способ комплексной переработки тонкозернистых циркон- ильменитовых песков

Формула изобретения

1. СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТОНКОЗЕРНИСТЫХ ЦИРКОН-ИЛЬМЕНИТОВЫХ ПЕСКОВ, включающий отделение легкой фракции гравитацией с получением коллективного концентрата и последующее разделение его на соединения циркония и титана, редкие и редкоземельные элементы, отличающийся тем, что разделение коллективного концентрата осуществляют сульфатацией при 3-30%-ном избытке серной кислоты от стехиометрии реакции разложения титановых минералов с добавлением сульфата аммония до 15 мас. с последующим разбавлением смеси водой, доведением до 60 70 ^oС и выделением из фильтрата и кека целевых продуктов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфатацию проводят при 180-240^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургии редких и редкоземельных элементов и предназначено для извлечения циркония, редких и редкоземельных элементов из песков с размером зерен менее 0,1 мм.

Современная технология разделения коллективного титан-цирконового концентрата предусматривает сочетание магнитной и электростатической сепараций. Эффективное разделение минералов этими методами, особенно электростатическим, достигается при крупности зерен 0,1-2 мм [1]

Для минералов менее 0,1 мм данные технологии не позволяют проводить эффективную переработку с извлечением редких и редкоземельных элементов в силу размеров исходного сырья.

Известен способ переработки тонкодисперсных продуктов, содержащих редкие и редкоземельные элементы [2] Продукты переработки подвергают сульфатизации концентрированной серной кислотой при нагревании до получения спека. Затем производят выщелачивание и последующее извлечение ценных продуктов.

Известны сернокислотные способы разложения урановых, медных и некоторых других типов руд из хорошо проницаемых пород, например песков (Бахуров В.Г. и др. Подземное выщелачивание урановых руд. М. Атомиздат, 1969).

Технология разработки россыпных месторождений имеет, как правило, три стадии: размыв песков, предварительное обогащение и конечное разделение [3]

Предварительное обогащение производят методами флотации, магнитной сепарации и гравитации, после чего по сухой технологии осуществляют электростатическую сепарацию с выделением конечных продуктов.

Разделение коллективного концентрата на селективные продукты сопряжено с повышенным расходом энергии, наличием специальных производственных площадей, строгим соблюдением технологических параметров. Главный недостаток всех известных методов заключается в необратимых потерях ценных минералов, содержащих редкие и редкоземельные элементы.

Предлагаемое изобретение позволяет упростить технологию переработки тонкозернистых песков, а также повысить степень извлечения редких и редкоземельных элементов. Для получения этих результатов в способе переработки тонкозернистых циркон-ильменитовых песков, основанном на отделении легкой фракции методом гравитации с получением коллективного концентрата и последующем выделении соединений титана, редких и редкоземельных элементов, согласно изобретению коллективный концентрат подвергают сульфатации при 3-30%-ном избытке серной кислоты от стехиометрии реакции разложения титановых минералов с добавлением сульфата аммония до 15 мас. затем смесь разбавляют водой, доводят до температуры 60-70^оС, после чего из фильтрата и кека выделяют целевые продукты.

Оптимальная температура сульфатации коллективного концентрата составляет 180-240^оС. При таком режиме обработки время разложения титановых минералов значительно снижается.

Обработка коллективного концентрата серной кислотой приводит к полному разложению титановых минералов и очистке циркона от редкоземельных элементов и железа, структурно не связанных с цирконом.

Основная химическая реакция процесса, например, для лейкоксена:

CaTiO₃+3H₂SO₄___ + Ti(SO₄)₂+ 3H₂O

Избыток серной кислоты менее 3% недостаточен, так как серная кислота разлагается быстрее, чем происходит взаимодействие с минералом, в реакцию вступает недостаточное количество кислоты.

