Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки отходов титанмагнетитовой руды

Изобретение относится к технологии переработки техногенных отходов, в частности титанмагнетитовой руды, с получением продуктов, используемых в промышленности.

Известен способ переработки титаномагнетитового рудного сырья, включающий дробление исходной руды с последующим выделением ванадийсодержащего концентрата. Исходную руду дополнительно измельчают до крупности 3-0 мм. Железный и титанованадиевый концентраты выделяют с помощью кучного и/или агитационного выщелачивания титана и ванадия раствором, содержащим ионы аммония ((NH₄)⁺) и фтора (F^-) при варьировании рН и концентрации ионов аммония ((NH₄)⁺) от 0 до 13,62 и фтора (F^-) от 0 до 13,62 Оптимальные концентрация ионов аммония и фтора в растворе, уровень рН, температуру и время осуществления процесса выбирают так, чтобы селективность выделения титана из сырья была максимальной. В случае агитационного выщелачивания соотношение Т:Ж варьируют в интервалах от 1:2,5 до 1:4 (патент RU 2649208; МПК С22В 3/04, С22В 34/12, С22В 34/22, С01В 15/00, В03В 7/00; 2018 год).

Известный способ обеспечивает получение железного концентрата с повышенной массовой долей железа за счет более полного выделения из него титано-ванадиевого концентрата, однако переработка не предполагает извлечение и отделения от железного концентрата кремния, содержащегося в титаномагнетитовой руде, который в качестве примеси загрязняет конечный продукт.

Известен способ переработки титаномагнетитовых рудных материалов, включающий стадии: взаимодействия титаномагнетитового сырья с фторирующим агентом для получения фторированного продукта, термообработки указанного фторированного продукта для получения сублимированного продукта, содержащего соединение фтортитаната аммония, соединение фторсиликата аммония и избыток фторирующего агента, а также первый твердый остаток, охлаждение указанного продукта сублимации до первой температуры сублимации для получения первого продукта сублимации, содержащего соединение (соединения) фтортитаната аммония и первый газообразный остаток, охлаждение указанного первого газообразного остатка до второй температуры сублимации ниже указанной первой температуры сублимации для получения второго продукта сублимации, содержащего соединение фторсиликата аммония, и второго газообразного остатка. При этом продукт

сублимации, содержащий соединение фторсиликата аммония, обрабатывают водным раствором аммиака с получением гидратированного диоксида кремния (патент СН 713944; МПК С01В 7/00, C01G 49/00, С22В 34/12; 2019 год) (прототип).

Однако недостатком известного способа является его сложность, связанная с технологическими особенностями процесса сублимации. Кроме того, получаемый в качестве конечного продукта гидратированный диоксид кремния для дальнейшего его масштабного использования в промышленности требует дегидратации.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и технологичный способ переработки отходов титанмагнетитовой руды с получением продуктов, используемых в промышленности, что обеспечивает расширение номенклатуры и ассортимента продукции, получаемой в результате переработки техногенных отходов.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе переработки отходов титанмагнетитовой руды, включающем обработку исходного сырья гидрофторидом аммония с последующей обработкой полученного продукта водным раствором аммиака, в котором к исходному сырью добавляют кристаллический гидрофторид аммония при массовом соотношении, равном 1:(1-3), соответственно, затем добавляют дистиллированную воду до получения 5-15%-ного раствора гидрофторида аммония, нагревают до температуры 80-90°С и выдерживают при перемешивании при этой температуре в течение 2,0-2,5 часов, фильтруют и к полученному раствору добавляют 10-25%-ный водный раствор аммиака до получения рН, равного 6-8, выдерживают при комнатной температуре в течение 8-12 часов, отделяют полученный осадок, промывают дистиллированной водой и фильтруют в течение 1-1,5 часов при комнатной температуре, после чего добавляют активную известь СаО, полученную после предварительной прокалки при 1100-1200°С, при массовом соотношении исходного сырья к активной извести, равном (3-4):1, тщательно перемешивают и сушат при температуре 85-90°С, затем прокаливают при температуре 900-950°С в течение 2-2,5 часов.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ переработки отходов титанмагнетитовой руды путем обработки исходного сырья водными растворами гидрофторида аммония и аммиака при соблюдении определенных условий с последующим добавлением активной извести СаО, полученной после предварительной прокалки при 1100-1200°С, и прокаливании полученной смеси.

