Спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід та відходів їх виробництва

Спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід та відходів їх виробництва, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95 °С в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивку твердої фази, її магнітне та гравітаційне збагачення з одержанням товарного польового шпату та концентратів рідкісних металів, обробку рідкої фази металічним залізом, донасичення її газоподібним хлороводнем з висолюванням кристалів хлоридів металів, відокремлення їх від розчину, який повертають на обробку вихідної сировини, розчинення C2 2 (19) 1 3 лужним розчином, отримуючи розчин алюмінату натрію і калію, а гідроксид заліза при цьому залишається в осаді і відокремлюється (див. Лайнер А.И., Чижиков Д.М., Лайнер Ю.А. и др. Перспективы применения кислотных способов для переработки алюминийсодержащего сырья // Цветные металлы.- 1991. -№9. - С.27-29). Недоліками цього способу гідрометалургійної переробки нефелінів, є непридатність сірчаної кислоти для обробки вихідної сировини в разі наявності в останній деяких мінералів рідкісних металів, які розкладаються сірчаною кислотою, що призводить до втрати цінних рідкісних металів. Підвищений вміст діоксиду кремнію в сірчанокислотному розчині вимагає додаткового його очищення. Вилуговування маси, отриманої після обробки сірчаною кислотою вихідної сировини, з допомогою зворотних лужних переробки нефелінпольовошпатових порід та відходів виробництва, який включає попереднє магнітне та гравітаційне збагачення вихідної сировини з отриманням концентратів рідкісних металів, хімічну обробку породи після відділення магнітної та важкої фракцій хлороводневою кислотою при 80-95°С в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивку твердої фази водою, її додаткове магнітне та гравітаційне збагачення з отриманням товарного польового шпату та концентратів рідкісних металів, при цьому промивні води частково випаровують з поверненням водяної пари на промивку, а концентрований розчин зливають з рідкою фазою, відстоювання рідкої фази і розподілення на товарний діоксид кремнію і рідку фазу, обробку рідкої фази металічним залізом, донасичення її газоподібним хлороводнем з висолюванням кристалів хлоридів металів, відокремлення їх від розчину, який повертають на обробку вихідної сировини, розчинення кристалів хлоридів металів, електрогідроліз розчину солей з отриманням осадів гідроксосполук полівалентних металів, газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання кристалів хлоридів металів та на обробку вихідної сировини (див. Ивасишин О.М., Ошкадѐров С.П., Спиваковский В.Б., Маковская Г.В., Галецкий Л.С., Когон Л.С., Крамаренко С.А. Переработка лежалых хвостов ХМФ ОАО ММК им. Ильича (г. Маріуполь)// В сб. научных трудов ИГН НАН Украины «Сучасні економічні можливості розвитку та реалізації мінімально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини» К.: 2005. - С. 130-132). Недоліками цієї технологічної схеми є використання гравітаційного та магнітного збагачення вихідної сировини в голові процесу обробки, що призводить до втрати деяких цінних домішок, які присутні у вигляді високодисперсних вкраплень до фази нефеліну і разом з ним потрапляють до нефелін-польовошпатового продукту збагачення, а після кислотної обробки до польового шпату, що потребує в подальшому додаткового виконання гравітаційного і магнітного збагачення отриманого польового шпату. Тривале відстоювання розчину для виділення колоїдного діоксиду кремнію з рідкої фази (декантату) після 91483 4 осадження польового шпату приводить до втрати частини очищеного діоксиду кремнію з польовим шпатом, а сумісне електрогідролітичне осадження гідроксидів алюмінію та заліза потребує в подальшому (при необхідності отримання глинозему) додаткової переробки цього продукту. