Спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід

Реферат: Винахід належить до гідрометалургійного виробництва кольорових та рідкісних металів і може бути використаний при комплексній промисловій переробці нефелін-польовошпатових порід і відходів їх збагачення. Спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95 °С в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивання твердої фази з подальшою переробкою осаду і поверненням промивних вод на 3+ розпульповування сировини, обробку рідкої фази металічним залізом з відновленням в неї Fe 2+ до Fe , охолодження розчину, донасичення його газоподібним хлороводнем до утворення пульпи, тверда фаза якої містить кристали хлоридів заліза, алюмінію, кальцію, магнію, калію і натрію та діоксиду кремнію, висушування кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію з поверненням газоподібної хлороводневої кислоти та частини рідкої фази пульпи після висолювання кристалів на обробку вихідної сировини, розчинення частини кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію, електрогідроліз розчинів солей з отриманням гідроксосполук металів, газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання хлоридів металів та на обробку вихідної сировини, вилучення з розчину шляхом електролізу металу як товарного продукту, причому другу частину хлоридів металів та діоксиду кремнію після висушування використовують в якості товарного продукту коагулянту для очищення промислових стоків та інших забруднених вод, з другої частини рідкої фази пульпи після висолювання хлоридів металів поглинають галій аніонітом у Cl-формі, повертають кислотний розчин на обробку вихідної сировини, а аніоніт з поглиненим галієм UA 100186 C2 (12) UA 100186 C2 обробляють слабокислим розчином хлороводневої кислоти, елюючи з нього трихлорид галію, після чого промитий аніоніт повертають на поглинання наступних порцій галію, а розчин трихлориду галію піддають електрогідролізу з осадженням гідроксиду галію, осад розчиняють в гідроксиді натрію, отриманому в результаті електрогідролізу розчину солей, і електролітично осаджують металічний галій, отримуючи на аноді електролізера газоподібний кисень. Технологія переробці нефелін-польовошпатових порід дозволяє вилучити з сировини металічний галій та отримати як товарний продукт твердий коагулянт для очищення промислових стоків та інших забруднених вод. UA 100186 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується гідрометалургійного виробництва кольорових та рідкісних металів і може бути використаний при промисловій переробці нефелін-польовошпатових порід і відходів їх збагачення. Відомий спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід та відходів виробництва, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 70-80 °C, розділення утворюваної пульпи декантацією, промивання осаду і подальше його збагачення, відстій декантату з отриманням осаду діоксиду кремнію та розчину, що містить хлороводневу кислоту, залізо (III) і алюміній. Цей розчин обробляють металічним залізом для переводу всього 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ + + розчиненого заліза в Fe , після чого висолюють хлориди Fe , Al , Ca , Mg , K , Na газоподібним хлороводнем. Отримуваний при цьому кристалічний осад розчиняють у воді і піддають електрогідролізу, а з газоподібних хлору та водню синтезують газоподібний хлороводень, який спрямовують на обробку вихідної сировини та висолювання хлоридів металів. Сумісний осад гідроксидів заліза та алюмінію, який утворюється при електрогідролізі, можливо використовувати для отримання фероалюмінію, а сумісний розчин гідроксидів калію та натрію потребує подальшої переробки (див. Ивасишин О.М., Ошкадеров 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. Мариуполь) //В сб. научных трудов ИГН НАЛ Украины "Сучасні економічні можливості розвитку та реалізації мінерально-сировинної бази України і Росії в умовах глобалізації ринку мінеральної сировини" - К.: 2005. - С. 130-132). Недоліками цього способу є необхідність додаткової переробки сумісного осаду гідроксидів кальцію та магнію, недостатня глибина очистки лужного розчину від кальцію, необхідність розділення гідроксидів натрію і калію, а також те, що присутній у сировині галій повністю втрачається. Найближчим аналогом до способу, що заявляється, за технічною суттю та результатом, що досягається, вибраним як прототип, є спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід та відходів виробництва, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95 °C в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивання твердої фази, її магнітне, гравітаційне та електростатичне збагачення з отриманням товарних польового шпату і діоксиду кремнію та концентратів рідкісних металів, повернення промивних вод на обробку вихідної сировини, 3+ 2+ обробку рідкої фази металічним залізом з відновленням в неї Fe до Fe , донасичення газоподібним хлороводнем і одночасне охолодження рідкої фази в процесі її донасичення з висолюванням кристалів хлоридів заліза, алюмінію, кальцію, магнію, калію і натрію та діоксиду кремнію, відокремлення їх від розчину, який повертають на обробку вихідної сировини, висушування отриманих кристалічних хлоридів металів з поверненням