Способ переработки природного и техногенного кремний- кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора

Способ переработки природного и техногенного кремний- кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора

Реферат

 

Изобретение относится к технологии переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего сырья с примесью фосфора и может найти применение при получении продуктов, используемых в покрытиях сварочных электродов. Обработку концентрата проводят 2 - 12%-ной серной кислотой до получения в жидкой фазе весового соотношения Са : Р : S, равного 1 : (0,1 - 10) : (0,02 - 0,4), осадок отделяют от жидкой фазы и промывают водой. Сернокислотную обработку концентрата и промывку осадка ведут во взвешенном слое путем подачи соответственно смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом со скоростью 5-50 см/с. Процесс ведут при температуре 5 - 18°С. Достигаемый результат заключается в обеспечении степени очистки концентрата от примеси фосфора 96,4 - 98,9% и снижении содержания SO₃ в получаемом продукте до 0,006 - 0,09%, что делает его пригодным к использованию в составах покрытий сварочных электродов, а также в уменьшении расхода кислоты и промывной воды. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего сырья с примесью фосфора и может найти применение при получении продуктов, используемых в покрытиях сварочных электродов.

При переработке природного и техногенного сырья, в частности для получения компонентов покрытий сварочных электродов, возникает проблема очистки от фосфора и серы в процессе сернокислотного разложения присутствующих в сырье фосфорсодержащих апатитовых минералов: фторапатита, хлорапатита, гидроксоапатита и т.п.

Известен способ переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора, в частности сфенового концентрата (см. Горощенко Я.Г., Мотов Д.Л., Трофимов Г.В. Лабораторные опыты по переработке сфенового концентрата сплавлением с сульфатом аммония и серной кислотой // Сборник трудов по химической технологии минерального сырья Кольского полуострова. - М. -Л. : АН СССР, 1959.-С. 67-68), путем обработки его разбавленной 4%-ной серной кислотой в течение 24 ч, фильтрации суспензии и промывки осадка водой. Содержание пятиокиси фосфора снижается с 1,35% в исходном концентрате до 0,99% в промытом продукте. Степень очистки концентрата от примеси фосфора составляет 26,7%.

Недостатками способа являются низкая степень очистки концентрата от примеси фосфора, не позволяющая использовать полученный продукт в составах покрытий сварочных электродов, так как по установленным требованиям содержание ₂O₅ не должно превышать 0,05%, а также относительно высокая длительность процесса.

Известен также способ переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора, в частности сфенового концентрата (см. Химическая технология переработки редкометалльного сырья Кольского полуострова: Сб. ст./ИХТРЭМС КФ АН СССР.-Л.: Наука: 1972.-С.71-76), включающий обработку концентрата, содержащего P₂O₅ в количестве 1,58%, разбавленной серной кислотой с концентрацией 70-80 г/л при Т:Ж=1:3-1:5 и температуре 15-30^oC в течение 4 ч, отделение осадка от жидкой фазы фильтрацией и промывку осадка водой с удельным ее расходом 14-20 л. Высушенный продукт содержит, мас. %: P₂O₃ 0,1-0,13; SO₃ более 0,15. Степень очистки концентрата от примеси фосфора составляет 93,5%.

Недостатками известного способа являются недостаточно высокая степень очистки от примеси фосфора, а также то, что при использовании серной кислоты в продукт вносится примесь серы, что не позволяет использовать его в составах покрытий сварочных электродов, так как содержание последней лимитируется 0,10% по SO₃. Кроме того способ характеризуется большим удельным расходом серной кислоты и воды на промывку. Так, удельный расход серной кислоты (в расчете на 100%-ную) составляет 0,245 кг на 1 кг сфенового концентрата, а при содержании в нем P₂O₅ 1,58%, стехиометрический расход серной кислоты (в расчете на 100%-ную) составляет 0,015 кг на 1 кг сфенового концентрата, то есть удельный расход кислоты по данному способу превышает стехиометрический в 8-20 раз.

Техническим результатом способа является повышение степени очистки концентрата от примеси фосфора при одновременном снижении содержания серы, а также снижение расхода кислоты и промывной воды.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора, включающем обработку концентрата разбавленной серной кислотой, отделение осадка от жидкой фазы и промывку осадка водой, согласно изобретению, обработку концентрата проводят 2-12%-ной серной кислотой при температуре 5-18^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca : P : S, равного 1: (0,1-10): (0,02-0,4), при этом сернокислотную обработку концентрата и промывку осадка ведут во взвешенном слое путем подачи соответственно смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом.

Технический результат достигается также тем, что подачу смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом ведут со скоростью 5-50 см/сек.

Понижение концентрации серной кислоты менее 2% резко снижает скорость разложения фосфорсодержащей составляющей и значительно удлиняет процесс.

