СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СИДЕРИТОВЫХ РУД
METHOD OF SIDERITE ORE PROCESSING

Изобретение относится к способам переработки сидеритовых руд, содержащих большие количества оксида магния (свыше 9 мас.%), и предназначено для одновременного получения двух продуктов - железорудного концентрата с высоким содержанием железа, оксида магния высокой чистоты экологически безопасным способом.
Высокое содержание оксида магния в рудах затрудняет их проплавку в доменных печах из-за получения вязких тугоплавких шлаков. В сидероплезитах карбонат магния и железа образуют изоморфную кристаллическую решетку, поэтому удаление оксида магния невозможно без разрушения такой решетки. Это объясняет малую эффективность обычных методов обогащения таких руд и предопределяет необходимость использования термических и химических способов. Известен способ повышения содержания железа и снижения содержания оксида магния в сидеритовых рудах за счет дробления и грохочения исходной руды до крупности 6-0 мм, сухой магнитной сепарации исходной руды в неоднородном магнитном поле с последующим обжигом обогащенной таким образом руды и магнитной сепарацией огарка в переменном магнитном поле [см. RU 2283183 С1, МПК B03C 1/00, опубл. 10.09.2006]. Этот способ обеспечивает увеличение массовой доли железа в концентрате с 54,36% до 59,67% при одновременном снижении в нем оксида магния с 13,00% до 9,92%. Недостатком данного способа является незначительное снижение содержания в концентрате оксида магния. Использование таких продуктов в доменном производстве без добавления в них других руд, снижающих массовую долю оксида магния, невозможно из-за образования высоковязких шлаков в процессе плавки.
Наиболее близким к предложенному является способ подготовки карбонатных железных руд, включающий дробление, грохочение исходных сидеритовых руд с последующим обжигом и магнитной сепарацией; гранульную сульфатизацию концентрата; окислительный обжиг сульфатизированных гранул при температуре 650-700°C; агитационное водное выщелачивание огарка [см. А.В.Курков, В.Ю.Кольцов. С.Н.Щербакова и др. Применение пиро- и гидрометаллургических технологий для очистки Байкальских сидероплезитовых руд от магния. Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья. Материалы международного совещания «Плаксинские чтения - 2009» с.198-199]. Недостатком этого способа является то, что для его реализации необходим расход большого количества серной кислоты (100-300 кг кислоты на тонну концентрата). При обжиге сульфатизированных окатышей, осуществляемом при высоких температурах, образуются оксиды серы, которые необходимо улавливать и утилизировать. Применение серной кислоты и образования сульфатов в этом процессе приводит к повышению содержания серы в продукте, что нежелательно для доменного процесса. При этом из огарка удаляется большая часть марганца, который является ценным легирующим элементом. Кроме того, необходимость выщелачивания сульфата магния, а также труднорастворимого сульфата кальция из огарка требует больших количеств воды с ее последующей очисткой. Таким образом применение данного способа не предусматривает получения магнезии, т.к. сульфат магния удаляется промывными водами. Поэтому реализация такого способа приведет к серьезным экономическим и экологическим проблемам.
Техническая задача, решаемая данным изобретением, заключается в одновременном получении из сидеритовых руд с высоким содержанием оксида магния (свыше 9 мас.%) двух продуктов - железорудного концентрата с высоким содержанием железа и оксида магния высокой чистоты экологически безопасным способом.
Поставленная задача решается тем, что в способе обработки сидеритовых руд, включающем дробление и грохочение исходной руды, магнетизирующий обжиг, сухую магнитную сепарацию обожженного продукта и выщелачивание оксида магния из магнитной фракции раствором кислоты, согласно изобретению магнетизирующий обжиг проводят в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, при температуре 480-650°C в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния, после магнитной сепарации извлеченную магнитную фракцию дополнительно дробят до крупности частиц не более 0,5 мм и осуществляют выщелачивание из нее оксида магния раствором угольной кислоты, а из полученного раствора при нагревании его до 75-95°C выделяют карбонат магния, который разлагают до оксида магния путем нагрева до 600-750°C.
В частном случае раствор угольной кислоты, получают насыщением воды диоксидом углерода.
Раствор угольной кислоты также можно получать насыщением раствора, оставшегося после осаждения из него карбоната магния, диоксидом углерода.
Для получения раствора угольной кислоты целесообразно использовать диоксид углерода, образующийся при магнетизирующем обжиге и разложении карбоната магния.
