Способ переработки пенного продукта обратной нефелиновой флотации

Способ переработки пенного продукта обратной нефелиновой флотации

Реферат

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых и химической технологии неорганических веществ.

Комплексные апатитонефелиновые руды Хибинского массива Кольского полуострова состоят из шести основных минералов. Сюда относятся апатита, нефелин, полевой шпат, титаномагнетит, сфен и эгирин.

При существующем уровне развития производства из комплексной руды извлекают почти полностью апатит и примерно 1/3 часть нефелина. Остальные минералы попадают в отходы и складируются в специальных местах - хвостохранилищах, которые создают комплекс экологических проблем в местах их расположения.

Одной из основных операций, применяемых в условиях промышленного производства при обогащении апатитонефелиновых руд, является обратная флотация нефелина. Особенность этой операции в том, что нефелиновый концентрат получают в виде камерного продукта флотационных машин. В пенный продукт флотационных машин извлекают минералы, присутствие которых в нефелиновом концентрате недопустимо или нежелательно. Сюда попадают остатки апатита, сфен, эгирин, частично нефелин и немного полевого шпата. Этот продукт в настоящее время представляет собой отход производства и соответственно удаляется в хвостохранилище.

Существует большое количество разработок, в которых предложены пути и способы переработки пенного продукта обратной нефелиновой флотации. Так, известен способ переработки пенного продукта обратной нефелиновой флотации с получением сфенового и эгиринового концентратов - статья А.И.Андреева, А.Ш.Гершенкоп, В.Н.Лыгач и др. "Разработка и полупромышленные испытания комбинированной схемы комплексного обогащения руды Партомчоррского месторождения" в сборнике "Комплексное обогащение фосфорсодержащих руд", г. Апатиты, изд. Горного института Кольского филиала АН СССР, 1978, с.3-14 (аналог).

Предложенный способ включает три флотационных перечистки пенного продукта основной нефелиновой флотации, обесшламливание пенного продукта третьей перечистки, два приема обогащения обесшламленного материала на концентрационном столе, сушку гравитационного концентрата и магнитную сепарацию сухого материала с получением сфенового и эгиринового концентратов. Получаемый при этом сфеновый концентрат содержит до 36% ценного компонента - диоксида титана и в значительном количестве примеси апатита - более 1% по Р₂О₅ и нефелина - более 1% по Al₂О₃. Эгириновый концентрат небогатый и содержит 60-70% эгирина. Концентраты такого качества не находят промышленного применения.

Таким образом, к недостаткам данного способа следует отнести невысокое качество получаемых концентратов и наличие большого количества отходов обогащения, загрязняющих окружающую среду и занимающих большие площади поверхности земли.

Известен способ переработки отходов апатито-нефелиновой флотации - патент РФ №2197430, БИ №3, 2003 (прототип).

Способ включает магнитную сепарацию пенного продукта обратной нефелиновой флотации с получением немагнитной фракции, обработку немагнитной фракции раствором серной кислоты концентрацией 10-15% до достижение рН 1,4-2,2, отделение жидкой фазы, повторную обработку твердой фазы раствором серной кислоты концентрацией 5-15% при температуре 40-100°С в течение 1-5 ч, отделение твердого остатка и его сушку. Способ в значительной мере устраняет недостатки, присущие аналогу. Так повышается качество сфенового концентрата до 37-39% по диоксиду титана при почти полном удалении из него примесей апатита и нефелина, снижается количество отходов и увеличивается количество получаемых продуктов. Кроме сфенового концентрата предусматривается получение жидкого композиционного алюмосиликатного коагулянта и фосфорного раствора, который можно использовать для производства ортофосфорной кислоты или композиционного алюмофосфатного антикоррозионного пигмента.

К недостаткам способа следует отнести следующее. С отходами производства теряется эгирин, присутствующий в пенном продукте обратной нефелиновой флотации в достаточном количестве. Полученный по этому способу сфеновый концентрат содержит примеси фосфора в количестве 0,1-0,2% по Р₂O₅, что ограничивает область его применения только получением титансодержащей пигментной композиции.

Настоящее техническое решение направлено на увеличение количества целевых продуктов, получаемых из пенного продукта обратной нефелиновой флотации, снижение количества отходов производства и снижение доли фосфора в сфеновом концентрате.