Повышение концентрации кислоты более 12% увеличивает степень перехода в жидкую фазу силикатной составляющей, а это приводит к изменению состава получаемого продукта, что отрицательно сказывается на использовании его в покрытиях сварочных электродов, и кроме того, приводит к ухудшению условий разделения твердой и жидкой фаз.

При соотношении Ca, P и S выше заявленных значений 1, 10 и 0,4 будет происходить образование безводного сульфата кальция CaSO₄, растворимость которого в воде значительно ниже, чем полуводного сульфата кальция CaSO₄ 0,5 H₂O, что приведет к увеличению расхода воды на отмывку от серы.

При соотношении Ca, P и S ниже заявленных значений 1, 0,1 и 0,02 снижается скорость разложения фторапатита, что увеличивает продолжительность отмывки концентрата от фосфорсодержащей примеси.

Обработка концентрата в газлифтном аппарате взвешенного слоя увеличивает площадь контакта промывного раствора и концентрата и интенсифицирует процесс разложения фосфорсодержащей примеси, сокращая продолжительность процесса.

Уменьшение скорости подачи раствора ниже 5 см/сек ухудшает условия перемешивания суспензии и снижает эффективность разложения фосфорсодержащей составляющей концентрата, что приводит к снижению степени очистки его от примеси фосфора. Увеличение скорости подачи раствора более 50 см/сек приводит к уменьшению времени контакта концентрата и сернокислого раствора и снижению эффективности процесса разложения фосфорсодержащей составляющей концентрата, и соответственно к снижению степени очистки его от примеси фосфора.

Снижение температуры процесса менее 5^oC приводит к заметному увеличению вязкости растворов и, как следствие, к дополнительным энергозатратам. Повышение температуры процесса более 18^oC увеличивает степень перехода в жидкую фазу различных компонентов обрабатываемого концентрата, что приводит к изменению состава получаемого продукта, снижающему эффективность использования его в покрытиях сварочных электродов.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими Примерами.

Пример 1. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм кианитового концентрата, содержащего, мас. %: SiO₂ 40,60; CaO 0,62; Al₂O₃ 56,60; MgO 0,05; Fe₂O₃ 0,64; FeO 0,12; MnO 0,05; Na₂O 0,04; K₂O 0,03; TiO₂ 0,14; P₂O₅ 0,90, обрабатывают 0,95 л 8%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек при температуре 18^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:1,3:0,05. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 2,3 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,015%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 98,7%. Содержание SO₃ в продукте - 0,08%.

Данные по удельному расходу серной кислоты и воды, а также достигаемые результаты по Примерам 1-13 приведены в Таблице.

Пример 2. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм кварц-полевошпатового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 73,90; CaO 0,74; Al₂O₃ 14,90; MgO 0,02; Fe₂O₃ 0,14; Na₂O 2,40; K₂O 7,80; P₂O₅ 0,18, обрабатывают 0,39 л 5%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 30 см/сек при температуре 15^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca: P: S, равного 1:3:0,15. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 0,6 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 30 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,010%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 94,5%. Содержание SO₃ в продукте - 0,10%.

Пример 3. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм диопсидового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 55,40; CaO 24,60; Al₂O₃ 1,30; MgO 14,50; Fe₂O₃ 2,10; FeO 1,50; MnO 0,07; Na₂O 0,20; K₂O 0,10; TiO₂ 0,40; P₂O₅ 0,60, обрабатывают 0,56 л 10%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек при температуре 12^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:7,8:0,30. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 1,8 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,009%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 98,5%. Содержание SO₃ в продукте - 0,09%.

Пример 4. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм флогопитового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 40,50; CaO 0,60; Al₂O₃ 12,20; MgO 23,30; F₂O₃ 3,10; FeO 2,90; Na₂O 0,70; K₂O 8,40; P₂O₅ 0,83, обрабатывают 1,94 л 5%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 5 см/сек при температуре 15^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:6,4:0,35. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 2,9 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 5 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,026%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 96,9%. Содержание SO₃ в продукте - 0,05%.

Пример 5. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм мусковитового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 45,50; CaO 0,41; Al₂O₃ 32,50; MgO 0,85; Fe₂O₃ 1,00; FeO 1,20; Na₂O 0,80; K₂O 9,70; P₂O₅ 0,45, обрабатывают 1,98 л 2%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 10 см/сек при температуре 18^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca: P: S, равного 1:8:0,4. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 1,2 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 10 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,012%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 97,3%. Содержание SO₃ в продукте - 0,04%.

Пример 6. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм форстеритового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 40,60; CaO 1,13; MgO 51,90; FeO 5,40; K₂O 0,05; TiO₂ 0,14; P₂O₅ 1,60, обрабатывают 0,93 л 12%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек при температуре 5^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:10:0,04. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 3,4 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,048%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 97,1%. Содержание SO₃ в продукте - 0,07%.

