способ химического обогащения минеральных концентратов

Формула изобретения

Способ химического обогащения минеральных концентратов, включающий последовательное взаимодействие минеральных концентратов с реагентом, образующим азеотропную смесь с водой, и промывной водой в реакторах, в которые предварительно загружают концентрат, поочередно подают реагент и промывную воду необходимой степени очистки, отличающийся тем, что отработанные растворы разделяют на примесные элементы, реагент и воду с одновременной их очисткой и раздельно возвращают очищенные реагент и воду в реакторы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано для химического обогащения минеральных концентратов.

Обогащение минеральных концентратов позволяет существенно улучшить технико-экономические показатели производства при условии разработки экологически чистой и дешевой технологии обогащения.

Известны традиционные способы обогащения (сортировка, сепарация, флотация) [1-4]. Однако они не позволяют провести глубокую очистку для получения высококачественного минерального сырья. Причины недостаточной очистки минеральных концентратов заключаются в наличии на поверхности минералов пленочных загрязнений, зерен примесей с близкими физическими свойствами (магнитные свойства, плотность, смачиваемость и т.д.), сростков с другими минералами и структурных загрязнений, которые относительно равномерно распределены в объеме кристаллов. Очевидно, что при незначительной доле структурных примесей после физических способов обогащения использование химической очистки в качестве финишной обработки позволяет существенно повысить качество концентратов.

Основными требованиями, предъявляемыми к процессу химического обогащения минерального сырья, являются:

- использование таких реагентов, которые позволяют перевести в раствор труднорастворимые примеси (для этой цели чаще всего применяют сильные минеральные кислоты);

- растворимость основного вещества в выбранном реагенте должна быть значительно меньше растворимости примесей в нем;

- использование реагентов и промывных вод необходимой степени очистки для предотвращения внесения дополнительных примесей с ними;

- минимизация экологической нагрузки на окружающую среду.

Выполнение приведенных условий связано с необходимостью использования дорогостоящих химических реагентов марки "ос. ч.", деионизированной воды и комплекса нейтрализации и очистки сточных вод. Следует отметить, что после 1-5 циклов использования необходима полная замена реагентов (кислоты). Совокупность перечисленных требований делает химическое обогащение минеральных концентратов дорогостоящим переделом.

Известен способ очистки зерен кварцевого песка (диоксида кремния) от примесей [5] , заключающийся в том, что кварцевый песок подают в струю горячего водородсодержащего газа (водород и кислород), к которому примешивают галогены (хлор) или галогенсодержащие вещества, образующие с загрязнениями легколетучие соединения, удаляющиеся при сжигании газа при температуре от 1600 до 2000^oС, после чего песок выделяется из газового потока в циклонном осадителе. Данный способ применяют для очистки от щелочных и щелочно-земельных металлов. Очевидно, что такой способ пожаровзрывоопасен, требует достаточно сложного основного и вспомогательного оборудования и конструкционных материалов, не вносящих дополнительных примесей при реализации процесса.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является способ обогащения кварцевой крупки [6], технологическая схема которого приведена на фиг.1.

В химических реакторах происходит химическое обогащение кварцевой крупки в смеси концентрированной фтористоводородной и соляной кислот в объемном соотношении 1:0,85. В результате экзотермической реакции фтористоводородной кислоты с кварцевой крупкой происходит разогрев до температуры кипения жидкой фазы. Образующаяся паровая фаза вытесняет отмывочный раствор из первого во второй реактор. Далее обработка кварцевого сырья в первом реакторе идет в атмосфере кислотного пара. После выдержки в течение 30-40 мин кварцевую крупку из первого реактора вымывают деионизированной водой и загружают свежую крупку. Во второй реактор добавляют до необходимого объема свежий раствор кислот, и процесс химического обогащения повторяют аналогично процессу, проводившемуся в первом реакторе. В результате удается снизить суммарное содержание примесей в кварцевой крупке до уровня от 110^-4% до 510^-4% (начальное содержание примесей колеблется в пределах от 510^-4% до 5010^-4%). Нормы расхода фтористоводородной и соляной кислот составляют 100 и 80 кг соответственно на 1 т крупки.

Недостатками данного способа являются:

- использование дорогостоящих реагентов, а именно кислот марки "ос. ч." и деионизированной воды;

- безвозвратные потери частично отработанных реагентов;

- необходимость использования больших объемов деионизированной воды для отмывки крупки от кислот;

- необходимость очистки отработанных промывных вод перед сбросом в окружающую среду;

- большие энергозатраты, связанные с получением деионизированной воды в больших объемах.

