Способ переработки сыннырита на сульфаты калия, магния и глинозем
METHOD FOR PROCESSING SYNNYRITE INTO POTASSIUM, MAGNESIUM SULPHATES AND ALUMINA

2
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при производстве глинозема и сульфата калия из высококалиевого алюмосиликатного сырья - сыннырита (КО 19-21 %).
Основными породообразующими минералами сыннырита являются калиевый полевой шпат (65-75 %) и природная калиевая разновидность нефелина - кальсилит (20-30 %). Прогнозные ресурсы сырья только в Сыннырском массиве (Республика Бурятия), доступные для открытой разработки, оцениваются в 2.6 млрд. тонн. Из-за относительно низкого содержания оксида алюминия в сынныритах (22-23 %, а в нефелиновых рудах - 28-30 %) исключает их использование только как глиноземное сырье, поэтому сынныриты нужно рассматривать при комплексной переработке как источник для получения не только глинозема, но и бесхлорных калийных удобрений.
[
2
2
2
Известен способ переработки сыннырита Пат. № 2372290 RU, МПК С01F 7/24. Способ переработки нефелин-полевошпатового сырья / Е. С. Горбунова, В. И. Захаров, С. Г. Федоров и др.; ЗАО СЗФСК. - № 2008105853/15; заявл. 15.02.2008; опубл.10.11.2009, Бюл. № 42.]на глинозем и нитраты щелочных элементов, согласно которому исходное сырье смешивают с продуктом щелочной активации полевошпатового концентрата, полученную смесь обрабатывают азотной кислотой с переводом алюминия и щелочных элементов в азотнокислый раствор, а кремнезема и полевого шпата - в нерастворимый остаток, отделяют азотнокислый раствор от нерастворимого остатка, выделяют из нерастворимого остатка кремнеземный и полевошпатовый концентраты, последний смешивают с поташом при массовом соотношении суммы KO и NaO в концентрате и KO в поташе, равном 1:1-2, спекают при температуре 850-950 °С с получением продукта щелочной активации, подаваемого на смешение с исходным сырьем, азотнокислый раствор упаривают с получением смеси азотнокислых солей алюминия и щелочных элементов и подвергают ее термической обработке, полученный при этом спек перерабатывают на глинозем и нитраты щелочных элементов.
2
3
Недостатками данного способа являются громозкость технологической схемы, использование при спекании полевошпатового концентрата с получением кислоторастворимого продукта (кальсилита) в большом количестве дорогостоящего реагента поташа (KCO).
5
Также известен способ переработки cыннырита [Авторское свидетельство СССР № 1421693 СССР, МКИ С 01 F 7/26. Способ переработки сыннырита / К.К. Константинова, К.А. Никифоров, М.В. Мохосоев. - № 4237719/31-02; заявл. 31.03.87; опубл. 07.09.1988, Бюл. № 33.], основанный на спекании сыннырита с кальцитом при соотношении по массе 1:0,5 и температуре 1250-1300 °С для получения калиофилитового (искусственного кальсилитового) продукта, затем затворении измельченного спека в тесто 60 % серной кислотой при Т:Ж равном 1:1. Эту густую массу периодически перетирают, длительность такой сернокислотной обработки составляет не менее 5 часов, затем тесто выщелачивают горячей водой и отделяют раствор от нерастворимого остатка и проводят кристаллизацию из растворов алюмокалиевых квасцов.
Недостатками известного способа переработки сыннырита являются высокая температура спекания, большой выход твердого отхода в виде гипса.
5
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, принятый за прототип, предусматривающий получение из сыннырита сульфата калия и глинозема [Авторское свидетельство СССР № 1761671, МКИ C 01 F 7/26. Способ получения сульфата калия и глинозема из сыннырита / Ю. С. Сафрыгин, Н. И. Степанова, Л. А. Филоненко, В. Я. Поляковский, В. И. Захаров. - № 4827152/26; заявл. 21.05.90; опубл. 15.09.1992, Бюл. № 34.]. Сущность данного способа: сыннырит подвергают термообработке в трубчатой вращающейся печи при 1350 °С без добавок для получения кислоторастворимого лейцитового продукта, затем разложению серной кислотой. Раствор алюмокалиевых квасцов отделяют от твердого остатка (кремнеземистый продукт). Далее квасцы кристаллизуют и спекают с поташом при 600-650 °С для предотвращения выделения сернистого газа. При этой температуре сульфат калия не разлагается, а алюминий вытесняется калием с образованием дополнительного количества сульфата калия по реакции:
4
2
2
3
2
4
2
3
2
2KAl(SO)+ 2KCO = 4KSO + AlO+ 3CO
Полученный спек выщелачивают водой. В раствор переходит сульфат калия, а в осадок - глинозем.