Пример 7. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм титаномагнетитового концентрата, содержащего, мас. %: SiO₂ 0,60; CaO 1,20; Al₂O₃ 0,41; Fe₂O₃ 37,10; FeO 36,90; TiO₂ 18,30; P₂O₅ 0,30, обрабатывают 1,48 л 2%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек при температуре 18^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:4:0,4. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 0,9 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,008%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 97,3%. Содержание SO₃ в продукте - 0,009%.

Пример 8. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм железорудного концентрата, содержащего, мас. %: SiO₂ 7,80; CaO 0,60; Al₂O₃ 0,40; MgO 0,70; Fe₂O₃ 63,40; FeO 26,70; MnO 0,10; P₂O₅ 0,40, обрабатывают 0,47 л 10%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек при температуре 5^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1: 8: 0,03. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 1,4 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 50 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,009%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 97,8%. Содержание SO₃ в продукте - 0,008%.

Пример 9. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм сфенового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 31,20; CaO 25,20; Al₂O₃ 0,30; MgO 0,65; Fe₂O₃ 1,90; FeO 0,60; TiO₂ 37,0; P₂O₅ 1,84, обрабатывают 1,16 л 12%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 45 см/сек при температуре 5^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:10:0,02. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 4,3 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 45 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,05%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 97,3%. Содержание SO₃ в продукте - 0,08%.

Пример 10. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм мелилитового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 38,40; CaO 35,10; Al₂O₃ 3,40; MgO 9,10; Fe₂O₃ 9,10; FeO 2,80; Na₂O 2,30; K₂O 0,10; P₂O₅ 0,20, обрабатывают 1,48 л 2%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 35 см/сек при температуре 15^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:0,1:0,30. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 0,9 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 35 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,006%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 96,9%. Содержание SO₃ в продукте - 0,03%.

Пример 11. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм дунитового концентрата, содержащего, мас.%: SiO₂ 40,02; CaO 0,74; Al₂O₃ 1,12; MgO 46,26; Fe₂O₃ 2,23; FeO 6,07; Na₂O 0,65; Cr₂O₃ 1,93, P₂O₅ 1,30, обрабатывают 0,85 л 12%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек при температуре 7^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca: P: S, равного 1:6:0,05. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 3,1 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 40 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,02%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 98,5%. Содержание SO₃ в продукте - 0,08%.

Пример 12. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм титанового шлака, содержащего, мас. %: SiO₂ 2,42; CaO 0,55; Al₂O₃ 2,90; MgO 0,70; FeO 4,20; TiO₂ 89,60; P₂O₅ 0,09, обрабатывают 0,95 л 8%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 45 см/сек при температуре 12^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca:P:S, равного 1:5:0,1. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 2,3 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 45 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,001%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 98,9%. Содержание SO₃ в продукте - 0,006%.

Пример 13. 1 кг измельченного до крупности 80-100 мкм оливинитового концентрата, содержащего, мас. %: SiO₂ 37,20; CaO 0,70; Al₂O₃ 0,60; MgO 40,00; Fe₂O₃ 12,90; FeO 5,40; Na₂O 0,21; K₂O 0,14; P₂O₅ 0,60, обрабатывают 1,16 л 5%-ной серной кислоты, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 30 см/сек при температуре 15^oC до получения в жидкой фазе весового соотношения Ca: P:S, равного 1:3:0,04. Осадок отделяют от жидкой фазы и промывают 1,8 л воды, которую подают в смеси с воздухом со скоростью 30 см/сек. Содержание P₂O₅ в полученном продукте составляет 0,02%. Степень очистки концентрата от примеси фосфора - 96,7%. Содержание SO₃ в продукте - 0,07%.

Таким образом из приведенных Примеров следует, что предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить степень очистки концентрата от примеси фосфора до 96,4-98,9% и снизить содержание серы в получаемом продукте до 0,006-0,09%, что делает его пригодным к использованию в составах покрытий сварочных электродов, а также уменьшить расход кислоты и промывной воды.

Формула изобретения

1. Способ переработки природного и техногенного кремний-кальцийсодержащего концентрата с примесью фосфора, включающий обработку концентрата разбавленной серной кислотой, отделение осадка от жидкой фазы и промывку осадка водой, отличающийся тем, что обработку концентрата проводят 2 - 12%-ной серной кислотой при температуре 5 - 18°С до получения в жидкой фазе весового соотношения Са: Р:S равного 1 :(0,1-10):(0,02-0,4), при этом сернокислотную обработку концентрата и промывку осадка ведут во взвешенном слое путем подачи соответственно смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу смеси кислоты с воздухом и смеси воды с воздухом ведут со скоростью 5 - 50 см/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1