парів хлороводню на обробку вихідної сировини, розчинення кристалів хлоридів металів, відокремлення твердої фази в вигляді товарного діоксиду кремнію, вилучення з розчину шляхом електролізу частини заліза в вигляді металу, як товарного продукту, і газоподібного хлору, послідовне осадження в процесі електрогідролізу гідроксосполук алюмінію, двовалентного заліза, магнію з отриманням газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання кристалів хлоридів металів та на обробку вихідної сировини, 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 та електролітичне виробництво гідроксидів натрію, калію та газоподібних хлору та водню (див. опис винаходу до патенту України № 91483, МПК C01F 7/20, 2009). Недоліком способу-прототипу є втрата в процесі комплексної переробки нефелінпольовошпатових порід галію, який присутній у нефеліні. В основу винаходу поставлена задача вилучення галію в процесі комплексної переробки нефелін-польовошпатових порід шляхом обробки концентрованих хлоридно-кислотних розчинів аніонітом в Cl-формі та використання висушених солей в якості нового товарного продукту: комплексного коагулянту для очищення промислових стоків та інших забруднених вод. Поставлена задача досягається тим, що в відомому способі переробки нефелінпольовошпатових порід, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95 °C в умовах пропускання крізь пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивання твердої фази з подальшою переробкою осаду і поверненням промивних вод на розпульповування сировини, обробку рідкої 3+ 2+ фази металічним залізом з відновленням в неї Fe до Fe , охолодження розчину, донасичення його газоподібним хлороводнем до утворення пульпи, тверда фаза якої містить кристали хлоридів заліза, алюмінію, кальцію, магнію, калію і натрію та діоксиду кремнію, висушування 1 UA 100186 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію з поверненням газоподібної хлороводневої кислоти та частини рідкої фази пульпи після висолювання кристалів на обробку вихідної сировини, розчинення частини кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію, електрогідроліз розчину частини висушених солей з отриманням гідроксосполук металів, газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання хлоридів металів та на обробку вихідної сировини, вилучення з розчину шляхом електролізу металу як товарного продукту, згідно з винаходом, з частини рідкої фази пульпи після висолювання хлоридів металів поглинають галій аніонітом у Сl-формі, повертають кислотний розчин на обробку вихідної сировини, а аніоніт з поглиненим галієм обробляють слабокислим розчином хлороводневої кислоти, елююючи з нього трихлорид галію, після чого промитий аніоніт повертають на поглинання наступних порцій галію, а розчин трихлориду галію піддають електрогідролізу з осадженням гідроксиду галію, осад розчиняють в гідроксиді натрію, отриманому в результаті електрогідролізу розчину солей, і електролітично осаджують металічний галій, отримуючи на аноді електролізера газоподібний кисень. Хлориди металів та діоксид кремнію після висушування повністю або частково можливо використовувати як товарний продукт - коагулянту для очищення промислових стоків та інших забруднених вод. Операції хімічної обробки кислотного розчину аніонитом в Сl-формі, потім - слабокислим розчином хлороводневої кислоти з отриманням трихлориду галію, електрогідролізу розчину трихлориду галію з осадженням гідроксиду галію, розчинення осаду в гідроксиді натрію і електролізу лужного розчину дозволяють вилучити з сировини в якості товарного продукту металічний галій та додатково газоподібний кисень, який отримують на аноді електролізера. Виділення хлоридів металів та діоксиду кремнію після висушування дозволяє використовувати їх в якості коагулянту для очищення промислових стоків та інших забруднених вод. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема технологічного процесу. Заявлений спосіб здійснюється наступним чином. Подрібнену сировину - породу або породу після попереднього часткового видобування з неї фізичними методами циркону та тривалого зберігання відходів під відкритим небом - піддають обробці концентрованою хлороводневою кислотою при температурі 80-95 °C. Кислота додається в процес у якості сировини (бо частково виводиться з нього в вигляді товарної продукції) та для поповнення природних втрат. Основна ж маса кислоти повертається в процес в результаті здійснення операцій, що передбачені технологією. Поворотна кислота може знаходитися у вигляді водного розчину або в вигляді газу. В результаті цієї обробки у розчин переходить залізо, що знаходиться на поверхні частинок вихідної сировини та в нефеліні, а в нерозчиненому залишку залишається польовий шпат, циркон і пірохлор, які з хлороводневою кислотою практично не взаємодіють. Нерозчинений діоксид кремнію, який виділяється в осад при розкладанні нефеліну, також випадає в осад. Тверду фазу відділяють від розчину декантацією або центрифугуванням та промивають. Промивні води після цієї процедури спрямовують в голову процесу переробки на розпульповування сировини, а тверду фазу - на подальшу переробку. Розчин (декантат) містить продукти розчинення оксидів і гідроксоcполук заліза, а також продукти