Исследования, проводимые авторами предлагаемого технического решения, были направлены не только на разработку способа переработки техногенных отходов, но и на расширение номенклатуры продукции, широко используемой в промышленности. Обработка отходов титаномагнетитовой руды, содержащих кремний, сначала водным раствором гидрофторида аммония, а затем водным раствором аммиака с последующим фильтрованием позволяет получить в качестве промежуточного продукта 85-90%-ный по влажности гидратированный кремнезема, что обусловлено условиями гидрохимической обработки исходного сырья без использования высоких температур и специального оборудования. При этом, увеличение концентрации раствора гидрофторида аммония более 15% приводит к появлению растворимых примесей из состава отходов от переработки титаномагнетитовой руды одновременно осаждающихся при нейтрализации кремнийсодержащего раствора аммиаком, что приведет к значительному загрязнению конечного продукта. Снижение концентрации водного раствора гидрофторида аммония менее 5% приводит к снижению количества извлекаемого из отходов кремния. Обработка 10-25%-ным раствором аммиака при рН 6-8 с последующим фильтрованием в течение 1-1,5 часов при комнатной температуре обеспечивает получение гидратированного кремнезема с влажностью 85-90%. Получение кремнезема определенной влажности связано с тем, что увеличение влажности более 95% приводит к снижению содержания в нем кремния, а при уменьшении влажности менее 80% последующая реакция с известью будет смещена в сторону твердофазного процесса, что требует увеличения температуры последующей прокалки компонентов. Взаимодействие полученного в качестве промежуточного продукта кремнезема с влажностью 80-95% и активной извести, взятых в стехиометрическом соотношении, что обусловлено массовым соотношением исходного сырья к активной извести, равном (3-4):1, обеспечивает с одной стороны отсутствие необходимости введения щелочного компонента, дополнительного фильтрования и промывки конечного продукта от посторонних примесей, а, с другой стороны, позволяет значительно снизить температуру спекания (до 900-950°С с 1300-1400°С при использовании сухого кремнезема) при образовании целевого продукта - силиката кальция со структурой волла-стонита. Силикат кальция со структурой волластонита широко используется, как компонент красок и пигментов, цементов и штукатурных смесей.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. К отходам титанмагнетитовой руды, содержащим кремний, добавляют кристаллический гидрофторид аммония при массовом соотношении, равном 1:(1-3), соответственно,

затем добавляют дистиллированную воду до получения 5-15%-ного раствора гидрофторида аммония, нагревают до температуры 80-90°С и выдерживают при перемешивании при этой температуре в течение 2,0-2,5 часов, фильтруют и к полученному раствору добавляют 10-25%-ный водный раствор аммиака до получения рН, равного 6-8, выдерживают при комнатной температуре в течение 8-12 часов, отделяют и промывают полученный осадок дистиллированной водой и фильтруют в течение 1-1,5 часов при комнатной температуре, после чего добавляют активную известь СаО, полученную после предварительной прокалки при 1100-1200°С, при массовом соотношении исходного сырья к активной извести, равном (3-4):1, тщательно перемешивают и сушат при температуре 85-90°С до получения неизменного значения массы, затем прокаливают при температуре 900-950°С в течение 2-2,5 часов. Полученный продукт анализируют рентгенофазовым анализом.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Навеску 5 г отходов обогащения титанмагнетитов, содержащих, масс. %: 48,0 SiO₂, 20,2 СаО, 14,5 MgO, 6,8 Al₂O₃, 6,5 Fe общ., 0,7 TiO₂ и др. тщательно перемешивают в тефлоновом стакане с 5 г кристаллического гидрофторида аммония, что соответствует массовому соотношению отход: реагент 1:1, затем добавляют 1000 мл дистиллированной воды для получения 5% раствора гидрофторида аммония, нагревают и выдерживают при перемешивании при температуре 90°С в течение 2 часов. Затем фильтруют и в полученный после фильтрации раствор вводят раствор аммиака до рН 6, выдерживают при комнатной температуре в течение 12 ч., затем осадок отделяют, промывают дистиллированной водой и фильтруют в течение 1 часа при комнатной температуре. Затем добавляют активную известь СаО в количестве 1,25 г (что соответствует массовому соотношению исходное сырье: СаО 4:1), сушат при перемешивании при температуре 85°С до получения неизменного значения массы и прокаливают при температуре 900°С в течение 2 часов. Получают силикат кальция CaSiO₃ со структурой волластонита, что подтверждено методом РФА.

Пример 2. Навеску 5 г отходов обогащения титанмагнетитов, содержащих, масс. %: 48,0 SiO₂, 20,2 СаО, 14,5 MgO, 6,8 Al₂O₃, 6,5 Fe общ., 0,7 TiO₂ и др. тщательно перемешивают в тефлоновом стакане с 15 г кристаллического гидрофторида аммония, что соответствует массовому соотношению отход: реагент 1:3, затем добавляют 1000 мл дистиллированной воды для получения 15% раствора гидрофторида аммония, нагревают и выдерживают при перемешивании

при температуре 80°С в течение 2,5 часов. Затем фильтруют и в полученный после фильтрации раствор вводят раствор аммиака до рН 8, выдерживают при комнатной температуре в течение 8 часов, затем осадок отделяют, промывают дистиллированной водой и фильтруют в течение 1,5 часов при комнатной температуре. Затем добавляют активную известь СаО в количестве 1,7 г (что соответствует массовому соотношению отход: СаО 3:1), сушат при перемешивании при температуре 90°С до получения неизменного значения массы и прокаливают при температуре 950°С в течение 2,5 часов. Получают силикат кальция CaSiO₃ со структурой волластонита, что подтверждено методом РФА.

Таким образом, авторами предлагается простой технологически способ переработки техногенных отходов титанмагнетитовой руды, обеспечивающий расширение номенклатуры продукции, используемой в промышленности, а именно получение силиката кальция CaSiO₃ со структурой волластонита.