Спосіб ефективного вилучення цирконію із мінеральної сировини техногенного походження

Реферат: Спосіб ефективного вилучення цирконію з мінеральної сировини техногенного походження, включає окислювання твердої фази розчином мінеральних речовин. Здійснюють обробку мінеральної сировини розчином, що містить поживні компоненти середовища Постгейту С. UA 73850 U (12) UA 73850 U UA 73850 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до біогідрометалургії рідкісних елементів, може використовуватися для вилучення цирконію з відходів підприємств гірничодобувної, вугільної, металургійної та енергетичної промисловості. Актуальність проблеми збільшення попиту на рідкісні метали потребує пошуку нових нетрадиційних джерел, якими можуть бути промислові відходи від видобутку вугілля, його спалювання на підприємствах металургійної промисловості та теплоелектростанціях. Технологія переробки цієї мінеральної сировини здійснюється традиційними хімічними піро- і гідрометалургійними методами. Однак вилучення рідкісних і дорогих металів, які є мікродомішками сировини, з техногенних відходів хімічними методами ускладнюється наявністю великої кількості макрокомпонентів та баластних речовин, тому потребує витрачання додаткових реагентів та ресурсів. Хімічні методи не дозволяють досягти високого рівня вилучення металів. Крім того, традиційні хімічні методи є екологічно небезпечними і шкодять навколишньому середовищу. Досягнутий рівень технології переробки мінеральної сировини і вилучення металів характеризується наступними прикладами. Відомий спосіб вилуговування вапняно-цирконієвого спеку, який отримано при спіканні цирконієвого спеку з вапном, сірчаною кислотою (10,0 - 40,0 %) [Технология редких и рассеянных элементов. Под ред. К.А. Большакова. - М.: Высшая школа, 1969]. Вилуговування здійснюють в одну стадію при повільному додаванні здрібненого спеку до концентрованої кислоти і перемішуванні. Внаслідок сильної дегідратуючої дії сірчаної кислоти створюється щільний осад SіО2. По закінченні реакції сильно розігріту реакційну масу розбавляють водою і фільтрують, цирконій залишається в розчині. Недоліками цього способу є необхідність використання сильних кислот, які є агресивними речовинами, проблема отримання осаду, який би добре фільтрувався. Це призводить до значних економічних витрат та забруднення навколишнього середовища. Відомий спосіб двостадійного вилуговування спеку цирконієвого концентрату з оксидом і карбонатом кальцію [Коровин С.С., Дробот Д.В., Федоров П.И. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология. - М.: МИСИС, 1999, Т. 2]. Згідно з цим способом на першій стадії вилуговування спек обробляють розчином розбавленої (3,0 - 5,0 %) соляної або азотної кислоти без нагрівання. В цих умовах цирконат кальцію не розкладається і до розчину переходять продукти розчинення надлишків вапна, хлориду кальцію, які додають до шихти для зниження температури спікання, і силікату кальцію, а також домішки заліза і алюмінію. Після декантації або фільтрування твердий осад, який очищено від значної частини кальцію, обробляють концентрованою кислотою при температурі 70,0 °С. При цьому розкладається цирконат і цирконосилікат кальцію. Двостадійне вилуговування спеку дозволяє отримати розчини, які звільнені від ряду домішок і містять цирконій, а також досягнути допустимої швидкості фільтрування пульпи. Суттєвим недоліком способу є використання сильних кислот, високих температур і велика кількість операцій. Найближчим до пропонованого способу є спосіб (Патент України 65076 опубл. 25.11.11, Бюл. 22) вибраний прототипом, який для досягнення вилучення цирконію включає обробку техногенної сировини вилуговуючим розчином, до складу якого входять постійні компоненти поживного середовища 9K (г/л: (NH4)2SO4 - 3,0; Ca(NO3)2 - 0,01; MgSO4 - 0,5; K2НРО4 -0,5; KСl 0,1; тіосечовина - 2,0), обробка здійснюється при температурі 28,0 - 30,0 °С і атмосферному тиску завдяки активізації життєдіяльності природної сіркоокиснюючої мікрофлори техногенних відходів, що забезпечує вилучення цирконію з вихідної сировини до 45,0 %. Недоліком цього способу є невеликий відсоток вилучення цирконію. Задачею, на вирішення якої спрямована корисна модель, є розробка енерго-, ресурсозберігаючого та екологічно безпечного методу переробки техногенних відходів для підвищення вилучення цирконію з техногенної сировини при температурі 28,0 - 30,0 °С і атмосферному тиску з використанням вилуговуючих мінеральних розчинів, що інтенсифікують активність угрупувань ацидофільних сіркоокиснюючих бактерій, які знаходяться у техногенних відходах. Поставлена задача вирішується способом ефективного вилучення цирконію з мінеральної сировини техногенного походження, який включає окислювання твердої фази розчином мінеральних речовин при температурі 28,0 - 30,0 °С і атмосферному тиску згідно з корисною моделлю, що обробка мінеральної сировини здійснюється розчином, до складу якого входять постійні компоненти поживного середовища Постгейту С, г/л: NaCl - 7,5; MgSO4 - 1,0; Na2O4 2,0; Nа2СО3 - 1,0; дигідроортофосфат натрію - 0,5; лактат кальцію - 3,5 завдяки активізації життєдіяльності природної сіркоокиснюючої мікрофлори техногенних відходів забезпечується вилучення цирконію з вихідної сировини до 65,0 %. 