способ переработки лопаритового концентрата

Формула изобретения

1. Способ переработки лопаритового концентрата, включающий его вскрытие соляной кислотой при нагревании и получение из жидкой фазы гидратного кека гидроксидов титана, ниобия и тантала, отличающийся тем, что вскрытие осуществляют 26-32%-й соляной кислотой до степени разложения 70-90%, после чего невскрытый концентрат отделяют, перед получением гидратного кека жидкую фазу упаривают на 10-30% по объему с улавливанием и конденсацией паров соляной кислоты, жидкую фазу разбавляют водой до первоначального объема, вводят в нее инициирующую добавку в количестве 2-10% от массы исходного концентрата и выдерживают при кипении в течение 3-6 ч для получения гидратного кека.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что невскрытый концентрат возвращают на повторное вскрытие.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уловленную при упаривании соляную кислоту направляют в оборот.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инициирующей добавки используют гидратный кек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке рудных концентратов, а более конкретно к переработке лопаритового концентрата, и может быть использовано при комплексном извлечении из него соединений титана, ниобия и тантала.

Известен способ переработки лопаритового концентрата с использованием концентрированной кислоты (А.Н. Зеликман и Г.А. Мирсон. Металлургия редких металлов. М. , Металлургия, 1991, с.101-105). Способ заключается в том, что измельченный лопаритовый концентрат с крупностью 95% менее 74 мкм вскрывают 95%-ной серной кислотой при температуре 270-280^oС с расходом 2,78 т на тонну концентрата. При этом добавляют 0,2 т сульфата аммония для предотвращения спекания реакционной массы. Полученный плав выщелачивают водой. При этом титан, ниобий и тантал переходят в раствор (на 86-93%), из которого титан осаждают сульфатом аммония в виде малорастворимой в сернокислых растворах титановой соли (NH₄)₂TiO₂(SO₄)₂H₂O. Степень осаждения - 80% от содержания TiO₂ в растворе. Степень соосаждения ниобия и тантала с титановой солью - 5-10%. Из раствора после отделения титановой соли проводят выделение соединений ниобия и тантала методом экстракции в присутствии фтор-иона.

Этот способ обладает рядом существенных недостатков. Это, во-первых, использование на стадии вскрытия концентрата двух реагентов - серной кислоты и сульфата аммония, что усложняет технологию дальнейшей переработки полупродуктов, а также приводит к потере всей серной кислоты в виде сульфата кальция, который направляется в отвал. К числу недостатков относится также высокая температура процесса, требующая дополнительных мероприятий по обеспечению техники безопасности и аппаратурному оформлению процесса, невозможность отделения невскрытой части концентрата, что приводит к безвозвратным потерям ценных компонентов. Особо следует отметить, что способ не позволяет эффективно отделить радиоактивную составляющую концентрата и получить радиоактивно чистые продукты и полупродукты.

Более совершенным и близким к заявляемому способу является способ переработки лопаритового концентрата с его вскрытием соляной кислотой (журнал "Цветные металлы", 10, 2000 год, с. 52-53). Способ включает вскрытие лопаритового концентрата 28-30% соляной кислотой при атмосферном давлении в течение 8-10 часов при температуре 100-105^oС. Осадок, содержащий невскрытый лопарит и эгирин, разделяют. Из отделенной жидкой фазы пульпы гидролизом, при соблюдении определенных условий, осаждаются гидроксиды титана, ниобия и тантала.

Способ исключает потери ценных компонентов по сравнению с рассмотренным выше аналогом. Однако он имеет большую продолжительность времени получения гидратного кека и неоправданно большой расход кислоты.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ переработки лопаритового концентрата, в котором процес происходил бы при таких условиях и при использовании таких реагентов, чтобы обеспечивалось уменьшение времени получения гидратного кека и расхода кислоты, что является техническим результатом заявляемого изобретения.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки лопаритового концентрата, включающем его вскрытие соляной кислотой при нагревании и получение из жидкой фазы гидратного кека гидроксидов титана, ниобия и тантала, новым является то, что вскрытие осуществляют 26-32%-ной соляной кислотой до степени разложения 70-90%, после чего невскрытый концентрат отделяют, перед получением гидратного кека жидкую фазу упаривают на 10-30% по объему с улавливанием и конденсацией паров соляной кислоты, жидкую фазу разбавляют водой до первоначального объема, вводят в нее инициирующую добавку в количестве 2-10% от массы исходного концентрата и выдерживают при кипении в течение 3-6 часов для получения гидратного кека.

Благодаря такому решению сокращается время получения гидратного кека и сокращается расход соляной кислоты.

