СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ СОЕДИНЕНИЙ МАГНИЯ ИЗ РУДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФОСФАТ КАЛЬЦИЯ
METHOD FOR EXTRACTION OF MAGNESIUM COMPOUNDS FROM ORE CONTAINING CALCIUM PHOSPHATE

Использование: в производстве удобрений и химических реагентов.
Изобретение относится к способу извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция.
Предлагаемый способ позволяет из руды, содержащей фосфат кальция, получить соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния.
Цель изобретения: разработать способ извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция. Получаемые соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния являются востребованными продуктами. Снижение содержания соединений магния в руде, содержащей фосфат кальция, приводит к уменьшению гигроскопичности получаемых из руды кислых фосфатов кальция, используемых в производстве удобрений [1].
Соединения магния: карбонат или гидроксокарбонат магния, нитрат магния, хлорид магния в промышленности получают в основном из природных магниевых руд, содержащих карбонат или гидроксокарбонат магния, либо из руд, содержащих хлористый калий, либо из морской воды. В связи с этим извлечение соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, часто не рассматривается, в том числе и из-за малого содержания магния в виде соединений: от десятых долей до небольших единиц процентов.
Соединения магния в руде, содержащей фосфат кальция, присутствуют преимущественно в виде карбоната магния и карбоната кальция-магния. Также в руде присутствует карбонат кальция.
Сущность изобретения.
К руде, содержащей фосфат кальция при температуре 0-100°С, при перемешивании добавляют ограниченное количество соляной или азотной кислоты, а именно: 0,01-50% масс.раствор азотной или 0,01-20% масс. соляной кислоты, взятый в количестве 80-100% от необходимого для растворения имеющегося в руде карбоната кальция и магния по реакциям (1)и(2):
реакция растворения фосфата кальция в данных условиях блокируется из-за большого недостатка кислоты.
Раствор, содержащий нитрат магния и кальция, отделяют от обработанной руды фильтрованием. Осадок обработанной руды на фильтре промывают водой и после промывки отправляют на производство кислых фосфатов кальция, например, по способу [2], промывную воду присоединяют к фильтрату. Далее к фильтрату добавляют расчетное количество раствора азотной кислоты, в том числе концентрированной, и обрабатывают полученным раствором новую порцию исходной руды, содержащей фосфат кальция. По достижении концентрации ионов магния в используемом растворе равной 0,01-2,0 М, раствор, содержащий ионы магния и кальция, поступает на переработку, а вместо него используют свежий раствор азотной кислоты для дальнейшей обработки новой порции руды. Переработка фильтрата заключается в следующем: сначала рекомендуется очистить фильтрат от возможной примеси фосфат-ионов, ионов железа и алюминия, для чего необходимо увеличить его рН до 3-5 добавлением расчетного количества гидроксида кальция для осаждения указанных примесей в виде нерастворимых соединений и их последующего отделения фильтрованием. Образующийся осадок направляют на переработку. Далее из очищенного фильтрата ионы кальция отделяют от ионов магния, добавляя количество раствора сульфата натрия с концентрацией 1-400 г/л из расчета 0-10% сверх стехиометрии реакции (3):
для уменьшения растворимости малорастворимого сульфата кальция.
Малорастворимый осадок сульфата кальция отделяется фильтрованием и смешивается в отдельной емкости с расчетным количеством раствора карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л для регенерации раствора сульфата натрия:
Протекание реакции (4) обусловлено меньшим значением произведения растворимости карбоната кальция по сравнению с сульфатом кальция [3]. Нерастворимый осадок карбоната кальция отделяется фильтрованием, а раствор сульфата натрия используется повторно.
Раствор, полученный после протекания реакции (3) и содержащий нитрат магния и нитрат натрия, смешивается с расчетным количеством раствора карбоната натрия с концентрацией 1-210 г/л, либо с насыщенным раствором гидрокарбоната натрия для осаждения гидроксокарбоната либо карбоната магния, которые отделяются фильтрованием:
Фильтрат, содержащий нитрат натрия, используется для получения твердого нитрата натрия, который применяется в качестве удобрения.
Из карбоната либо гидроксокарбоната магния при необходимости действием соляной кислоты получают хлорид магния:
либо действием азотной кислоты получают нитрат магния по реакции (2).
Использование раствора азотной кислоты для извлечения соединений магния из руды, содержащей фосфат кальция, предпочтительнее, поскольку получающийся в процессе нитрат натрия можно использовать в качестве удобрения, однако, все сказанное выше справедливо и при использовании раствора соляной кислоты вместо азотной кислоты.
Пример 1.
100 г руды, содержащей фосфат кальция, в том числе содержащей 1% масс. карбоната магния и 5% масс. карбоната кальция смешали при 70°С с 388 мл 1% масс. раствора азотной кислоты. По окончании выделения углекислого газа и охлаждении полученной смеси до комнатной температуры раствор над осадком был отделен декантацией и профильтрован. К 300 мл полученного фильтрата добавили 27 мл раствора сульфата натрия с концентрацией 200 г/л. Выпавший осадок сульфата кальция был отделен фильтрованием, промыт дистиллированной водой. Осадок сульфата кальция массой 5 г был смешан в отдельной емкости с 19,5 мл раствора карбоната натрия с концентрацией 200 г/л. После завершения реакции осадок карбоната кальция был отделен фильтрованием, а раствор сульфата натрия с концентрацией 268 г/л был сохранен для повторного использования. К 300 мл фильтрата, содержащего нитрат магния, полученного после отделения осадка сульфата кальция фильтрованием, добавили 4,9 мл раствора карбоната натрия с концентрацией 200 г/л. Выпавший осадок, содержащий 1,3 г гидроксокарбоната магния, был отделен фильтрованием, промыт на фильтре дистиллированной водой и высушен. Полученный гидроксокарбонат магния можно использовать для получения нитрата или хлорида магния путем его смешения с расчетным количеством раствора азотной или соляной кислоты. Фильтрат, содержащий нитрат натрия, может быть использован для получения твердого нитрата натрия методом перекристаллизации.
Источники информации
1. Технология минеральных удобрений: учебное пособие / И.А. Петропавловский, Б.А. Дмитревский, Б.В. Левин, И.А. Почиталкина. - СПб.: Проспект Науки, 2018. - 312 с.
2. Почиталкина И.Α., Филенко И.А., Кондаков Д.Ф., Сибирякова Е.М., Колесников В.А. Способ кислотной переработки бедного фосфатного сырья. Патент RU 2634948. Заявлено: 06.12.2016. Опубликовано: 08.11.2017 Бюл. №31.
3. Краткий справочник по химии. Под редакцией академика АН УССР А.Т. Пилипенко. Киев, Наукова думка, 1987, с. 829.