, Al, Cr, Na, Ca и др.), раствор нейтрализуют активной пылью до pH - 4-6. Образовавшийся осадок отфильтровывают и утилизируют. Фильтрат с MgCl₂ и CaCl₂ направляют в пирогидролиз и получают MgO, который после многократной промывки подвергают каустизации.

Способ имеет следующие недостатки. Процесс требует больших энергетических затрат, дорогостоящего кислотозащитного оборудования. На одну тонну MgO образуется до 10 тонн некондиционной соляной кислоты, на утилизацию которой требуются дополнительные затраты.

Известен способ переработки магнийсодержащего минерального сырья (RU 2097322, опубл. 1997.11.27), который заключается в следующем. Серпентинит разлагают серной кислотой концентрации 20-50%. На первой стадии получают осадок аморфного кремнезема и неразложившихся магнитных минералов (хромита и магнетита). Эту смесь подвергают электромагнитной сепарации с выделением концентрата магнетита и хромита и чистой двуокиси кремния. Полученный фильтрат нейтрализуют до pH 7-8,5, при этом из него осаждаются гидроксиды металлов хром-никель-железного состава. Из оставшегося фильтрата методом карбонизации получают карбонат магния, который прокаливанием переводят в окись магния. Из конечного раствора выпариванием получают сульфат натрия (тенардит).

К недостатком данного метода можно отнести большое время его проведения, невозможность выделения магнетита и хромита из осадка, образующегося в процессе выщелачивания отходов ШТК, поскольку данные минералы присутствуют в осадке в виде включений тонковкрапленной рудной пыли, занимающей до 10% объема зерна, использование дорогостоящего едкого натра для нейтрализации, безвозвратно расходуемого и выводимого из процесса в виде сульфата натрия. Применяемая для получения карбоната магния углекислота также не подлежит регенерации и при прокаливании карбоната магния теряется, что приводит к энергетическим потерям и загрязнению атмосферы.

В качестве прототипа выбран способ получения оксида магния при переработке магнийсодержащего сырья, включающий получение раствора сернокислого магния путем взаимодействия пульпы каустического магнезита с серной кислотой, последующей фильтрации его на фильтропрессе для отделения твердых примесей. Раствор на взаимодействие с карбонатом натрия подают с pH 8-9, а Na ₂CO₃ в реакционную смесь вводят в количестве 86-90% относительно магния в растворе. Кроме того, после соды в реактор в образовавшуюся пульпу вводят воду в количестве 1,7-2,5 об.% (SU 1770278, опубл. 1992.10.23).

Данный способ не может быть эффективно применен для переработки отходов основной флотации ШТК из-за следующих недостатков. Декарбонизирующий обжиг природного магнезита обычно ведут в окислительной среде при температуре 900°С. В этих условиях все железо, содержащееся в исходном сырье, будет находиться в 3- валентном состоянии и при получении раствора сернокислого магния перейдет в осадок, из которого его будет трудно извлечь. Тальк разлагается, что делает невозможным его использование.

Техническим результатом изобретения является комплексное использование отходов основной флотации талькового производства ШТК, с селективным извлечением магния, железа, кремния и других элементов в полезные продукты, такие как каустический магнезит, тальк, пигмент и др.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки магнийсодержащих материалов, включающем выщелачивание магнийсодержащего материала минеральной кислотой, фильтрацию для отделения твердого осадка от полученного раствора, нейтрализацию фильтрата с получением магния в осадке и термообработку осадка с получением оксида магния, согласно изобретению перед выщелачиванием проводят декарбонизирующий обжиг исходных магнийсодержащих материалов при температуре 720-780°С в слабовосстановительной атмосфере, кислородный потенциал которой меньше минус 385 кДж/моль О ₂, затем охлаждают обожженные материалы в нейтральной атмосфере до температуры 100°С, при этом нейтрализацию фильтрата проводят карбонатом натрия или едким натром постадийно: на первой стадии при pH 4-4,5 с добавлением перекиси водорода для окисления двухвалентного железа до трехвалентного и осаждения его в виде Fe(ОН)₃ , на второй стадии - при pH 7,0-8,0 для осаждения гидроксидов кальция и алюминия, а затем из фильтрата при pH 12 получают магний в осадке в виде карбоната или гидроксида, который направляют на термообработку.