Поставленная цель достигается за счет того, что, во-первых, подбирая режим проведения операции магнитной сепарации пенного продукта обратной нефелиновой флотации, получают в магнитной фракции товарный продукт - эгириновый концентрат, во-вторых, изменяя условия проведения очистки немагнитной фракции от фосфора добиваются снижения его содержания в сфеновом концентрате и, в-третьих, вводя операцию магнитной сепарации твердого остатка после сушки и подбирая режим ее проведения, добиваются получения двух товарных продуктов: сфенового и эгиринового концентратов, очищенных от примесей апатита и нефелина.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переработки отходов от флотации апатита и нефелина, включающем магнитную сепарацию пенного продукта обратной нефелиновой флотации с получением немагнитной фракции, обработку немагнитной фракции 3-11,5% раствором серной кислоты до окончания реакции и достижения рН 1,4-2,2, отделение жидкой фазы, повторную обработку твердой фазы раствором серной кислоты при температуре 40-100°С в течение 1-5 ч, отделение твердого остатка и его сушку, магнитную сепарацию пенного продукта обратной нефелиновой флотации в поле с магнитной индукцией 0,8-1,6 Тл, получая в магнитной фракции товарный продукт - эгириновый концентрат, содержащий 85-90% эгирина, при очистке от апатита обработку твердой фазы производят раствором серной кислоты концентрацией 5-10% в два приема с подачей в первом приеме такого количество кислоты, чтобы ее концентрация в суспензии составляла 50-60 г/л, добиваясь при этом наиболее полного растворения апатита, магнитную сепарацию высушенного твердого остатка после растворения апатита проводят в поле с магнитной индукцией 0,8-1,6 Тл, получая в магнитной фракции эгириновый концентрат, содержащий 85-90% эгирина, а в немагнитной - сфеновый концентрат, содержащий 37-39% диоксида титана и 0,02-0,1% Р₂О₅.

Магнитная сепарация пенного продукта обратной нефелиновой флотации в магнитном поле с индукцией менее 0,8 Тл и более 1,6 Тл приводит к снижению доли эгирина в эгириновом концентрате менее 80% в первом случае за счет недоизвлечения эгирина в магнитную фракцию, во втором - за счет попадания в магнитную фракцию большого количества второстепенных минералов.

Обработка твердой фазы для удаления апатита серной кислотой концентрацией менее 5% не обеспечивает требуемой степени очистки продукта от фосфора. При концентрации серной кислоты выше 10% наблюдается увеличение содержания в твердом остатке сернокислого маточника, что осложняет его дальнейшую переработку.

Подача серной кислоты на очистку твердой фазы от апатита в один прием не обеспечивает требуемой степени очистки продукта от фософора, т.к. избыточная концентрация серной кислоты в первый момент времени приводит к образованию на поверхности зерен апатита, особенно крупных, частиц фосфогипса, который препятствует дальнейшему растворению апатита. Для более полного растворения апатита кислоту следует подавать в два приема. Причем в первый прием следует подавать столько кислоты, чтобы ее концентрация в суспензии составляла 50-60 г/л. Концентрация кислоты менее 50 г/л приводит к увеличению общей продолжительности процесса. Концентрация кислоты выше 60 г/л приводит к образованию на поверхности зерен апатита частиц фосфогипса.

Проведение операции магнитной сепарации пенного продукта обратной нефелиновой флотации в поле с магнитной индукцией 0,8-1,6 Тл приводит к увеличению содержания эгирина в немагнитной фракции. В связи с этим после очистки такого продукта от примесей нефелина и апатита получается не сфеновый концентрат, как в известном способе, а сфено-эгириновый продукт. Разделение его на товарные эгириновый и сфеновый концентраты осуществляется в магнитном поле с величиной магнитной индукции 0,8-1,6 Тл. При величине магнитной индукции менее 0,8 Тл и более 1,6 Тл не получается требуемой селективности разделения сфено-эгиринового продукта на сфеновый и эгириновый концентраты. В первом случае наблюдается засорение эгирином сфенового концентрата, во втором наоборот - засорение сфеном эгиринового концентрата.

