СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БЕРИЛЛИЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ФЛЮОРИТ
METHOD OF PROCESSING BERYLLIUM FLUORITE-CONTAINING CONCENTRATES

Изобретение относится к технологии переработки бериллиевых концентратов, содержащих флюорит, в частности переработке бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата, и может быть использовано при производстве гидроксида бериллия.
Известен способ переработки бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов (Самойлов В.И., Экспериментальная разработка перспективных химических методов извлечения бериллия и лития из минерального сырья, Медиа-Альянс, 550 с., 2006 г.). Согласно данному способу переработка бертрандит-фенакит-флюоритовых концентратов включает стадию механоактивации концентратов путем измельчения его до крупности менее 0,045 мм (45 мкм), сульфатизацию активированного продукта 93%-ной серной кислотой при температуре 250-300°C и далее по известной технологии проводят водное выщелачивание просульфатизированного материала, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и осадок, осаждение гидроксида бериллия из раствора сульфата бериллия. При этом расход серной кислоты составляет 1,6 мл на один грамм концентрата (или 2,93 кг/кг), а извлечение бериллия в сульфатный раствор составляет 93,5-98,2%.
Недостатками способа являются:
- повышенный расход серной кислоты;
- низкое извлечение бериллия в сульфатный раствор и, как следствие, - в гидроксид бериллия;
- прогрессирующее зарастание рабочих поверхностей оборудования продуктами реакции в результате взаимодействия образующихся в процессе реакций сульфата кальция и воды с последующей цементацией.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ извлечения бериллия из бериллиевых концентратов, содержащих флюорит, включающий низкотемпературную сульфатизацию измельченных до фракции -5 мкм концентратов 93%-ной серной кислотой с непрерывным растиранием реакционной массы при температуре 95-105°C, высокотемпературную сульфатизацию при температуре 250-300°C, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек. Причем расход серной кислоты на сульфатизацию составляет 1,6 мл на 1 г концентрата или 2,93 кг на кг (Пат. РФ №2351539, МПК C01F 3/00 (2006.01) опубл. 10.04.2009 г., Самойлов В.И. и др., патентообладатель - ОАО «ВНИИХТ»). По данному способу извлечение бериллия в сульфатный раствор составляет 99,5% масс.
Недостатками способа, взятого за прототип, являются:
- высокий расход 93%-ной серной кислоты, которая используется из расчета 1,6 мл на 1 г, (2,93 кг на 1 кг концентратов) - низкотемпературный режим сульфатизации (95÷105°C) приводит к образованию воды в жидкой фазе, разбавлению кислоты до концентраций, при которых снижается температура кипения раствора, увеличивается давление паров и происходят большие потери за счет испарения уже на высокотемпературной стадии (при снижении концентрации серной кислоты с 98,3% до 74% температура кипения снижается с 330°C до 167°C).
- использование концентрата с высокой степенью помола, большой удельной поверхностью и реакционной способностью приводит к увеличению скорости реакций, увеличению выделения количества теплоты в единицу времени, что при наличии свободной воды способствует цементации и как следствие - необходимости использования операции истирания реагирующих веществ и продуктов реакций;
- при низкотемпературной сульфатизации часть образовавшегося диоксида кремния, не вступившего в реакцию с фтористым водородом, выполняет роль катализатора твердения гипса.
Задачей настоящего изобретения является разработка эффективного и технологичного способа переработки бериллиевых концентратов, содержащих флюорит.
Техническим результатом заявляемого изобретения является сокращение расхода серной кислоты и исключение образования настылей на внутренних поверхностях оборудования при переработке бериллиевых концентратов, содержащих флюорит.
Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от известного способа сульфатизации измельченного концентрата 93%-ной серной кислотой, включающего низкотемпературную сульфатизацию, высокотемпературную сульфатизацию при температуре 250-300°C, водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек, по предлагаемому способу сульфатизации подвергается концентрат крупностью 45-85 мкм, низкотемпературную сульфатизацию проводят при температуре 130-170°C при перемешивании с серной кислотой, взятой в количестве 50-70% от необходимого, а высокотемпературную сульфатизацию проводят при перемешивании с оставшейся частью серной кислоты. Причем кислоты берется в количестве 1,55-1,80 кг на кг концентрата в зависимости от содержания флюорита в концентрате.