При этом в качестве магнийсодержащего материала используют отходы основной флотации талькового производства, которые могут быть предварительно подвергнуты гравитационному обогащению.

Обжиг проводят при температурах 720-780°С, поскольку в данном интервале температур происходит интенсивная декарбонизация магнезита и брейнерита с образованием высокоактивного MgO, легко поддающегося выщелачиванию, а тальк не разрушается и может в дальнейшем использоваться по назначению после его осаждения на стадии выщелачивания. В условиях, когда кислородный потенциал атмосферы печи меньше минус 385 кДж/моль O₂, вюстит (FeO), появившийся в результате разложения брейнерита, не окислится, а магнетит и гематит будут восстанавливаться до вюстита. При добавлении перекиси водорода происходит перевод двухвалентного железа в трехвалентное по реакции Fe²⁺+H₂ O₂ Fe³⁺, которое при pH 4-4,5 будет осаждаться в виде Fe(ОН)₃. На второй стадии процесса при pH 7-8 осаждают гидроксиды Ca и Al, a затем при pH 12 магний переводят в осадок в виде карбоната или гидроксида. Осадок отмывают, фильтруют, сушат и обжигают.

Получающийся гидроксид железа может быть использован в различных отраслях производства (черной металлургии, как железорудный концентрат для прямого получения железа, в порошковой металлургии для производства железных порошков, в лакокрасочной промышленности в виде пигмента и т.п.).

Пример. Магнийсодержащий материал, получаемый в результате гравитационного обогащения хвостов основной флотации ШТК, со следующим химическим составом: MgO - 42,34%, SiO₂ - 5,03%, FeO -3,41%, Fe₂O₃ - 0,24%, CaO - 1,02%, Al₂ О₃ - 0,81%, п.п.- 47,15% и содержащий магнезит и брейнерит с примесью талька, кварца и т.п. (менее 10%) помещали в печь сопротивления для декарбонизации. Обжиг проводили при температуре 750°С в слабовосстановительной атмосфере. Реакционное пространство печи продували газом, содержащим 55% СО и 45% СО₂. Охлаждали с печью в нейтральной атмосфере. В результате был получен материал со следующим химическим составом: MgO - 61,48%, SiO ₂ - 19,78%, FeO - 12,93%, Fe₂O₃ - 0,84%, CaO - 2,0%, Al₂О₃ - 1,49%, п.п. - 1,48%. Минералогический анализ проб показал, что данный концентрат состоит в основном из магнезиовюстита и талька с небольшими примесями алюмосиликатов. Выщелачивание проводили при температуре 95°С серной кислотой, исходная концентрация кислоты 200 г/л, продолжительность выщелачивания 1 час. При этом все свободные оксиды магния и железа переводятся в раствор. Осадок имеет следующий химический состав: MgO - 29,54%, SiO₂ - 59,07%, Fe₂O₃ - 2,54%, CaO - 0,6%, Al₂O₃ - 4,45%, Cr ₂O₃ - 2,32%, п.п. - 1,48%. При удалении оксидов железа и хрома тальк такого состава можно использовать в производстве керамики и резинотехнических изделий. Фильтрат нейтрализовали карбонатом натрия до pH 4 и окисляли раствором перекиси водорода для перевода двухвалентного железа в трехвалентное. После нейтрализации раствора гидроксид трехвалентного железа выпадает в осадок. Высушенный осадок может быть использован в металлургии, а прокаленный и измельченный - для производства пигментов. Химический состав прокаленного осадка: Fe₂O₃ - 96,8%, Cr ₂O₃ - 1,72, MgO - 0,74%, SiO₂ - 0,26%, п.п. - 0,48%. При pH 7 осаждали Ca, Al и другие металлы. В раствор сульфата магния добавляли соду и при pH 12 проводили карбонизацию. Выпавший в осадок карбонат магния фильтровали, сушили и обжигали при 900°С, в результате был получен продукт состава: MgO - 96,12%, SiO₂ - 0,66%, Fe₂O₃ - 1,26%, CaO - 1,38%, Al₂О₃ - 0,3%, п.п. - 0,28%. Нейтрализацию проводили 20%-ным раствором соды, а окисление 37%-ным раствором перекиси водорода.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет экономически эффективно проводить комплексную переработку тальковой руды и отходов талькового производства с получением полезной продукции и одновременным улучшением экологической обстановки в окрестностях п.Шабры путем ликвидации отвалов.