2
4
Заявляемый способ обогащения сидеритовых руд осуществляется следующим образом. Исходная сидеритовая руда подвергается дроблению и грохочению до крупности 6-0 мм, что обеспечивает высокую степень раскрытия сростков минералов. Магнетизирующий обжиг подготовленной таким образом исходной руды проводят в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, при температуре 480-650°C в течение 1,5-2 часов при постоянном перемешивании руды, что создает одинаковые условия декарбонизации руды по всему ее объему. Обжиг в таких условиях, согласно данным химического анализа, электронно-микроскопических исследований, рентгеновского микроанализа и термографии, обеспечивает образование высокоразвитой поверхности огарка и существенно затрудняет окисление Fe(II) до Fe(III), что предотвращает формирование шпинелей - MgFeO, из которой оксид магния практически не выщелачивается угольной кислотой. Обожженные образцы подвергают сухой магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 50-250 кА/м, предпочтительно 50-100 кА/м. Магнитную часть измельчают до крупности частиц 0,3-0 мм, желательно не более 0,5 мм, и помещают в реактор для выщелачивания, которое проводят раствором угольной кислоты при давлении углекислого газа в реакторе 1-5 атм в течение 1-5 часов. Необходимый для выщелачивания раствор угольной кислоты получают при насыщении воды диоксидом углерода, образующимся при магнетизирующем обжиге и разложении карбоната магния. Полученный после выщелачивания оксида магния огарок направляют на сушку, окомкование и агломерацию, а из раствора при нагревании его до 75-95°C выделяют карбонат магния, который разлагают до оксида магния путем его нагрева до 600-750°C. Для получения раствора угольной кислоты можно также использовать раствор, оставшийся после осаждения из него карбоната магния, насытив его диоксидом углерода.
Предлагаемый способ переработки сидеритовых руд позволяет снизить содержание оксида магния не менее чем на 40-60% относительно исходного количества в руде и повысить за счет этого содержание железа в продукте не менее чем на 4-5%. Необходимый для проведения процесса выщелачивания углекислый газ образуется при магнетизирующем обжиге и разложении карбоната магния, т.е. предлагаемый способ осуществляется без применения сильных минеральных кислот, типа серной, и других химических реагентов. При реализации заявляемого способа все элементы, кроме магния и частично кальция, остаются в твердой фазе и в раствор не переходят. Поэтому отпадает необходимость использовать большие объемы воды для промывки полученного продукта выщелачивания, а в окружающую среду не выбрасываются вредные вещества. По этим причинам предлагаемый способ переработки сидеритовых руд, позволяющий получать одновременно два продукта - железорудный концентрат и оксид магния высокой чистоты - экономически и экологически более приемлем для практической реализации, чем способ, описанный в ближайшем аналоге.
общ.
2
3
2
3
2
2
3
2
В таблице 1 приведены экспериментальные результаты по выщелачиваю оксида магния из сидероплезита в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, при разных параметрах обжига сырой руды, крупностью 6-0 мм, массой 5 кг и состава, мас.%: Fe=30,1; FeO=34,6; FeO - 4,6; SiO=9,4; AlO=3,4; CaO=3,7; MgO=9,4; MnO=1,3. Выщелачивание оксида магния из огарка проводили при следующих условиях: крупность частиц огарка 0,3-0 мм, парциальное давление CO - 1 атм, перемешивание - 10 об/мин, температура - 25°C, соотношение между массой выщелачиваемого огарка и раствором угольной кислоты 1:10, время выщелачивания 5 часов. Раствор после выщелачивания нагревали до 80°C, выделенный карбонат магния нагревали до 650°C с получением оксида магния.
Таблица 1
Доля (мас.%) оксида магния относительно его исходного количества в руде, выщелачиваемого из огарка при различных условиях обжига сырой руды.