Новым является также то, что невскрытый концентрат возвращают на повторное вскрытие.

Это позволяет повысить степень перехода ценных компонентов в жидкую фазу до 100%.

Кроме того, новым является то, что уловленную при упарке соляную кислоту направляют в оборот.

Благодаря этому дополнительно снижается расход соляной кислоты.

Также новым является то, что в качестве инициирующей добавки используют гидратный кек.

Это экономически целесообразно, т. к. использование гидратного кека в качестве инициирующей добавки исключает применение в способе новых дополнительных реагентов.

Ниже сущность заявляемого изобретения более подробно разъясняется подробными примерами его осуществления.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Приготовленную при перемешивании суспензию, состоящую из 26-32%-ной соляной кислоты и лопаритового концентрата (соотношение Т:Ж=1:4), нагревают до температуры 95-105^oC при непрерывном перемешивании в течение 8-10 часов до достижения степени разложения концентрата 70-90%. Невскрытую часть лопаритового концентрата отделяют фильтрацией от жидкой фазы и направляют на повторное вскрытие. Жидкую фазу упаривают на 10-30% по объему с улавливанием паров соляной кислоты, их конденсацией и возвратом кислоты на вскрытие конденсата. Упаренный раствор разбавляют водой до первоначального объема и вводят в него инициирующую добавку в количестве 2-10% от массы исходного концентрата. В качестве инициирующей добавки используют гидратный кек. Полученную смесь нагревают до кипения и выдерживают в течение 3-6 часов. В результате этого получают гидратный кек, состоящий из оксидов титана, ниобия и тантала. При таких условиях железо, находящееся в основном в двухвалентном состоянии, и оксид тория в кек не осаждаются. Их присутствие в гидратном кеке обусловлено только лишь эффективностью его промывки. Получаемый при таких условиях гидратный кек имеет следующий состав, мас.%: TiO₂ - 55,2-58,5; Nb₂O₅ - 11,6-15,3; Ta₂O₅ - 0,92-1,22; сумма ТR₂О₃ - 0,1-0,8; ThO₂ менее 0,001, Fе₂О₃ - 0,09-0,11.

Упаривание жидкой фазы после отделения невскрытого концентрата и дальнейшее разбавление ее водой способствуют снижению кислотности полученного раствора, а введение в него инициирующей добавки (гидратного кека) значительно сокращает время кипячения, необходимое для получения гидратного кека.

При использовании соляной кислоты концентрацией менее 26% происходит преждевременное выделение гидратного кека, что загрязняет невскрытую часть концентрата и ухудшает условия его отделения от жидкой фазы. Применение соляной кислоты с концентрацией более 32% нецелесообразно, т.к. более концентрированная кислота не оказывает существенного влияния на продолжительность процесса вскрытия и на содержание железа в кеке.

При ведении процесса вскрытия менее 8 часов до степени разложения концентрата менее 70% происходит накопление железа в жидкой фазе за счет более высокой скорости его растворимости по сравнению с другими компонентами, входящими в состав концентрата, и как следствие повышается содержание соединений железа в гидратном кеке. При ведении процесса вскрытия более 10 часов до степени разложения концентрата более 90% увеличивается вероятность преждевременного формирования в жидкой фазе гидратного кека и его загрязнение невскрытым концентратом.

Расход инициирующей добавки менее 2% от исходной массы концентрата приводит к значительному увеличению времени продолжительности процесса, снижению степени агрегации частиц гидратного кека и повышению содержания в нем железа. При расходе более 10% качество гидратного кека не меняется.

Упаривание жидкой фазы на 10-30% по объему обеспечивает оптимальные условия улавливания паров НСl, их конденсации и возврата в процесс.

Возврат невскрытой части лопаритового концентрата на повторное вскрытие позволяет повысить степень перехода ценных компонентов в жидкую фазу до 100%.

Использование в качестве инициирующей добавки гидратного кека является экономически целесообразным, т. к. исключает применение в технологии новых реагентов.

Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть разъяснены подробными примерами:

Пример 1.