Избыток серной кислоты более 30% приводит к образованию повышенного количества безводного сульфата титанила TiO(SO₄), который плохо выщелачивается водой и при последующем разделении компонентов образовавшейся сульфомассы остается в нерастворимом остатке и распределяется между нерастворимыми в воде гипсом и цирконом. Введение сульфата аммония до 15 мол. сульфомассы необходимо для предотвращения образования безводного сульфата титанила и фиксации титана в нерастворимых осадках.

Добавка сульфата аммония подавляет процесс разложения серной кислоты и летучесть серного ангидрида. Это позволяет улучшить условия труда и охраны среды.

Диапазон температуры выщелачивания 60-70^оС определен скоростью перевода в раствор редких и редкоземельных элементов и нежелательным процессом гидролиза сульфата титана и скандия, что приводит к их потерям в кеке.

Температуру сульфатации 180-240^оС следует считать оптимальной для данной технологии, поскольку эти пределы обусловлены морфологическими особенностями перерабатываемого концентрата (крупность зерен, кристаллические модификации компонентов и их соотношения и т.д.). При температуре ниже 180^оС резко снижается степень и полнота сульфатации. При температуре выше 240^оС увеличивается степень термического разложения серной кислоты, введенной в процесс сульфатации, что приводит к ее излишнему расходу.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Традиционными методами гравитации отделяют легкую фракцию (каолин, кварц) от коллективного концентрата. На стадии подготовки сульфомассы вводят в ее состав сульфат аммония до 15% Эту смесь загружают в реактор, в котором выдерживают ее при температуре 180-240^оС при постоянном перемешивании в течение заданного времени. Затем сульфомассу переносят в реактор выщелачивания, разбавляют водой и выдерживают при перемешивании при 60-70^оС. Образовавшуюся суспензию разделяют на кек, содержащий циркон и гипс и осветленный раствор титана, железа, редких и редкоземельных элементов.

П р и м е р. Навеску коллективного концентрата массой 100 г, в состав которого входят, циркон 58; ильменит 30; лейкоксен 11; рутил 0,6; монацит 0,4 и титан 14, смешивают с 86,5 г концентрированной серной кислоты, что соответствует 3% -ному избытку от стехиометрии реакций взаимодействия всех титановых минералов, входящих в состав коллективного концентрата, с серной кислотой и выдерживают при температуре 200^оС в течение 1 ч. При этом через каждые 3 мин обрабатываемую смесь интенсивно перемешивают. По окончании обработки коллективного концентрата серной кислотой смесь охлаждают, разбавляют пятью частями (по массе) воды и выдерживают при температуре 65^оС. После этого суспензию разделяют на бумажном фильтре. Полученный кек, содержащий недоразложившийся коллективный концентрат и гипс, многократным отмучиванием отмывают от гипса и подвергают химическому анализу с целью определения содержания в нем титана.

Условия реализации способа и полученные результаты приведены в таблице. В таблице приведены также результаты других примеров, отличающихся условиями реализации способа.

Степень вскрытия ценных компонентов и перевода их в растворимое состояние оценивают по содержанию титана в кеке.

Время сульфатации и время выщелачивания из сульфомассы является оптимальным для конкретного концентрата, на котором реализуется способ.

Известные технологии разделения коллективного концентрата на селективные продукты характеризуются потерями по двуокиси титана до 41% по двуокиси циркония до 23,8% так как мономинеральные фракции коллективного концентрата теряются на промежуточных операциях.

Предлагаемая технология вскрывает титановые минералы, извлекая редкие и редкоземельные элементы и концентрирует их в растворе, при этом циркон остается в твердой фазе.

Из приведенной таблицы видно, что снижение избытка серной кислоты, температуры сульфатации и выщелачивания, а также количества сульфата аммония, пошедшего на сульфатацию, приводит к снижению степени извлечения титана в раствор. Превышение этих параметров выше предлагаемых пределов также приводит к снижению степени извлечения титана в раствор.