Исследования по разложению искусственного шеелита спеканием с хлоридом аммония

УДК 669.273

А.В.ЕСИПЕНКО, А.А.СОТНИКОВ

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), Владикавказ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗЛОЖЕНИЮ ИСКУССТВЕННОГО ШЕЕЛИТА СПЕКАНИЕМ С ХЛОРИДОМ АММОНИЯ

Методом многофакторного планирования эксперимента проведено исследование способа разложения шеелита спеканием с хлоридом аммония. Получена математическая модель зависимости степени разложения шеелита от температуры спекания, расхода реагента и времени, по которой проведена оптимизация. Предложена принципиальная технологическая схема переработки шеелитового концентрата комбинированным способом, включающим спекание с хлоридом аммония и соляно-кислотное разложение.

Research into scheelite decomposition with ammonium chloride sintering was carried out using the multifactor experiment planning method. A mathematical model of dependence betwee the scheelite decomposition degree and the sintering temperature, reagent consumption and time was obtained, which was used as the basis for optimization. A flow diagram for scheelite concentrate processing was suggested using a complex method including sintering with ammonium chloride and hydrochloric decomposition.

Проведено поисковое исследование с целью изучения возможности разложения шеелита спеканием с хлоридом аммония.

В работе ЛААнфилоговой и др.* проведен обзор научных исследований, выполненных на кафедре металлургии цветных металлов Иркутского государственного технического университета, где упоминаются исследования способа низкотемпературного спекания вольфрамито-вых концентратов с сульфатом аммония.

По аналогии нами изучена возможность разложения другого минерала вольфрама -шеелита спеканием с другой аммонийной солью - хлоридом аммония, так как в результате спекания шеелита с сульфатом аммония образуется труднорастворимый сульфат кальция, присутствующий в спеке вместе с WO3 и неразложившимся шеелитом.

Спекание шеелита с хлоридом аммония описывается реакцией

CaWO4 + 2ЯН4С1 = WO3 + СаС12 + + 2КН3 Т + Н20 Т.

* Анфилогова Л.А. Эффективные технологии при переработке редкометального сырья и материалов / Л.А.Анфилогова, О.В.Белоусова, М.Ю.Кузьмина // Изв. вузов. Цветная металлургия. 2005. № 2. С.17-21.

Исследования проводили на искусственном шеелите влагосодержанием 1,933 % с использованием хлорида аммония марки х.ч. Масса искусственного шеелита во всех опытах была 1,0197 г, что соответствует содержанию CaWO4 1 г. Масса хлорида аммония определялась в соответствии с планом эксперимента. Шихту после усреднения помещали в фарфоровый тигель и спекали в муфеле с приоткрытой дверцей для удаления газообразных продуктов. Температура поддерживалась автоматически на заданном уровне.

Спек охлаждали, обрабатывали горячей водой для отмывки СаС12, затем 10-процентным раствором аммиака при нагревании для растворения WO3. Остаток (CaWO4) промывали горячей водой, сушили, прокаливали, охлаждали в эксикаторе и взвешивали на аналитических весах.

Степень разложения шеелита (в процентах) рассчитывали по формуле

E = ^ 100. m

где m - масса CaWO4 в навеске искусственного шеелита, г; m1 - масса неразложившегося CaWO4, г.

В предварительных экспериментах по разложению искусственного шеелита спеканием с хлоридом аммония в интервале температур 400-600 оС при расходе реагента 100-200 % от стехиометрически необходимого количества (СНК) и длительности спекания 20-50 мин степень разложения шеелита не превышала 18 %. Повышение степени разложения происходило с понижением температуры и увеличением расхода хлорида аммония в исследованной области факторного пространства. Поэтому дальнейшие исследования проводили при более низких значениях температуры и при более высоком расходе хлорида аммония.

Чтобы определить длительность спекания, поставили серию опытов при постоянной температуре 320 оС и расходе хлорида аммония 300 % от СНК. Результаты показывают (рис.1), что степень разложения шеелита имеет максимум при продолжительности спекания около 20 мин.

Наличие максимума степени разложения шеелита и последующего спада на кинетической кривой объясняется протеканием реакции

3WO3 + 2СаС12 = 2CaWO4 + WOa4 Т .

Правомерно предположить, что положение максимума зависит от температуры: при более высоких значениях температуры он сместится влево, а при более низких -вправо. Поэтому в дальнейших исследованиях длительность спекания варьировали в пределах 10-30 мин.

С целью изучения зависимости степени разложения искусственного шеелита от условий спекания с хлоридом аммония реализован трехуровневый план Бокса. Уровень факторов следующий:

Температура спекания Г, °С 300 375 450

Расход хлорида

аммония В, % от СНК 200 300 400

Продолжительность 10 20 30

спекания т, мин

Значения независимых переменных в кодовом масштабе рассчитывали по формулам:

t - 375 В - 300 „ т- 20

X1 =

75

X 2 =-

100

; х 3 =

10

Обработкой экспериментальных данных получена адекватная кодовая модель:

Е, %

30 -

20 -

И-1-1-1-1-1-1-1-1-1

20 40 60 80 т,мин

Рис. 1. Кинетика разложения искусственного шеелита спеканием с хлоридом аммония

Е, %

37,5

35,0 -

32,5 -

30,0

27,5

i =2

- i =3

i =1

1-г

-1,0 -0,5 0,0

1-1-1

0,5 х1

Рис.2. Частные зависимости

Е = 36,481 - 0,114Х1 + 5,032Х2 -1,439Х3 -1,439Х3 -1,8273Х12 - 3,1373Х22 + + 3,5363Х1Х2 - 6,6487Х1Х3;

Е = 5,30; ^0,05;13;6 = 3,98.

По убыли влияния на функцию отклика Е независимые переменные располагаются в ряд: Х2, Х3, Хь

Из модели (1) получены частные зависимости степени разложения шеелита (рис.2), остальные факторы были на нулевом уровне:

Е = 36,481 - 0,114Х1 -1,8273Х12;

Е = 36,481 + 5,032Х2 - 3,1373Х22 ;

159

Санкт-Петербург. 2009

Е = 36,481 -1,439Х 3.

По модели (1) методом нелинейного программирования найдено наибольшее значение степени разложения шеелита в исследованной области факторного пространства (48,06 %) и соответствующие ему значения независимых переменных: Х1 = 1 или 450 °С; Х2 = 1 или 400 % от СНК; Х3 = -1 или 10 мин.

В опыте с такими условиями степень разложения шеелита составила 46,96 %.

В результате проведенных исследований установлена принципиальная возможность разложения шеелита спеканием с хлоридом аммония. Достоинствами этого процесса являются низкие значения температуры и малая длительность спекания, доступность и невысокая стоимость реагента. Из-за

невысокой степени разложения шеелита способ может быть применен в сочетании с другими способами разложения шеелитовых концентратов, например со способом разложения соляной кислотой. При этом сначала концентрат спекают с хлоридом аммония, спек обрабатывают водой, затем раствором аммиака выщелачивают WO3, а остаток после промывки водой разлагают соляной кислотой с добавлением 0,2-0,5 % Н№03. Полученную вольфрамовую кислоту растворяют в аммиачной воде. Аммиачные растворы от растворения вольфрамового ангидрида и вольфрамовой кислоты объединяют и выделяют из них специальные полихлорвиниловые вещества.

Сочетание предложенного способа с соляно-кислотным методом приведет к значительному сокращению расхода кислоты.

Научный руководитель доц. В.М.Алкацева