Технической задачей изобретения является уменьшение расхода деионизированной воды, реагентов, снижение требований к качеству реагентов и сокращение объемов сбросных растворов при проведении процесса химического обогащения минеральных концентратов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе химического обогащения минеральных концентратов, включающем последовательное взаимодействие минеральных концентратов с реагентом, образующим азеотропную смесь с водой, и промывной водой в реакторах, в которые поочередно подают реагент и промывную воду необходимой степени очистки, отработанные растворы разделяют на примесные элементы, реагент и воду с одновременной их очисткой и раздельно возвращают очищенные реагент и воду в реакторы. Этот способ позволяет применять для обогащения реагенты низкого качества и промывать концентрат от реагента непосредственно в реакторе, причем дополнительная промывка выгруженного из реактора обработанного минерального концентрата не требуется. Таким образом, обеспечивается замкнутость технологического цикла химического обогащения минеральных концентратов по водной фазе, что значительно снижает объемы жидких отходов.

Изобретательский уровень способа состоит в раздельном возвращении реагента и воды достаточной степени очистки в реакторы для очистки минеральных концентратов после разделения отработанных растворов на примесные элементы, реагент и воду с одновременной их очисткой.

Способ поясняется технологической схемой обогащения минеральных концентратов (фиг.2) и примером его осуществления.

Пример.

Для осуществления предлагаемого способа в качестве минерального концентрата использовали кварцевую крупку, в качестве концентратора примесей применяли куб-испаритель, а в качестве аппарата для разделения и очистки реагента и воды - ректификационную колонну. Ректификационную колонну выводили на рабочий режим, при котором в кубе-испарителе кипел водный раствор фтористоводородной кислоты с концентрацией ниже, чем в азеотропной смеси на 20-60%. Флегмовое число находилось в интервале от 1 до 0,2. В рабочем режиме установки с колонны проводили постоянный отбор кислоты с нижних тарелок (со второй, третьей или четвертой). С верхней тарелки колонны отбирали очищенную воду (конструкция колонны и число тарелок должны обеспечивать показатель рН воды больше 4 в указанном диапазоне концентраций кислоты и флегмового числа). Через коммутирующее устройство фтористоводородную кислоту подавали в первый реактор, а промывную воду во - второй. В третий реактор, предварительно разгруженный от отмытой кварцевой крупки, загружали свежие порции исходной кварцевой крупки.

После достижения на выходе из второго реактора рН больше 3 переключали коммутирующее устройство. В результате переключения раствор кислоты поступал в третий реактор, в первый - вода, а из второго реактора выгружали очищенную крупку и загружали свежую порцию крупки и т.д. Отработанные кислота и вода поступали в концентратор примесей (куб-испаритель), водная фаза из которого направлялась в аппарат для разделения и очистки кислоты и воды (ректификационную колонну). После разделения и очистки вода (рН4,0) и фтористоводородная кислота (массовая доля от 1 до 10%) с требуемой степенью чистоты дозировались в коммутирующее устройство.

В зависимости от поставленной задачи процесс легко оптимизируют, регулируют и автоматизируют с помощью доступных технических средств.

Сравнительные характеристики прототипа и заявляемого способа представлены в таблице.

Результаты, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что по заявляемому способу значительно улучшаются показатели технологического процесса без ухудшения качества конечного продукта.

Технический результат заключается в уменьшении расхода деионизированной воды, фтористоводородной кислоты, снижении требований к качеству фтористовородной кислоты и в сокращении объемов сбросных растворов при проведении процесса химического обогащения кварцевой крупки, что приводит к снижению экономических затрат и уменьшению экологической нагрузки на окружающую среду.

Литература

1. Барский М.Д., Ревнивцев В.И., Соколов Ю.В. Гравитационная классификация зернистых материалов.- М.: Недра, 1974.

2. Виксман Е.С., Чаплинский А.Д., Шнайдер Д.Н. Классификация абразивных материалов в электростатическом сепараторе с сетчатыми электродами. В кн.: Совершенствование процессов электросепарации и конструкции электросепараторов. Л., 1987.

3. Задорожный В.К. Флотация полевошпаткварцевых руд в условиях водооборота. Серия "Обогащение руд и проблема безотходной технологии". Л.: Наука, 1980.

4. Кравец Б.Н. Специальные и комбинированные методы обогащения. -М.: Недра, 1986.

5. Verfahren fur die Reinigung von SiO₂ - Kernung und Vorrihtung zur Durchfuhrung des Verfahrens: Заявка 19813871, Германия. МПК С 01 В 33/12. Dobrat М. ; Heraens Quarsglas Gmbh & Co. KG. - 18813971; заявлен 24.03.1998; Опубл.07.10.1989.

6. Кузьмин В. Г., Кравец Б.Н. Минералургия жильного кварца. М.: Недра, 1990, с.206 (прототип).