К недостаткам данной технологии следует отнести высокую температуру термической обработки (1350 °С).
3
2
3
2
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности переработки сыннырита за счет использования на стадии термохимического разложения основных кислотоупорных минералов исходного сырья (минералов калиево-шпатовой группы) в качестве сырьевой добавки одну из дешевых природных магниевых соединений доломит CaMg(CO), или магнезит MgCO, или брусит Mg(OH), приводящие к понижению температуры процесса термообработки и увеличении ассортимента производимой продукции: магний всех выше перечисленных добавок в процессе сернокислотного разложения активированного сыннырита можно выделить в сульфат магния в качестве дополнительного продукта.
4
2
Технический результат достигается тем, что в способе переработки сыннырита, исходное сырье смешивают с дешевой сырьевой добавкой, выбранной из доломита, или магнезита, или брусита и спекают при температуре 1100-1150 °С во вращающейся трубчатой печи в течение одного часа, полученный магнийсодержащий кальсилит-лейцитовый концентрат выщелачивают серной кислотой для перевода алюминия, калия и магния в сернокислый раствор, а кремнезема - в нерастворимый остаток. Из сернокислотного раствора последовательно выделяют сначала алюмокалиевые квасцы, затем магнийсодержащий компонент в виде сульфатного кристаллогидрата (MgSO·6HO), затем алюмокалиевые квасцы подвергают термической обработке с поташом по аналогии с прототипом, полученный спек перерабатывают на глинозем и сульфат калия.
3
2
3
2
Достижению технического результата способствует то, что термохимическое разложение сыннырита с использованием одной из магниевых добавок (CaMg(CO), MgCO, Mg(OH)) осуществляется при массовом соотношении сыннырита к добавке равном 2:1.
4
2
Достижению технического результата способствует и то, что полученный термохимическим обогащением магнийсодержащий кальсилит-лейцитовый концентрат (активированный сыннырит) перерабатывают на глинозем, сульфат калия и сульфат магния. Для достижения этого результата из продуктивного сернокислотного раствора сначала осаждают алюмокалиевые квасцы, затем остаточный магнийсодержащий раствор концентрируют выпариванием при температуре 40-50 °С и выделяют гексагидрат сульфата магния (MgSO×6HO).
Сущность и преимущества заявляемого способа наглядно проиллюстрированы следующими Примерами и рисунками.
Пример 1
3
8
4
По данным минералогического и рентгенофазового анализов в соответствии с рисунком 1 установлено, что основными минеральными составляющими сынныритов являются микроклин и ортоклаз из группы калиевых полевых шпатов (65,3 %) с общей химической формулой K[AlSiO]и калиевая разновидность нефелина K[AlSiO], кальсилит (23,2 %).
2
2
3
2
2
6
2
2
7
4
2
2
4
2
2
-
4
2
Шихта, приготовленная из 1000 г сыннырита с массовой долей, %: SiO - 51.86; AlO - 22.50; KO -19.16 и 500 г доломита с массовой долей CaO - 37.63 и MgО - 23.13 % (измельченной до класса крупности - 0, 071 мм), спекается в трубчатой печи при температуре 1100°С в течение 1 ч. В этих условиях по данным рентгенофазового анализа спека (рисунок 2) происходит направленное превращение кислотоупорных минералов исходного сырья (микроклин-МК и ортоклаз-ОР) в лейцитовую форму, наряду с лейцитом (Л) K[AlSiO] синтезируется акерманит (АК) CaMg(SiO), а кислотовскрываемый кальсилит (КС) в составе шихты при этой температуре остается без изменений. Далее полученный кальций- и магнийсодержащий кальсилит-лейцитовый концентрат выщелачивают 60 % серной кислотой (нагретой до 80°С) при интенсивном перемешивании. Полученную суспензию фильтруют. Твердая фаза представляет смесь гипса CaSO×2HO и аморфного кремнезема SiO. Из сульфатного раствора, содержащего ионы калия, алюминия и магния, кристаллизуют алюмокалиевые квасцы состава KAl(SO)×12HO. Далее раствор после осаждения квасцов выпаривают при температуре 4050°С и выделяют магниевый компонент в виде кристаллогидрата MgSO×6HO (рисунок 3). Полученные алюмокалиевые квасцы перерабатывают на глинозем и сульфат калия по аналогии с прототипом: для предотвращения выделения сернистого газа термическую обработку квасцов проводят в присутствии поташа при 650 °С. Далее спек выщелачивают водой. В раствор переходит сульфат калия, а в осадок - глинозем.
