способ обогащения карбонатсодержащего фосфатного сырья

Формула изобретения

Способ обогащения карбонатсодержащего фосфатного сырья, предусматривающий выщелачивание карбонатов путем обработки измельченного сырья культуральной жидкостью микроорганизмов, отличающийся тем, что используют культуральную жидкость микроорганизмов, содержащую органические кислоты, с рН 1,4 3,0, при этом обработку ведут в течение 0,5 1,5 ч при соотношении сырье-культуральная жидкость 1 5 1 15.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в частности, фосфатных руд, и может быть использовано для обогащения кальций- и магнийсодержащих руд карбонатного состава.

Наиболее постоянными и широко распространенными минеральными компонентами фосфатных руд являются карбонаты- кальцит и доломит. Карбонаты, особенно содержащиеся в них магний и кальций, являются вредной примесью при производстве удобрений.

Доломитсодержащие и кальцитсодержащие руды, а также фосфатные руды смешанного доломит-кальцитового состава, имеющие широкое распространение в общем объеме разведанного и обрабатываемого фосфатного сырья характеризуются низкими показателями обогатимости при использовании традиционных технологических методов.

Эффективное разделение карбонатов и фосфатов невозможно из-за близости их флотационных свойств. Метод обжига применим только к ограниченному кругу карбонатсодержащих руд и требует больших затрат электроэнергии [1]

Известны способы химического обогащения доломитсодержащего фосфатного сырья путем обработки его минеральными кислотами (серной, соляной или азотной) [2] При использовании этого способа отмечаются большие потери фосфора (до 12% ), так как наряду с растворением доломита происходит и растворение фосфатов кальция, так как низка селективность процесса.

Наиболее близок к предлагаемому способу способ обогащения магнийсодержащего фосфатного сырья путем его выщелачивания культуральной жидкостью Candida lipolytica ВКМ У-160 совместно с минеральной кислотой или смесью минеральных кислот. Выщелачивание осуществляют при pH 1,2 2,0 и температуре 20-90^oC с последующей фильтрацией суспензии. При этом концентрация фосфат-, хлорид- и сульфат-ионов в жидкой фазе должна составлять 200-2500 мг/л. В процессе обработки сырья культуральной жидкостью Candida lipolytica ВКМ У-160 происходит деградация и перевод в жидкую фазу магнийсодержащего минерала доломита, фосфорсодержащий минерал остается в твердом виде, растворяясь лишь частично. По предлагаемому способу получены апатитовые и фосфатные концентрации с примесью MgO не выше 0,2% [2]

Использование минеральных кислот в высоких концентрациях снижает селективность процесса и экологически небезопасно.

Задачей изобретения является разработка микробного состава селективного выщелачивания кальция или магния или одновременно и кальция и магния из фосфатных руд и концентратов и получение высококачественного фосфатного концентрата с высокой степенью извлечения в него пятиокиси фосфора.

Сущность изобретения заключается в том, что для обработки фосфорного сырья используют культуральную жидкость микроорганизмов, образующих органические кислоты, такие как лимонная, изолимонная, кетоглутаровая, молочная, фумаровая и т. д. Используют культуральные жидкости с pH 1,4-3,0. При этом происходит селективное растворение карбонатов кальция и магния (кальцита и доломита), время обработки 0,5-1,5 часа. При более длительном взаимодействии возрастают потери фосфата из-за его растворения и может происходить переосаждение солей кальция и магния. Существенным является также соотношение твердой и жидкой фазы, которое должно составлять 1:5 1:15. При большем разведении процесс неэкономичен, а при меньшем увеличивается опасность переосаждения и снижается селективность растворения кальцита и доломита.

Указанным требованиям отвечают культуральные жидкости некоторых штаммов грибов Rhizopus и Aspergillus, дрожжей Candida и т.д. В результате получают фосконцентраты с показателями, близкими к теоретической обогатимости (33-33,5 P₂O₅), в которых содержание CO₂ карбонатного до 0,1-0,4% а в ряде случаев кальцит и доломит практически полностью удаляются из твердого остатка.