розкладання нефеліну в вигляді хлоридів алюмінію, заліза, магнію, кальцію, калію, натрію та в малої концентрації - галію. Колоїдний діоксид кремнію також міститься в рідкій фазі пульпи. Тут же знаходиться в значній концентрації хлороводнева кислота. Декантат піддають 3+ 2+ обробці металічним залізом, відновлюючи Fe до Fe . При цьому частина металу переходить у розчин, підвищуючи в ньому концентрацію дихлориду заліза. При використанні як товарного продукту (коагулянту), речовини, що містить залізо, підвищення концентрації заліза в розчині 3+ 2+ збільшує вихід цього цінного та дефіцитного продукту. Після відновлення Fe до Fe здійснюють висолювання хлоридів алюмінію, заліза, магнію, кальцію, калію та натрію шляхом охолодження розчину та додаткового введення в нього обігового газоподібного хлороводню. При цьому концентрація хлороводню в розчині збільшується, а розчинність хлоридів розчинених металів знижується, що призводить до кристалізації солей з відокремленням їх від розчину кислоти. Операцію висолювання проводять з одночасним охолодженням розчину для більш глибокого осадження кристалів солей. Відокремлені кристали солей відділяють фільтрацією від концентрованого розчину хлороводневої кислоти, в якому залишається також трихлорид галію, який не висолюється цією кислотою. Осад солей після фільтрації висушують. Кислоту та воду, що була сорбована осадом солей, повертають в голову процесу переробки сировини. Хлориди металів після висушування відокремлюють та частково використовують в якості товарного продукту: коагулянту для очищення промислових стоків та інших забруднених вод. Другу 2 UA 100186 C2 5 10 15 частину хлоридів розчиняють в воді та піддають електрогідролізу з осадженням гідроксосполук алюмінію, заліза, магнію, після чого в розчин додають діоксид вуглецю и продовжують електрогідроліз для осадження карбонату кальцію. В розчині залишаються гідроксиди натрію та калію. При цьому в процесі електрогідролізу утворюються газоподібні хлор і водень, з яких синтезують газоподібний хлороводень та спрямовують його на обробку вихідної сировини та висолювання хлоридів металів. Частину кислотного розчину після висолювання хлоридів обробляють аніонітом в Cl-формі, поглинаючи галій, після чого її об'єднують з залишком розчину і повертають на обробку вихідної сировини. Це дозволяє підвищити в кислотному розчині концентрацію галію та знизити витрати на його вилучення. Аніоніт з поглиненим галієм промивають слабопідкисленою водою. Це призводить до переходу в розчин трихлориду галію та регенерації аніоніту в Сl-формі, який спрямовують на вилучення нових порцій галію. Отриманий розчин трихлориду галію є новим товарним продуктом, який далі піддають електрогідролізу, отримуючи в результаті осад гідроксиду галію та одночасно газоподібні хлор та водень, які є також товарними продуктами. З отриманих в результаті електрогідролізу газоподібних хлору та водню синтезують газоподібний хлороводень, якій спрямовують на обробку вихідної сировини. В електролізну ванну з розчином гідроксиду натрію, одержаним в результаті електрогідролізу хлоридів, додають гідроксид галію та здійснюють електроліз з отриманням товарних продуктів: металічного галію на катоді та газоподібного кисню на аноді. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 Спосіб переробки нефелін-польовошпатових порід, який включає хімічну обробку подрібненої вихідної сировини хлороводневою кислотою при 80-95 °С в умовах пропускання крізь утворену пульпу газоподібного хлороводню, розділення твердої і рідкої фаз, промивання твердої фази з подальшою переробкою осаду і поверненням промивних вод на розпульповування сировини, 3+ 2+ обробку рідкої фази металічним залізом з відновленням в ній Fe до Fe , охолодження утвореного розчину, донасичення його газоподібним хлороводнем до утворення пульпи, тверда фаза якої містить кристали хлоридів заліза, алюмінію, кальцію, магнію, калію і натрію та діоксиду кремнію, висушування кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію з поверненням газоподібної хлороводневої кислоти та частини рідкої фази пульпи після висолювання кристалів на обробку вихідної сировини, розчинення частини кристалів хлоридів металів та діоксиду кремнію, електрогідроліз розчинів солей з отриманням гідроксосполук металів, газоподібних хлору та водню, синтез з останніх газоподібного хлороводню, який спрямовують на висолювання хлоридів металів та на обробку вихідної сировини, вилучення з розчину шляхом електролізу металу як товарного продукту, який відрізняється тим, що з частини рідкої фази пульпи після висолювання хлоридів металів поглинають галій аніонітом у Cl-формі, повертають кислотний розчин на обробку вихідної сировини, а аніоніт з поглиненим галієм обробляють слабокислим розчином хлороводневої кислоти, елююючи з нього трихлорид галію, після чого промитий аніоніт повертають на поглинання наступних порцій галію, а розчин трихлориду галію піддають електрогідролізу з осадженням гідроксиду галію, осад розчиняють в гідроксиді натрію, отриманому в результаті електрогідролізу розчину солей, і електролітично осаджують металічний галій, отримуючи на аноді електролізера газоподібний кисень. 3 UA 100186 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4