4
2
2
4
2
4
2
2
Выход продуктов при спекании 1 кг сыннырита с 0,5 кг доломита при температуре 1100 °С и последующем выщелачивании серной кислотой составляет: алюмокалиевых квасцов (KAl(SO)×12HO) 1,70 кг; гексагидрата сульфата магния (MgSO×6HO) 0,26 кг; гипса (CaSO×2HO) 0,39 кг и аморфного кремнезема (SiO) 0,46 кг.
Пример 2
2
2
3
2
2
6
2
4
4
2
4
2
2
4
2
Шихта, приготовленная из 1000 г сыннырита с массовой долей, %: SiO - 51.86; AlO - 22.50; KO -19.16 и 500 г магнезита с массовой долей MgО -46,61 % или брусита с массовой долей MgO до 69,1% (измельченной до класса крупности - 0, 071 мм), спекается в трубчатой печи при температуре 1150°С в течение 1 ч. В этих условиях по данным рентгенофазового анализа спеков, полученных при спекании сыннырита с магнезитом (рисунок 4) и бруситом (рисунок 5) происходит направленное превращение кислотоупорных минералов исходного сырья (микроклин, ортоклаз) в лейцитовую форму, наряду с лейцитом K[AlSiO] синтезируется форстерит MgSiO, а кислотовскрываемый кальсилит K[AlSiO] в составе шихты при этой температуре остается без изменений. Далее полученный магнийсодержащий кальсилит-лейцитовый концентрат (спек) выщелачивают серной кислотой (нагретой до 80°С) при интенсивном перемешивании. Полученную суспензию фильтруют. Твердая фаза состоит в основном из аморфного кремнезема SiO (90 %) и неразложившегося алюмосиликата - лейцита. Из сульфатного раствора, содержащего ионы калия, алюминия и магния, кристаллизуют алюмокалиевые квасцы состава KAl(SO)×12HO. Далее раствор после осаждения квасцов выпаривают при температуре 40-50°С и выделяют магниевый компонент в виде кристаллогидрата MgSO×6HO. Полученные алюмокалиевые квасцы перерабатывают на глинозем и сульфат калия по аналогии с прототипом.
4
2
2
4
2
2
Выход алюмокалиевых квасцов, сульфата магния и аморфного кремнезема при спекании 1 кг сыннырита с 0,5 кг магнезита составляет: KAl(SO)×12HO 1,70 кг; MgSO×6HO 1,18 кг; SiO 0,45 кг.
4
2
2
4
2
2
Выход алюмокалиевых квасцов, сульфата магния и аморфного кремнезема при спекании 1 кг сыннырита и 0,5 кг брусита cоставляет: KAl(SO)×12HO 1,71 кг; MgSO×6HO 1,60 кг; SiO 0,46 кг.
3
2
3
2
Таким образом, в отличие от прототипа за счет использования на стадии термохимического разложения сыннырита с получением кислоторастворимых соединений в качестве сырьевой добавки дешевые магнийсодержащие минералы (CaMg(CO), MgCO, Mg(OH))достигнуто уменьшение температуры на 150-200 °С и увеличение выпуска товарных продуктов. При спекании сыннырита с магнезитом или бруситом увеличивается количество получаемого сульфата магния и исключается образование гипса. Маточные растворы после отделения целевых продуктов (алюмокалиевые квасцы и сульфат магния) можно возвращать на стадию сернокислотного разложения в качестве раствора разбавления.