Опыты проводили с образцами руды и концентратами следующего состава:

Образец 1. Основные минералы,

фосфат (фторкаборнатапатит) 81

кальцит 15

Содержание окислов:

P₂O₅ 26,8

CаO 49,8

CO₂ (общее) 10,6

CO₂ (кальцитовая) 6,4

Образец 2. Основные минералы,

фосфат (фторапатит) 55,2

доломит 40

кальцит 4,0

Содержание окислов:

P₂O₅ 23,3

CO₂ (общее) 20,5

MgO 8,8

Образец 3. Основные минералы,

фосфат 84,65

кальцит 11,1

доломит 2,74

Содержание окислов:

P₂O₅ 29,6

CO₂ (общее) 9,4

MgO 0,6

Образец 4. Основные минералы,

фосфат 83,3

кальцит 4,0

доломит 5,0

Основные окислы:

P₂O₅ 29,75

CO₂ (общее) 6,65

MgO 1,1

Образец 5. Основные минералы,

фосфат (фторкарбонатапатит) 66,7

кальцит 29,3

доломит 5,0

Содержание окислов:

P₂O₅ 22,0

CаO 50,6

CO₂ (общее) 16,3

CO₂ (кальцитовая) 13,0

Культуральная жидкость Aspergillus niger, Rhizopus arrhizus и Candida lipolytica получают глубинным культивированием на среде, содержащей источники углерода, азота и минеральные компоненты. Используют культуральную жидкость, отделенную от биомассы. В случае Aspergillus niger и Rhizopus arrhizus используют среду следующего состава (в г/л): сахароза 30 г, (NH₄)₂SO₄ 1 г, KH₂PO₄ 0,5 г, MgSO₄ 0,1 г, вода водопроводная 1 л. Культивирование Candida lipolyca осуществляют на среде с н-парафинами или этанолом как источником углерода. Обработку проводят при температуре 20-25^oC, так как повышение температуры до 50-90^oC, как в способе-прототипе, приводит к потере селективности и к снижению выхода фосконцентрата.

Используют соотношение Т:Ж 1:5 1:15, так как обработки при Т:Ж выше 1:15 неэкономичны, а при Т:Ж ниже 1:5 снижается эффективность удаления кальцита и доломита вследствие их переосаждения из растворов.

Продолжительность обработки 0,5-1,5 часа определяется тем, что при продолжительности большей 1,5 часов возрастают потери фосфора вследствие его перехода в жидкую фазу и может снижаться эффективность удаления карбонатов вследствие их переосаждения. При продолжительности обработки менее 0,5 часа не происходит достаточно полного растворения карбонатов (как кальцита, так и доломита).

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут навеску 5 г руды (образец 5), добавляют 45 мл культуральной жидкости Aspergillus niger ВКМ F-412 с pH 1,4 и помещают на качалку (200 об/мин). Через 30 мин раствор декантируют и в твердом остатке определяют содержание фосфата и кальцита (по CO₂ кальцитовому). После обработки содержание P₂O₅ в твердом остатке увеличивается с 22,00 до 31,1% а содержание CO₂ (кальцитового) уменьшается с 13,0% до 0,1% Полученный твердый остаток представляет собой качественный фосконцентрат.

Пример 2. Обработку ведут, как в примере 1 (образец 1), за исключением того, что используют для обработки культуральную жидкость Aspergillus niger ВКМ F-1119 с pH 2,5, Т:Ж 1:7 и продолжительность обработки 1 час. Твердый остаток содержит 1,7% кальцита, содержание P₂O₅ возрастает до 30,45%

Пример 3. Обработку ведут, как в примере 1, за исключением того, что используют культуральную жидкость Rhizopus arrhizus ВКМ F-489 с pH 3,0 и обработку проводят при Т:Ж 1:15, продолжительность обработки 1,5 часа. Обработке подвергают фосфатный концентрат (образец 3). В результате обработки содержание фосфата возрастает с 29,6 до 34,01% Извлечение P₂O₅ в концентрат в результате обработки культуральной жидкостью Rhizopus arrnizus составляет 99% кальцит удаляется полностью, содержание MgO снижается с исходных 0,6 до 0,2% а общее содержание карбонатов не превышает 0,1%

Пример 4. Эксперимент проводят, как в примере 1, за исключением того, что для обработки используют фосфатный концентрат смешанного доломит-кальцитового состава (образец 3) и обработку проводят культуральной жидкостью Rhizopus arrhizus ВКМ F-559 с pH 3,0 при Т:Ж 1:5. Продолжительность обработки 1,5 часа. В результате обработки содержание P₂O₅ в концентрате возрастает с 29,75% до 35,17% содержание MgO снижается с 1,1 до 0,29% а общее содержание карбонатов снижается с 9,0 до 0,2% Извлечение P₂O₅ при обработке культуральной жидкостью составляет 94%

Пример 5. Берут навеску фосфатного концентрата (образец 4) и обрабатывают Candida lipolytica ВКМ Y-160, как в примере 1, за исключением того, что используется культуральная жидкость с pH 3,0 и продолжительность обработки составляет 0,5 часа. В результате обработки содержание P₂O₅ в концентрате возросло с 29,75 до 35,17% содержание MgO в концентрате снижалось с 1,1 до 0,29, а кальцит растворился полностью. Извлечение P₂O₅ составило 92%