способ переработки марганцевых концентратов для очистки от фосфора

Формула изобретения

Способ переработки марганцевого концентрата для очистки от фосфора, включающий спекание его с солями натрия при 950-1000°С в весовом соотношении 1:0,4, последующее водное выщелачивание с переводом фосфора в раствор, фильтрацию и сушку концентрата, отличающийся тем, что выщелачивание ведут с использованием воздействия ультразвуковых колебаний с частотой 18·10³-22·10 ³ Гц/с в течение 15-30 мин, а фильтрацию и сушку готового концентрата ведут в ультразвуковых полях с частотой колебаний 18·10³-22·10³ Гц/с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к производству марганцевых концентратов.

Известен способ переработки марганцевых концентратов, включающий обработку сырья азотной кислотой с целью очистки его от фосфора. При этом в раствор извлекается вредная примесь - фосфор [1]. Недостаток этого способа заключается в следующем. Кислотные способы переработки связаны с необходимостью применения дорогих и агрессивных материалов - кислот, дорогого кислотостойкого оборудования, герметичных агрегатов для выщелачивания концентратов. При переработке концентратов кислотой в раствор извлекается частично марганец и породообразующие минералы и фосфор. Переработка таких растворов является очень сложной и не применяется в промышленности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ спекания марганцевых концентратов с солями натрия (Na₂SO₄, NaCl, Na₂CO₃) при температурах 950-1000°С с последующим выщелачиванием спеков водой. При этом 15% фосфора извлекается в раствор и 55-60% фосфора возгоняется при спекании [2, 3]. Недостаток этого способа - низкое извлечение фосфора в раствор при выщелачивании спеченного концентрата. Кроме этого, известные способы очистки марганцевых концентратов от фосфора не имеют промышленного применения по причинам их сложности.

Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества марганцевого концентрата путем снижения в нем концентрации фосфора.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в интенсификации процесса извлечения фосфора из концентрата, спеченного с NaCl или Na ₂SO₄, в водный раствор при выщелачивании.

Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе переработки марганцевого концентрата для очистки от фосфора, включающем спекание его с солями натрия при 950-1000°С в весовом соотношении 1:0,4 последующее водное выщелачивание с переводом фосфора в раствор, фильтрацию и сушку концентрата, выщелачивание ведут с воздействием ультразвуковых колебаний частотой 18·10³-22·10³ герц в секунду в течение 15-30 минут, а фильтрацию и сушку готового концентрата ведут в ультразвуковых полях с частотой колебаний 18·10³-22·10³ герц в секунду.

Сущность заявленного изобретения состоит в том, что практически все месторождения России содержат повышенное количество фосфора. При выплавке марганца, ферромарганца, силикомарганца фосфор полностью переходит в металл. При легировании и раскислении стали указанными сплавами фосфор полностью переходит в сталь, что резко понижает ее качество. Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ. В известном способе выщелачивание ведут в течение 1 часа. Применение ультразвука позволяет сократить операцию выщелачивания до 15-30 минут. Значительно упрощается операция фильтрации раствора при применении ультразвука. Продолжительность сушки концентрата сокращается от 1,5 часа до 22 минут. Применение ультразвука позволяет сократить остаточное содержание кремния в концентрате на 2,9%. Увеличилось извлечение фосфора в раствор. Применение ультразвука позволило сократить продолжительность операций выщелачивания, фильтрации и сушки. Содержание фосфора в готовом концентрате составило 0,04% против 0,13% в прототипе.

Пример

Для исследования применяют марганцевые концентраты из руды Иркутской области, Уватская группа месторождений, участок Николаевский. Состав концентрата № 1: 50,4% Mn, 0,36% Р; состав концентрата № 2: 44,6% Mn, 0,35% Р. Режимы переработки концентратов приведены в таблицах 1, 2.