Температура обжига, °C
Время обжига, час
Доля извлеченного MgO (мас.%),
Температура обжига, °C
Время обжига, час
Доля извлеченного MgO (мас.%)
450
1
5
570
1
52,1
2
7
1,5
57,7
3
10
2
49
480
1
15
3
45
2
22,5
600
1
45,1
3
30,3
2
44
500
1
35,6
3
39,3
2
50,2
650
1
37,2
3
52,6
2
35
520
1
55,1
700
1
31,5
1,5
65
2
27
2
62,2
800
1
21,2
3
58,3
2
15
550
1
58,7
900
1
15
1,5
62,8
2
13,2
2
55,4
1000
1
10
3
50,1
2
9,5
2
2
Как видно из таблицы 1, оптимальные результаты при удалении оксида магния достигаются при следующих условиях: обжиг сидероплезита в интервале температур 520-570°C в течение 1,5-2 часов. При этих условиях из огарка, в процессе выщелачивания, извлекается не менее 55% оксида магния. Увеличение давления диоксида углерода до 5 атм приводит к заметному ускорению процесса выщелачивания. Например, 50% оксида магния извлекается из огарка при давлении CO одна атмосфера за 3 часа, а при давлении CO пять атмосфер - за 1 час 10 минут (условия обжига исходной руды: температура 520°C, продолжительность обжига 1,5 часа).
Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению с ближайшим аналогом были проведены опыты по удалению оксида магния из сидероплезита по заявляемому способу и способу, рассматриваемому в качестве ближайшего аналога. В таблице 2 приведены сравнительные характеристики заявляемого способа и ближайшего аналога по удалению 50% оксида магния из сидероплезита.
Таблица 2
Сравнительная характеристика заявляемого способа и ближайшего аналога по удалению оксида магния из сидероплезита.
Наименование операций
Условия реализации
Результаты операции
Заявляемый способ
Ближайший аналог
Заявляемый способ
Ближайший аналог
Дробление и грохочение исходной руды, мм
6
1
Магнитная сепарация исходной руды
1250 кА/м
Повышение содержания: Fe от 30,1% до 36,4%; MgO от 9,4% до 11,3%
Гранульная сульфатация
Расход 175 кг H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> на тонну концентрата
Обжиг
Обжиг при t=520°C; 1,5 часа, без доступа воздуха
Обжиг при 700°C; 3 часа, окислительная атмосфера (обжиг на воздухе)
Подготовка руды к выщелачиванию; получение CO<sub>2</sub> для выщелачивания. Повышение содержания: Fe от 30,1% до 43,4%; MgO от 9,4% до 13,4%
Подготовка концентрата к выщелачиванию. Образование SO<sub>2</sub>, CO<sub>2</sub>. Повышение содержания: Fe от 36,4% до 52,5%; MgO от 11,3% до 12,2%
Магнитная сепарация обожженной руды
Напряженность магнитного поля 50-100 кА/м
Отсутствуют
Повышение содержания: Fe от 43,4% до 52,1%; MgO от 9,4% до 13,4%
Выщелачивание огарка и получение железного концентрата
Раствор угольной кислоты, 3 часа, давление CO<sub>2</sub> 1 атм. В раствор переходит только бикарбонат магния. Соотношение масс огарка и раствора 1:10. Сушка, окомкование и агломерация
Вода, 3 часа. В раствор переходят соли кальция, магния, неразложившийся сульфат железа и марганца Фильтрация, промывка кека 10-кратным объемом воды, сушка, окускование
Снижение MgO от 13,4% до 6,5%. Повышение содержания Fe от 52,1% до 56,6%. Остальные элементы остаются в железном концентрате
Снижение MgO от 12,2% до 6,1%. Повышение содержания Fe от 52, 5% до 56,1%. Уменьшение содержания Ca с 3,7 до 1,5%, Mn с 1,3 до 0,5%, остальные элементы остаются в железном концентрате на том же уровне
Получение оксида магния
Выделение оксида магния бикарбонатным способом
Выделение сульфата магния из раствора
Получение оксида магния
Получение сульфата магния
Анализ приведенных в таблице 2 результатов показывает, что для реализация заявляемого способа не нужно привлекать дополнительные химические реагенты, поскольку для извлечения оксида магния используется диоксид углерода, образующийся при обжиге сидероплезита. Поэтому предлагаемый способ экономически и экологически более приемлем для практической реализации, чем способ, описанный в ближайшем аналоге.
Заявляемый способ, помимо железорудного концентрата, позволяет получать магнезию, с содержанием MgO не менее 99%, причем для этого не требуется привлечение дополнительных реагентов, тогда как в ближайшем аналоге получение магнезии не предусмотрено. Кроме того, заявляемый способ переработки сидеритовых руд позволяет сохранять в железорудном концентрате марганец и не загрязняет железорудный концентрат посторонними, нежелательными примесями, тогда как в ближайшем аналоге значительная часть марганца удаляется с промывными водами в виде растворимого сульфата марганца, а в железорудном концентрате увеличивается содержание серы.