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу переробки нефелінпольовошпатових порід та відходів виробництва, в якому шляхом комплексної хімічної обробки початкової сировини знижується втрата цінних рідкісних металів та підвищується економічна ефективність процесів отримання товарної продукції за рахунок виключення попереднього гравітаційного і магнітного збагачення вихідної сировини та вдосконалення технологічної схеми виробництва. Поставлена задача досягається тим, що в відомому способі переробки нефелінпольовошпатових порід та відходів виробництва, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95°С в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивку твердої фази, її магнітне та гравітаційне збагачення з отриманням товарного польового шпату та концентратів рідкісних металів, обробку рідкої фази металічним залізом, донасичення її газоподібним хлороводнем з висолюванням кристалів хлоридів металів, відокремлення їх від розчину, який повертають на обробку вихідної сировини, розчинення кристалів хлоридів металів, електрогідроліз розчину солей з отриманням осадів гідроксосполук полівалентних металів, газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання кристалів хлоридів металів та на обробку вихідної сировини, згідно з винаходом, тверду фазу після промивки додатково піддають електростатичному збагаченню з отриманням товарного діоксиду кремнію, промивні води повертають на обробку вихідної сировини, рідку фазу в процесі донасичення газоподібним хлороводнем охолоджують, отримані кристалічні хлориди металів додатково висушують з поверненням парів хлороводню на обробку вихідної сировини, а після розчинення солей відокремлюють тверду фазу в вигляді товарного діоксиду кремнію, вилучають з розчину шляхом електролізу частину заліза в вигляді металу, як товарного продукту, і газоподібний хлор, в процесі електрогідролізу послідовно осаджують гідроксосполуки алюмінію, двохвалентного заліза, магнію, після чого в розчин додають діоксид вуглецю і продовжують електрогідроліз до повного осадження карбонату кальцію, частину розчину після електрогідролізу спрямовують на розчинення кристалів хлоридів металів після сушки, а залишок - на кристалізаційне розділення хлоридів натрію і калію. В запропонованій технологічній схемі вихідну сировину відразу направляють на обробку хлороводневою концентрованою кислотою при температурі 80 - 95 °С. При цьому в розчин переходять оксиди та гідроксиди заліза, які присутні не тільки на поверхні частинок породи, а також у тріщинках на їх поверхні, та розкладається нефелін. Складо 5 ві нефеліну - оксиди алюмінію, натрію, калію - потрапляють в розчин, а кремній утворює осад SiO2 nH2O, який за умов обробки (висока кислотність та температура) значною мірою приєднується до польового шпату та інших нерозчинних компонентів вихідної сировини. Це дозволяє зменшити кількість твердої фази в пульпі та краще розділити польовий шпат і деякі первісно присутні в ньому цінні мінерали (пірохлор, циркон та інші), нерозчинні в кислоті, що полегшує їх видобування при подальшій обробці фізичними методами осаду польового шпату. Осад польового шпату після промивання піддають не тільки гравітаційному та магнітному, а й електричному збагаченню. Електричне збагачення дає можливість відділити не тільки магнітні та важкі фракції, а й діоксид кремнію. В результаті збагачення отримують очищений товарний польовий шпат, діоксид кремнію та концентрати пірохлору та циркону. Промивні води утилізують шляхом спрямовування їх в голову процесу переробки сировини. Охолодження розчину під час висолювання здійснюють з метою утворення більшої кількості кристалів солей, які після фільтрації додатково висушують з поверненням парів хлороводню на обробку вихідної сировини. Ці операції необхідні для підвищення виходу товарних продуктів. Висушену суміш хлоридів розчиняють та фільтрують, отримуючи очищений товарний діоксид кремнію. Додаткова операція електролізу, яка передує електрогідролізу, необхідна для виділення з розчину частини заліза у вигляді компактного металу чи порошку, що запобігає сумісному електрогідролітичному осадженню гідроксидів алюмінію та заліза при необхідності отримання глинозему, вільного від заліза, чи додатково переробляти цей продукт. Газоподібний хлор, що також виділяється при електролізі, може бути додано до хлору, утворюваному при електрогідролізі. В результаті електрогідролізу послідовно осаджують з розчину гідроксид алюмінію Аl(OН)3, гідроксид заліза Fe(OH)2, гідроксид магнію Mg(OH)2. Додавання в розчин діоксиду вуглецю здійснюється для глибокого осадження карбонату кальцію і, на відміну від прототипу, дозволяє електрогідролітично осаджувати окремо гідроксид магнію і карбонат кальцію. Частину розчину після електрогідролізу спрямовують на розчинення кристалів хлоридів металів після сушки, а залишок - на кристалізаційне розділення хлоридів натрію і калію. З отримуваних при електрогідролізі газоподібних водню та хлору (сумісно з хлором, що виділяється при електролізі) синтезують газоподібний хлороводень, який використовують для обробки вихідної сировини та для висолювання хлоридів металів. