СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩЕГО ПИГМЕНТА
METHOD OF PREPARING IRON-CONTAINING PIGMENT

Изобретение относится к области технологии неорганических пигментов, точнее к технологии железоокисных пигментов.
Известен способ получения коричневого железосодержащего пигмента, сущность которого заключается в том, что тонкодисперсную пыль (шламы) мартеновского и электросталеплавильных цехов подвергают гидротермальной обработке при 60-80°С в течение 1,0-1,5 ч в смеси с однозамещенным фосфатом кальция, взятых в соотношении 1:(0,05-0,08), с последующей отмывкой полученного продукта от водорастворимых веществ и термообработкой его при 150-350°С.
RU 2057154, МПК С01С 1/24, 1994 г.
Известен способ обработки кислых железосодержащих сточных вод, сущность которого заключается в том, что железосодержащий водный раствор обрабатывают раствором гидроксида калия для выделения железа в виде гидроксида с последующим отделением осадка фильтрацией
RU 2019524, МПК C02F 1/64, 1991 г.
Недостатком известных способов является образование глинистого, аморфного осадка гидроксидов железа, склонных к образованию коллоидно-гелевых систем с очень низкой скоростью фильтрации.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является способ получения гипса, а также железооксидного пигмента из кислотных отходов производства диоксида титана сульфатным способом.
US 6440377, МПК C01F 100; C01G 49/00, 2002 г.
Недостатками известного способа является длительность и многостадийность процесса с необходимостью дополнительного введения металлического железа или субстанции, содержащей металлическое железо, двойной нейтрализации растворов до достижения рН среды 3-5, использования кослорода в качестве окисляющего агента при получении коричневого пигмента.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, - повышение производительности процесса выделения железосодержащего осадка за счет повышения скорости фильтрации.
Согласно предлагаемому способу получения железосодержащго пигмента поставленная цель достигается тем, что раствор, полученный методом биовыщелачивания, содержащий железо в трехвалентной форме, обрабатывают водной пульпой, полученной смешением водных растворов карбоната натрия (калия) или аммония и хлорида или сульфата магния в эквимолярном соотношении. Важно получить кристаллический карбонат магния и выдерживать рекомендованный порядок добавления растворов. С практической точки зрения пульпу целесообразно получать смешиванием растворов, содержащих 100-150 г/л карбоната калия или натрия, или аммония, и 100-150 г/л сульфата или хлорида магния. В процессе смешивания образуется карбонат (и частично гидрокарбонат) магния. Полученную пульпу карбоната магния отстаивают, сливают декантацией осветленную часть, 2-3 раза промывают водой при соотношении (об.) пульпа:вода=1:(2-3), каждый раз декантируя осветленную часть. Раствор соли железа (III) медленно добавляют к пульпе карбоната магния во избежание вспенивания из-за выделения углекислого газа. Карбонат магния взаимодействует с катионами трехвалентного железа с образованием гидроксидов и гидроксикарбонатов железа, выпадающих в осадок. Количество вводимого магния по отношению к железу поддерживают в соотношении, (моль): железо:магний=(1,02-1,05):1. Осадок гидроксидов или гидроксикарбонатов железа отделяют фильтрованием, промывают водой, сушат и прокаливают с получением прозрачного пигмента.
Положительный эффект заключается в повышении скорости фильтрации пульпы на стадии отделения железосодержащего осадка и на стадии промывки этого осадка.
Пример 1
3+
Железосодержащий пигмент получали осаждением железа из раствора, полученного биовыщелачиванием отходов металлургического производства. Содержание сульфата железа (в расчете на Fe) 40,3 г/л, рН раствора 1,6. К водному раствору карбоната натрия с концентрацией 100 г/л добавляли раствор сульфата магния с концентрацией 154 г/л в эквимолярном соотношении. Выпавший осадок карбоната магния отделяли декантацией. К полученной пульпе добавляли воду в соотношении объем пульпы:объем воды=1:2 и перемешивали пульпу. При последующем отстаивании осветленная часть составила 2/3 всего объема. Осветленную часть сливали и операцию повторяли еще два раза. Полученная пульпа карбоната магния содержала небольшое количество водорастворимого сульфата натрия (менее 5 г/л). Удаление растворимой соли - сульфата натрия необходимо, так как из растворов, содержащих высокие концентрации растворимых солей, карбонат железа образует осадки, обладающие худшей фильтруемостью. В полученную пульпу вводили рассчитанное количество железосодержащего раствора медленно, при перемешивании (вариант 1, табл.1). Во втором варианте, наоборот, в раствор сульфата железа вводили такое же количество пульпы карбоната магния. Количество введенного железа взято несколько больше (в молях) по сравнению с карбонатом магния (на 0,04 моль). Это сделано для того, чтобы весь карбонат магния прореагировал, и в пульпе не осталось избыточного твердого карбоната магния (который после фильтрации останется с осадком железа). Практически удобнее следить по значению рН, так как даже при небольшом избытке сульфата железа рН смещается в область значений 3,0-3,5. В табл.1 также приведены результаты по фильтрации пульпы (вариант 3), полученной в соответствии с известными способами, т.е. при добавлении раствора гидроксида калия к железосодержащему раствору.
Результаты показали, что использование предлагаемого способа позволяет увеличить скорость фильтрации пульпы в 2-3 раза.
Таблица 1
Результаты фильтрации железосодержащего осадка
Вариант
Последовательность операций
Скорость фильтрации пульпы, м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup> ч
1
Добавление к пульпе карбоната магния раствора трехвалентного железа
0,40
2
Добавление к раствору трехвалентного железа пульпы карбоната магния
0,15
3
Добавление к раствору трехвалентного железа раствора гидроксида калия
0,12
Пример 2
Раствор карбоната аммония с концентрацией 80 г/л и хлорида магния с концентрацией 65 г/л смешивали в эквимолярном соотношении. Осадок карбоната магния отделяли от маточника декантацией и промывали водой 3 раза при соотношении пульпа:вода=1:2. Осветленные части удаляли декантацией. Гидрокарбонат железа получали двумя способами: добавлением раствора железа к пульпе карбоната магния и добавлением пульпы к раствору трехвалентного железа.
Результаты (табл.2) показали, что при использовании карбоната аммония скорость фильтрации несколько меньше, чем при применении карбоната натрия. Это объясняется более высокой степенью гидролиза карбоната аммония, что приводит к получению более мелких кристаллов карбоната магния. Однако использование предлагаемого способа также позволяет увеличить скорость фильтрации пульпы в 2-3 раза.
Таблица 2
Результаты фильтрации железосодержащего осадка
Вариант
Последовательность операций
Скорость фильтрации пульпы, м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup> ч
1
Добавление к пульпе карбоната магния раствора трехвалентного железа
0,34
2
Добавление к раствору трехвалентного железа пульпы карбоната магния
0,16
3
Добавление к раствору трехвалентного железа раствора гидроксида калия
0,13