1 UA 73850 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Ознаками, що збігаються з найближчим аналогом, є використання вилуговуючого розчину, процес вилучення металів ведуть при температурі 28,0 - 30,0 °С і атмосферному тиску. Ознакою, що відрізняє запропонований спосіб від найближчого аналога, є склад вилуговуючого розчину, який забезпечує більшу активність представників ацидофільних сіркоокиснюючих бактерій, які відрізняються здатністю вилучати метали з мінеральної сировини з високою ефективністю; що забезпечує більш високий відсоток вилучення цирконію. Процес здійснюється наступним чином. Для вилучення цирконію використовують техногенні відходи від спалювання енергетичного вугілля, до складу яких входять такі метали, як Fe, Zn, Pb, Cr, Co, Ca, Mn, Mg, Ge, Ga, Cd, An, As та інші. Мінеральну сировину техногенного походження поміщають у ємності-біореактори, куди додають вилуговуючий розчин у співвідношенні твердої і рідкої фази 1:10. Як вилуговуючий розчин використовують середовище Постгейту С, до складу якого входять наступні мінеральні компоненти, г/л: NaCl - 7,5; MgSO4 - 1,0; Na2SO4 - 2,0; Na2CO3 - 1,0; дигідроортофосфат натрію - 0,5; лактат кальцію - 3,5, яке готують на водопровідній воді. Значення рН розчину доводять 0,1 NH2SO4 до 1,9 - 2,2. Дане середовище сприяє активізації активності сіркоокиснюючих бактерій, що домінують у мікробних ценозах техногенних відходів. Ємності-біореактори розміщують у термостатованій шафі (приміщенні), де підтримують температуру 28,0 - 30,0 °С. При такій температурі угрупування ацидофільних сіркоокиснюючих бактерій техногенних відходів набувають максимальної окиснюючої активності і руйнують кристалічну решітку сировини, що сприяє переходу цирконію до розчину. Проведені експерименти показали, що при таких умовах оптимальним терміном вилучення є одна доба (24 години), протягом якої з мінеральної сировини вилучається практично 65,0 % цирконію. Для отримання цирконію з розчинів можна використовувати відомі процеси - сорбцію, дистиляцію тощо. Приклад здійснення запропонованого способу. 1. Для вилучення цирконію використовували золу від спалювання енергетичного вугілля на -4 -3 -3 -2 Ладижинській ТЕС, що містила, мас. %: Ge -7,010 , Zr - 20,010 , Ni - 5,010 , Μn - 5,010 , Fe - 1,75. 2. Як вилуговуючий розчин для вилучення цирконію використовували поживне середовище Постгейту С наступного складу, г/л: NaCl - 7,5; MgSO4 - 1,0; Na2SO4 - 2,0; Nа2СО3 - 1,0; дигідроортофосфат натрію - 0,5; лактат кальцію - 3,5; вилуговуючий розчин готували на водопровідній воді. Значення рН на рівні  2,0 підтримували додаванням 0,1 NH2SO4. 3. Процес вилуговування цирконію здійснювали у скляних ємностях об'ємом 0,5 л, до яких вносили 10,0 г досліджуваної золи і додавали 100,0 мл вилуговуючого розчину. 4. Процес вилучення цирконію із золи здійснювали у термостаті при температурі 30,0 °С. 5. Термін вилуговування - 24 години. Такий біотехнологічний підхід забезпечив високий рівень окислювальної активності угрупування ацидофільних сіркоокиснюючих бактерій, що домінують у золі, і сприяв переходу цирконію з сировини до розчину. Хімічний аналіз показав, що за допомогою вилуговуючого розчину на основі поживного середовища Постгейту С протягом 24 годин з 10,0 г твердої фази, яка містила 2,0 мг цирконію до розчину перейшло 1,29 г цирконію, що відповідає 64,5 %. Таким чином, при використанні як вилуговуючого розчину поживного середовища Постгейту С, створюються умови для інтенсифікації активності природних угрупувань ацидофільних сіркоокиснюючих бактерій техногенних відходів. Даний спосіб є принципово новим, високоефективним, енерго- і ресурсозберігаючим та екологічно безпечним. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб ефективного вилучення цирконію з мінеральної сировини техногенного походження, що включає окислювання твердої фази розчином мінеральних речовин при температурі 28,0-30,0 °С і атмосферному тиску, який відрізняється тим, що обробка мінеральної сировини здійснюється розчином, до складу якого входять постійні компоненти поживного середовища Постгейту С, г/л: NaCl - 7,5; MgSO4 - 1,0; Na2SO4 - 2,0; Nа2СО3 - 1,0; дигідроортофосфат натрію 0,5; лактат кальцію - 3,5, завдяки активізації життєдіяльності природної сіркоокиснюючої мікрофлори техногенних відходів забезпечується вилучення цирконію з вихідної сировини до 65,0 %. 2 UA 73850 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3