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє більш ефективно, комплексно переробляти нефелінпольовошпатові породи та відходи виробництва за рахунок проведення магнітного і гравітаційного збагачення за один цикл після обробки вихідної сировини хлороводневою кислотою, використання розчину хлориду натрію та промивних вод в якості оборотних розчинів, забезпечення ефективної кристалізації солей та сушки кристалів, часткового виводу з розчину електролізом металічного заліза 91483 6 та послідовного окремого осадження в результаті електрогідролізу гідроксидів металів і карбонату кальцію та забезпечення кристалізаційного виділення хлориду калію. Суть винаходу пояснюється схемою технологічного процесу згідно з запропонованим способом. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Подрібнена порода та відходи виробництва піддаються обробці розчином хлороводневої кислоти при температурі 80 - 95°С, при якій відбувається не тільки розклад нефеліну, але й розчинення оксидів заліза, чим досягається очищення польового шпату від заліза. Тверду фазу відділяють від розчину декантацією або центрифугуванням та промивають. Промивні води спрямовують в голову процесу переробки сировини, а тверду фазу піддають магнітному, гравітаційному та електричному збагаченню з отриманням очищеного товарного польового шпату, діоксиду кремнію і концентратів пірохлору та циркону. Декантат піддають обробці металічним залізом. При цьому відбувається відновлення Fe3+ до Fe2+. Після відновлення в розчин вводять оборотний газоподібний хлороводень. При цьому концентрація хлороводню в розчині збільшується, а розчинність хлоридів розчинених металів знижується, що призводить до кристалізації солей з відокремленням їх від розчину кислоти. Для утворення більшої кількості кристалів солей операцію висолювання проводять з одночасним охолодженням розчину. Отримувану суміш фільтрують. Розчин солей з хлороводнем, що не перейшли в осад, повертають в голову процесу переробки сировини, а осад після фільтрації висушують з поверненням парів хлороводню на обробку вихідної сировини. Висушену суміш хлоридів розчиняють в оборотному розчині хлориду натрію та фільтрують, отримуючи товарний діоксид кремнію, і розчин солей, який направляють на електроліз. В результаті електролізу частково виділяють металічне залізо у вигляді компактного металу або порошку та отримують газоподібний хлор, який використовують для синтезу газоподібного хлороводню. Розчин солей після електролізу направляють на електрогідроліз, з допомогою якого осаджують гідроксид заліза Fe(OH)2, гідроксид магнію Mg(OH)2. Після цього в розчин додають діоксид вуглецю і продовжують електрогідроліз до повного осадження карбонату кальцію. Введення в розчин діоксиду вуглецю дозволяє електрогідролітично осаджувати окремо гідроксид магнію і карбонат кальцію. Частину розчину після осадження полівалентних металів спрямовують на розчинення кристалів хлоридів металів після сушки, а з залишку цього розчину кристалізацією видобувають хлорид натрію та хлорид калію (товарні продукти). Хлорид натрію використовують також для підпитки аноліту в електрогідролізаторах. З отримуваних при електрогідролізі газоподібних водню та хлору (сумісно з хлором, що виділяється в результаті електролізу дихлориду заліза) синтезують газоподібний хлороводень, який використовують в якості оборотного реагенту для обробки вихідної сировини та для висолювання хлоридів металів. 7 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 91483 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601