Поставленная задача решается за счет использования при низкотемпературной сульфатизации температуры выше температуры кипения воды и ниже температуры кипения кислоты. Это обеспечивает исключение образования воды в жидкой фазе, разбавления кислоты не происходит, ее потери из-за испарения при высокотемпературной сульфатизации снижаются. Выбранный для сульфатизации измельченный до крупности 45-85 мкм концентрат, обладая оптимальной удельной поверхностью и объемным весом, обеспечивает в совокупности с выбранной температурой и соотношением компонентов протекание реакции с необходимой скоростью и полнотой. Использование концентрата с такой крупностью, наряду с дробной подачей кислоты и перемешиванием, исключает возможность схватывания материала и зарастания оборудования продуктами реакции. Так как при низкотемпературной сульфатизации используется количество кислоты меньше стехиометрически необходимого, кислота нацело реагирует с частью концентрата (при этом половина и больше образующейся от общего количества воды испаряется). В результате на высокотемпературную сульфатизацию поступает частично вскрытый обезвоженный концентрат в виде сыпучих, пористых гранул. Это в свою очередь создает условия, при которых испарение кислоты и схватывание материала сводятся к минимуму.
ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Для реализации заявляемого способа навески бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата подвергают двукратной сульфатизации 93%-ной серной кислотой из расчета 1,65 кг серной кислоты на 1 кг бертрандит-фенакит-флюоритового концентрата. Низкотемпературную сульфатизацию проводят в лабораторном барабанном смесителе со шнековой подачей при температуре 110, 130, 140, 150, 180°C с добавлением 93%-ной серной кислоты в объеме 0,36 л, 0,45 мл, 0,54 л, 0,63 л, 0,72 л, что составляет 40, 50, 60, 70, 80% от необходимого количества соответственно. Высокотемпературную сульфатизацию проводят в лабораторной вращающейся трубчатой печи при температуре 250-300°C с добавлением к частично просульфатизированному концентрату оставшейся части 93%-ной серной кислоты. Далее по известной технологии проводят водное выщелачивание просульфатизированного продукта, разделение пульпы выщелачивания на раствор сульфата бериллия и кек, водную промывку кека от сульфата бериллия, разделение пульпы промывки на промывной раствор и отвальный кек.
В таблице приведены основные показатели технологических процессов по заявляемому способу и для сравнения - по способу-прототипу.
Таблица
№ п/п
Способ реалиизации
Низкотемп. сульфатизация
Высокотемп. сульфатизация T=250÷300°C,
Крупность концентрата, мкм
Примечание
1
2
3
4
5
6
1
Заявляемый способ
1 кг концентрата + 0,36 л (40%)93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>T=180°C
93%-ную H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0,54 л (60%)
Менее 45
В печи наблюдается зарастание продуктом, расход кислоты увеличивается
2
Заявляемый способ
1 кг концентрата + 045 л (50%) 93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>T=150°C
93%-ную H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0,45 л (50%)
45-85
зарастание продуктом незначительное, расход кислоты 1,65 кг
3
Заявляемый способ
1 кг концентрата + 0,54 л (60%)93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>T=140°C
93%-ную H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0,36 л (40%)
45-85
Зарастание продуктом не происходит, расход кислоты 1,65 кг
4
Заявляемый способ
1 кг концентрата 0,63 л (70%)93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4 </sub>T=130°C
93%-ную H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0,27 л (30%)
45-85
Зарастание продуктом не происходит, расход кислоты 1,65 кг
5
Заявляемый способ
1 кг концентрата 0,72 л (80%) 93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4 </sub>T=110°C
93%-ную H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> 0,18 л (20%)
Более 85
Снижение извлечения бериллия, расход кислоты 1,65 кг
6
Способ-прототип
Т=95÷105°C
T=250-300°C,
Менее 5
Зарастание реторты печи, расход кислоты 2,93 кг
1 кг концентрата + 1,6 мл (100%) 93%-ной H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
Из данных таблицы следует, что заявляемый способ в сравнении со способом-прототипом позволяет при выбранных температурных режимах, крупности концентрата и соотношениях реагирующих компонентов, эффективно проводить процесс сульфатизации бериллиевых концентратов, содержащих флюорит. При этом снижается удельный расход серной кислоты на 37-47%, исключено образование настылей на стенках оборудования, исключается операция истирания реагирующих веществ. При этом извлечение бериллия по прототипу и заявляемому способу остается на том же высоком уровне.
Таким образом, заявляемый способ в сравнении со способом-прототипом позволяет при выбранных температурных режимах, крупности концентрата и соотношениях реагирующих компонентов эффективно проводить процесс сульфатизации бериллиевых концентратов, содержащих флюорит, сократить расход реагентов и продолжительность процесса, исключить трудоемкие операции истирания и зачистки оборудования.