Берут 1 кг лопаритового концентрата и суспензируют его в 4-х литрах 28%-ной соляной кислоты. Суспензию нагревают до 100^oС и выдерживают при перемешивании в течение 10 часов до степени разложения концентрата 82,5%. Затем фильтрацией отделяют невскрытую часть концентрата (175 г) и направляют его на повторное вскрытие. Фильтрат упаривают на 20% по объему с улавливанием паров НСl. Упаренный раствор разбавляют водой до первоначального объема и вводят в него инициирующую добавку в виде гидратного кека в количестве 2,5% к исходной массе концентрата. Раствор нагревают до кипения и выдерживают в течение 4,5 часов с выделением гидратного кека, который отделяют от жидкой фазы и промывают 28%-ной соляной кислотой. Вес полученного гидратного кека - 580 г. Состав, мас.%: TiO₂ - 57,3, Nb₂O₅ - 13,1, Та₂O₅ - 1,22, сумма ТR₂О₃ - 0,1, ThO₂ менее 0,001, Fе₂О₃ - 0,09. Общая продолжительность процесса - 20 часов.

Пример 2.

Берут 1 кг лопаритового концентрата и суспензируют его в 4-х литрах 24%-ной соляной кислоты. Суспензию нагревают до 105^oС и выдерживают при перемешивании в течение 10 часов до степени разложения концентрата 70,0%. Затем фильтрацией отделяют невскрытую часть концентрата (300 г) и направляют его на повторное вскрытие. Фильтрат упаривают на 30% по объему с улавливанием паров НС1. Упаренный раствор разбавляют водой до первоначального объема и вводят в него инициирующую добавку в виде гидратного кека в количестве 2,0% к исходной массе концентрата. Раствор нагревают до кипения и выдерживают в течение 6,0 часов с выделением гидратного кека, который отделяют от жидкой фазы и промывают 24% -ной соляной кислотой. Вес полученного гидратного кека - 560 г. Состав, мас.%: TiO₂ - 55,8, Nb₂O₅ - 11,6, Та₂О₅ - 0,92, сумма ТR₂О₃ - 0,8, ThO₂ менее 0,001, Fе₂O₃ - 0,11. Общая продолжительность процесса - 20 часов.

Пример 3.

Берут 1 кг лопаритового концентрата и суспензируют его в 4-х литрах 32%-ной соляной кислоты. Суспензию нагревают до 95^oС и выдерживают при перемешивании в течение 10 часов до степени разложения концентрата 90,0%. Затем фильтрацией отделяют невскрытую часть концентрата (110 г) и направляют его на повторное вскрытие. Фильтрат упаривают на 10% по объему с улавливанием паров НС1. Упаренный раствор разбавляют водой до первоначального объема и вводят в него инициирующую добавку в виде гидратного кека в количестве 10,0% к исходной массе концентрата. Раствор нагревают до кипения и выдерживают в течение 4,5 часов с выделением гидратного кека, который отделяют от жидкой фазы и промывают 32%-ной соляной кислотой. Вес полученного гидратного кека - 590 г. Состав, мас.%: TiO₂ - 58,5, Nb₂O₅ - 15,3, Та₂O₅ - 0,96, сумма TR₂O₃ - 0,3, ThO₂ менее 0,001, Fе₂O₃ - 0,11. Общая продолжительность процесса - 20 часов.

Пример 4.

Берут 175 г невскрытого лопаритового концентрата от разложения (по примеру 1) и 825 г свежего концентрата и суспензируют смесь в 4-х литрах 28%-ной соляной кислоты. Суспензию нагревают до 105^oС и выдерживают при перемедивании в течение 10 часов до степени разложения концентрата 82,5%. Затем фильтрацией отделяют невскрытую часть концентрата (175 г) и направляют его на повторное вскрытие. Фильтрат упаривают на 20% по объему с улавливанием паров НС1. Упаренный раствор разбавляют водой до первоначального объема и вводят в него инициирующую добавку в виде гидратного кека в количестве 5,0% к исходной массе концентрата. Раствор нагревают до кипения и выдерживают в течение 4,5 часов с выделением гидратного кека, который отделяют от жидкой фазы и промывают 28%-ной соляной кислотой. Вес полученного гидратного кека - 585 г. Состав, мас.%: TiO₂ - 58,5, Nb₂O₅ - 15,3, Та₂О₅ - 0,96, сумма TR₂O₃ - 0,3, ThO₂ менее 0,001, Fе₂О₃ - 0,11. Общая продолжительность процесса - 20 часов.

Из приведенных конкретных примеров осуществления заявляемого изобретения для любого специалиста в данной области совершенно очевидна возможность его реализации с одновременным решением поставленной задачи. При этом также очевидно, что при реализации изобретения могут быть сделаны незначительные изменения, которые, однако, не будут выходить за пределы изобретения, определяемые приводимой ниже формулы изобретения.

Заявляемый способ прост в реализации, предполагает использование стандартного оборудования. Его осуществление обеспечивает уменьшение времени получения гидратного кека и расхода соляной кислоты.