Сравнение различных гидрометаллургических процессов получения марганца

А.Е.Воробьев, проф., д.т.н.,

МГГУ

СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ МАРГАНЦА

В последнее десятилетие сильно расширилась сфера использования различные гидрометаллургических процессов для переработки рудного сырья [1,2]. Гидрометаллургические процессы заключаются в извлечении (выщелачивании) металлов из руд, концентратов, производственных промпродуктов и отходов при их обработке водными растворами химических реагентов с последующим выделением из раствора металла или его химического соединения.

Применение гидрометаллургических процессов обеспечивает избирательное извлечение металлов из бедных и труднообогатимых руд со сравнительно небольшими затратами реагентов и простотой аппаратурного оформления.

В общем объеме затрат при гидрометаллургической перера-

ботке марганецсодержащих руд, передел «выщелачивания» с получением свободных от примесей продуктивных растворов, пригодных для получения чистых соединений марганца, занимает основную долю как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Именно сокращение затрат на этом переделе в общей технологии производства марганца может дать значительный экономический эффект. Поэтому разработка и применение более совершенных и дешевых технологий извлечения марганца из руд различного состава и кондиций имеет важное практическое значение.

В зависимости от химического реагента, используемого для извлечения марганца из руд, гидрометаллургические методы подразделяются на кислотные (сульфатные, нитратные, хлоридные) и щелочные (содовые и аммиачные) [3].

Некоторые из этих методов основаны на восстановлении высших трудно растворимых

окисленных форм марганца (4+) до двухвалентного состояния,

легко гидратируемого и, следовательно, более растворимого в водных растворах кислот и концентрированных растворах аммонийных солей.

Сульфатный метод заключается в обработке руды серной или сернистой кислотами, сернистым газом, сульфатами двухвалентного железа. Марганец переводится в раствор в виде сульфата и ди-тионата, которые затем при взаимодействии с гидрооксидом кальция образуют гидратированный оксид марганца, дающий при нагревании целевые продукты - оксиды марганца.

Недостатками сульфатного и дитионатного методов являются: большой расход кислоты и вспомогательных реагентов (SO2, CaO); необходимость складирования (утили-зации) большого количества гипса (гидратных осадков); плохая фильтруемость гидроксида марганца.

Полученные по дитионатному методу оксиды марганца обладают чистотой, удовлетворяющей металлургов, но использование их в химической и электрохимической промышленности, из-за значительного количества примесей в получаемых продуктах, ограниченно [4]. Данный метод также непригоден для переработки смешанных и карбонатных марганцевых руд.

Нитратный метод состоит в пропускании через водноазотнокислую суспензию марганцевой руды оксидов азота. Процесс проводят при температуре 40-800 С избытком диоксида марганца. В результате марганец и примеси переходят в раствор в виде нитратов. Изменением РН (при температуре 70-1050С) осуществляется очистка раствора от

соединений железа, алюминия и фосфора.

При термическом разложении раствора нитрата марганца (1504500С и давлении 1-2 атм.) получают р-модификацию диоксида марганца, а оксиды азота возвращают в технологический

цикл.

Процесс обработки марганцевой руды нитрозными газами в среде азотной кислоты дает возможность получить р-раз-новидность MnO2 не только из оксидной, но и из карбонатной руды.

К преимуществам нитратного метода относятся: отсутствие термических процессов (предва-

рительного обжига руды); небольшой расход вспомогательных материалов, т.к. основной реагент (оксиды азота) возвращаются в технологический цикл; высокая чистота целевого продукта MnO2, не достигаемая с использованием других методов (включая дитионатный).

К недостаткам этого метода следует отнести большую энергоемкость всех технологических операций, протекающих при повышенных температурах и давлении, усиленную коррозию технологического оборудования, большие затраты реагентов [4].

Хлоридный метод основан на переводе марганца в раствор хлорсодержащими реагентами (газообразным хлором и соляной кислотой). Хлорированию подвергают фракцию размером частиц 2-4 мм. При температуре 3000С хлор взаимодействует с рудой, образуя в основном смесь хлоридов марганца и кальция. При осаждении гидроксида марганца гидроксидом аммония осуществляется его очистка от примесей кальция, железа и алюминия. Процесс можно вести в смеси с соляной и серной кислот. Все же он представляется малоперспективным, в связи с большим количеством об-

разующихся побочных продуктов, значительным расходом реагентов и повышенными требованиями к технологическому оборудованию.

Аммонийный метод основан на способности закиси марганца растворяться в концентрированных растворах аммонийных солей с образованием комплексных соединений. Аммонийным способом возможна переработка как оксидных, так и карбонатных руд. Оксидные руды предварительно подвергаются восстановительному обжигу при 750-8000С для перевода высших оксидов марганца в низшие, с последующим выщелачиванием марганца различными аммонийными растворителями,

лучшим из которых является карбонат аммония.

Преимущество аммонийного метода по сравнению с кислотными состоит в том, что аммонийные соли являются менее агрессивными и более селективными (в раствор переходит всего лишь небольшое количество щелочных и

щелочноземельных металлов).

Однако, в связи с низкой чистотой целевого продукта и высокой стоимостью используемых реагентов, этот метод неперспективен [4].

Углекислотный метод может использоваться для извлечения марганца из бедных карбонатных руд. Метод заключается в обработке водной суспензией марганцевой руды двуокисью углерода под давлением [5]. Давление СО2 должно быть таким, чтобы карбонат марганца полностью перешел в раствор в виде бикарбоната, а количество воды, взятой для приготовления суспензии, должно быть достаточным, чтобы после снижения давления до 1 атм., при обратном выделении в осадок МпС03, также перешедшие в раствор бикарбонаты Са, Бе и другие примеси остались в основном в растворе.

Недостатками этого способа является низкая чистота целевого продукта, большая энергоемкость процесса, необходимость повышения давления до 36 атм., а так-

же значительные затраты реагентов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов // Бубнов В.К., Голик В.И., Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. Акмола, Жана-Арка, 1995. - 602с.

2. Воробьев А.Е., Голик В.И., Лобанов Д.П. Приоритетные пути развития горнодобывающего и перерабатывающего комплекса СевероКавказского региона. Владикавказ: Рухс, 1998. - 321 с.

3. Воробьев А.Е., Щелкин А.А., Тушев О.В. Переработка марганцевого сырья отходами сернокислого производства. // Депонированная рукопись // Горный информационноаналитический бюллетень. № 3, М., МГГУ, 1998. - 20 с.

4. Химическая промышленность. Сер. Прикладная химия. М., НИИТЭ-ХИМ, 1986.

5. Kelly, Anderson, Bur. Mines Bull. 384, 1935.

© А. Е. Воробьев

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

ВОРОБЬ~1

в:\С диска по работе в универе\01ЛВ_99\01ЛВ4_99\Все

С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коаті^\Місго80й\ШаблоньіШогта1Ло1т

ГИДРОМЕТАЛЛУРИЯ

Гитис Л.Х.

14.05.1999 12:31:00

3

09.06.1999 14:24:00 Гитис Л.Х.

8 мин.

14.12.2008 20:24:00 2

1 043

5 950