Методика исследования. Обогащенный марганцевый концентрат смешивался с солями натрия в соотношении 1:0,4, смачивался водой, укладывался в тигель и устанавливался в печь, где спекался при температуре 950-1050°С. По окончании спекания спеченная масса измельчалась и подвергалась выщелачиванию в воде при температуре 80°С с воздействием ультразвуковых колебаний 18·10³-20·10³-22·10 ³ герц в секунду в течение 15-30 минут. Фильтрацию и сушку полученного концентрата ведут в ультразвуковых полях с частотой колебаний 18·10³ герц в секунду. Полученные концентраты подвергали химическому анализу. В результате исследований установлено, что максимальное извлечение фосфора в раствор с воздействием ультразвуковых колебаний при 18·10³-22·10 ³ герц в секунду (таблица 1) достигается при выщелачивании в течение 15-30 минут. При снижении продолжительности выщелачивания до 4-6 минут и сохранении остальных параметров выщелачивания неизменными концентрация фосфора в переработанном концентрате (1) составила 0,10%. Снижение температуры раствора при выщелачивании до 20°С приводило к увеличению фосфора в переработанном концентрате (1) при оптимальных условиях обработки до 0,11%. Снижение частоты ультразвука до 9-14·10³ герц в секунду сопровождалось снижением качества концентрата и количество фосфора в нем при неизменных остальных параметрах возрастало до 0,09-0,11%. Увеличение частоты колебаний ультразвука выше 22·10³ герц в секунду не способствовало повышению качества концентрата по содержанию фосфора. Экспериментально установлено, что при изменении продолжительности выщелачивания от 15 до 30 минут и одновременном увеличении частоты ультразвуковых колебаний от 18·10³ до 22·10³ герц в секунду качество переработанного концентрата практически не менялось и остаточное содержание фосфора в нем колебалось в пределах 0.06-0.04%. При изменении частоты колебаний ультразвука в пределах 18·10³ до 22·10³ герц в секунду не наблюдалось резкого изменения качества концентратов и указанные в таблице параметры фильтрации и сушки следует считать оптимальными. Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ. В известном способе выщелачивание ведут в течение 1 часа. Применение ультразвука позволяет сократить операцию выщелачивания до 15-30 минут. Значительно упрощается операция фильтрации раствора при применении ультразвука. Продолжительность сушки концентрата сокращается от 1,5 часа до 22 минут. Применение ультразвука позволяет сократить остаточное содержание кремния в концентрате на 2,9%. Увеличилось извлечение фосфора в раствор. Применение ультразвука позволило сократить продолжительность операций выщелачивания, фильтрации и сушки. Содержание фосфора в готовом концентрате составило 0,04% против 0,13% в прототипе.

Таблица 1
Операция переработки	Температура раствора, °С	Продолжительность операции, мин	Частота ультразвука, герц в секунду	Содержание фосфора, переработанного концентрата, %
Выщелачивание	80	15	18·103	0,04
	60	15	18·10 3	0,04
	40	15	18·10 3	0,04
	20	15	18·10 3	0,11
	60	30	18·10 3	0,04
	60	45	18·10 3	0,04
	60	60	18·10 3	0,04
	60	15	9·10 3	0,14
	60	15	14·10 3	0,11
	60	15	18·10 3	0,04
	60	15	20·10 3	0,04
	60	15	22·10 3	0,04
	60	15	28·10 3	0,04
Фильтрация		8	9·103	0,04
раствора		4	18·103	0,04
		4	20·103	0,04
		4	22·103	0,04
		4	22·103	0,04
Сушка			18·10 3	Содержание
концентрата			20·10 3	воды в
		22	20·103	концентрате,
		10	20·103	%
		22	20·103	90
		30	22·103	90
		60		93
		22		93
				93
				93

Таблица 2
Оптимальные условия дефосфорации концентратов
Режим переработки	По прототипу	По предлагаемому изобретению
Удельный расход реагента кг/кг концентрата	0,4	0,4
Температура спекания, °С	950	950
Продолжительность спекания, мин	60	60
Исходная крупность обогащенного концентрата	Минус 0,16 мм	Минус 0,16 мм
Продолжительность выщелачивания, мин	60	15
Отношение ж:т в пульпе	3,0	3,0
Температура выщелачивания, °С	80	60
Реагенты для спекания	NaCl	NaCl
	Na2 SO4	Na2SO4
Продолжительность фильтрации одного литра раствора, мин	23	4
Сушка концентрата при 115°С, мин	120	22
Содержание Р и Mn в переработанных концентратах	1	52% Mn, 0,12% Р	54,9% Mn, 0,04% Р
2	48,9% Mn, 0,13% P	51,8% Mn, 0,04% P

Предлагаемый способ переработки марганцевого концентрата для очистки от фосфора позволяет получать качественные концентраты, пригодные для выплавки марганца, ферромарганца, силикомарганца с низким содержанием фосфора.

Источники информации

1. Толстогузов Н.В. Обесфосфоривание высокофосфористых марганцевых руд Николаевского месторождения / Н.В.Толстогузов, А.А.Агапова, В.А.Руденко, Н.Ф.Якушевич // Сборник научных трудов / Сибирский металлургический институт. Новокузнецк, 1969, с.215-220.

2. Коробейников А.П. Гидрометаллургическое обесфосфоривание марганцевых концентратов с использованием поваренной соли / А.П.Коробейников, М.Л.Поляков, Я.И.Ивашенцев // Горный журнал. - 1971. - № 11, с.63-65.

3. Коробейников А.П. Гидрометаллургическое обесфосфоривание марганцевых концентратов с использованием сульфата натрия / А.П.Коробейников, Н.В.Толстогузов, М.Л.Поляков / Известия высших учебных заведений. Горный журнал. - 1974. - № 5, с.168-172.