Способ осуществляется следующим образом. Пенный продукт нефелиновой флотации направляют на сепарацию в магнитном поле с величиной магнитной индукции 0,8-1,6 Тл. В магнитной фракции получают эгириновый концентрат, содержащий 86-90% эгирина, пригодный для изготовления фрикционных накладок для тормозных колодок и в составе порошковых смесей для пожаротушения. Немагнитную фракцию загружают в реактор, куда последовательно при перемешивании вводят воду и серную кислоту до концентрации H₂SO₄ в суспензии 3-11,5%. После окончания реакции и достижения рН 1,4-2,2, отделяют жидкую фазу, представляющую собой композиционный алюмосиликатный коагулянт, а твердую фазу вновь загружают в реактор, куда последовательно при перемешивании вводят воду, а затем в два приема серную кислоту. Причем в первый прием кислоты вводится столько, чтобы ее концентрация в суспензии составляла 50-60 г/л. После того, как первая порция кислоты прореагирует и рН суспензии превысить значение 0,5, вводят остальную кислоту до значения рН, менее или равного 0,4, а общая концентрация кислоты в суспензии составляла 5-10%. В общем, по времени суспензию, обработанную кислотой, выдерживают при температуре 40-100°С в течение 1-5 ч, затем отделяют жидкую фазу, а твердый остаток подвергают сначала сушке, а потом магнитной сепарации в поле с величиной магнитной индукции 0,8-1,6 Тл. При этом в магнитной фракции получают эгириновый концентрат, содержащий 85-90% эгирина, пригодный для использования в качестве стеклосмазки при прокатке труб и составной части порошков для пожаротушения, а в немагнитной - сфеновый концентрат, содержащий 37-39% диоксида титана и не более 0,02-01% по P₂O₅ примеси фосфора, пригодный для применения не только для производства титансодержащей пигментной композиции, но и в качестве составной части порошковых материалов, используемых для изготовления обмазок для сварочных электродов.

Все ценные компоненты пенного продукта обратной нефелиновой флотации (апатит, нефелин, эгирин, сфен) сконцентрированы в виде концентратов и композиционных продуктов целевого назначения. Количество отходов минимальное.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1000 кг пенного продукта обратной нефелиновой флотации и магнитной сепарацией в поле с магнитной индукцией 0,8 Тл выделяют из него в магнитную фракцию 450 кг эгиринового концентрата, содержащего 88,4% эгирина. Немагнитную фракцию в количестве 550 кг помещают в реактор, куда последовательно при перемешивании добавляют воду и серную кислоту так, чтобы концентрация H₂SO₄ составляла 5%, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь помещают в реактор и добавляют туда последовательно при перемешивании воду и серную кислоту так, чтобы концентрация Н₂SO₄ в суспензии составляла 50 г/л, и выдерживают до достижения рН суспензии значения 0,5, вводят остальную кислоту по количеству, необходимому для растворения апатита. Смесь выдерживают при температуре 40°С, отделяют твердый остаток, сушат его и подвергают магнитной сепарации в моле с магнитной индукцией 0,8 Тл, получая в магнитной фракции эгириновый концентрат, содержащий 86% эгирина в количестве 115 кг и сфеновый концентрат, в количестве 260 кг с содержанием 37% TiO₂ и 0,1% Р₂О₅.

Пример 2. Берут 1000 кг пенного продукта обратной нефелиновой флотации и магнитной сепарацией в поле с магнитной индукцией 1,2 Тл выделяют из него в магнитную фракцию 465 кг эгиринового концентрата, содержащего 87,3% эгирина. Немагнитную фракцию в количестве 535 кг помещают в реактор, куда последовательно при перемешивании добавляют воду и серную кислоту так, чтобы концентрация H₂SO₄ составляла 8%, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь помещают в реактор и добавляют туда последовательно при перемешивании воду и серную кислоту так, чтобы концентрация H₂SO₄ в суспензии составляла 55 г/л, и выдерживают до достижения рН суспензии значения 0,5, после чего вводят остальную кислоту по количеству, необходимому для растворения апатита. Смесь выдерживают при температуре 70°С, отделяют твердый остаток, сушат его и подвергают магнитной сепарации в моле с магнитной индукцией 1,2 Тл, получая в магнитной фракции эгириновый концентрат, содержащий 87% эгирина в количестве 110 кг и сфеновый концентрат, в количестве 220 кг с содержанием 38% TiO₂ и 0,04% P₂O₅.

Пример 3. Берут 1000 кг пенного продукта обратной нефелиновой флотации и магнитной сепарацией в поле с магнитной индукцией 1,6 Тл выделяют из него в магнитную фракцию 470 кг эгиринового концентрата, содержащего 86,9% эгирина. Немагнитную фракцию в количестве 530 кг помещают в реактор, куда последовательно при перемешивании добавляют воду и серную кислоту так, чтобы концентрация H₂SO₄ составляла 11,2%, а рН был равен 1,9, отделяют жидкую фазу, являющуюся при данных условиях получения алюмокремниевым коагулянтом-флокулянтом, а твердую фазу вновь помещают в реактор и добавляют туда последовательно при перемешивании воду и серную кислоту так, чтобы концентрация H₂SO₄ в суспензии составляла 60 г/л, и выдерживают до достижения рН суспензии значения 0,5, после чего вводят остальную кислоту по количеству необходимому для растворения апатита. Смесь выдерживают при температуре 100°С, отделяют твердый остаток, сушат его и подвергают магнитной сепарации в поле с магнитной индукцией 1,6 Тл, получая в магнитной фракции эгириновый концентрат, содержащий 86,4% эгирина в количестве 123 кг и сфеновый концентрат, в количестве 262 кг с содержанием 39% TiO₂ и 0,02% Р₂O₅.

Пример 4. Берут 1000 кг пенного продукта обратной нефелиновой флотации и магнитной сепарацией в поле с магнитной индукцией 1,6 Тл, выделяют из него в магнитную фракцию 470 кг эгиринового концентрата, содержащего 86,9% эгирина, и помещают его в реактор, куда последовательно добавляют воду и серную кислоту до достижения концентрации кислоты 5% и рН, равном 0,6, выдерживают в течение 1,5 ч при температуре 45°С, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу сушат, получая эгириновый концентрат, содержащий 92,1% эгирина.

В таблице приведен сравнительный анализ известного и предлагаемого способов. Приведенные в описании заявки данные свидетельствуют, о том, что предлагаемое техническое решение позволяет увеличить количество целевых продуктов, получаемых из пенного продукта обратной нефелиновой флотации, значительно сократить количество отходов, снизить содержание фосфора в сфеновом концентрате.

Таблица 1
Способ	Характеристика целевых продуктов	Экологические проблемы	Состав сфенового концентрата
1	2	3	4
Прототип	- композиционный алюмосиликатный коагулянт (из нефелина)- фосфорная кислота для алюмофосфатного антикоррозионного пигмента (из апатита)- сфеновый концентрат	складирование эгирина в виде твердого отхода, загрязнение воздушного бассейна пылью.	Содержание Р2O5 0,1-0,2%

1	2	3	4
Заявляемое техническое решение	- композиционный алюмосиликатный коагулянт (из нефелина)- фосфорная кислота для алюмофосфатного антикоррозионного пигмента (из апатита)- сфеновый концентрат- эгириновый концентрат	сокращение количества твердых отходов	Содержание Р2O5 0,02-0,1%. Расширение рынка сбыта продукции

1. Способ переработки пенного продукта обратной нефелиновой флотации, включающий его магнитную сепарацию, первую стадию обработки немагнитной фракции раствором серной кислоты концентрацией 3-11,5% до окончания реакции при рН 1,4-2,2, отделение жидкой фазы, вторую стадию обработки твердой фазы раствором серной кислоты при температуре 40-100°С в течение 1-5 ч, отделение твердого остатка и его сушку, отличающийся тем, что магнитную сепарацию пенного продукта обратной нефелиновой флотации осуществляют в магнитном поле с величиной магнитной индукции 0,8-1,6 Тл с получением в магнитной фракции эгиринового концентрата, содержащего 86-90% эгирина, вторую стадию обработки твердой фазы (немагнитной фракции) проводят раствором серной кислоты концентрацией 5-10% в два приема с подачей в первый прием такого количества кислоты, чтобы ее концентрация в суспензии составляла 50-60 г/л, во второй прием до значения рН, меньшего или равного 0,4, твердый остаток после сушки вновь подвергают магнитной сепарации в магнитном поле с величиной магнитной индукции 0,8-1,6 Тл с получением в магнитной фракции эгиринового, а в немагнитной фракции сфенового концентратов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что магнитную фракцию магнитной сепарации пенного продукта обратной нефелиновой флотации помещают в серную кислоту концентрацией 3-8%, где выдерживают при температуре 40-50°С в течение 1-2 ч до достижения рН не более 0,7, отделяют жидкую фазу, твердую фазу сушат и получают эгириновый концентрат, содержащий 88-94% эгирина.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую фазу, полученную после первой стадии обработки немагнитной фракции магнитной сепарации пенного продукта обратной нефелиновой флотации серной кислотой с концентрацией 10,5-11,5% при температуре 40-45°С при рН 1,7-2,2, после остановки перемешивания выдерживают в течение 1-1,5 ч, отделяют, а полученный при этом продукт представляет алюмокремниевый коагулянт-флокулянт.