Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СИДЕРИТОВЫХ РУД (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к способам переработки высокомагнезиальных сидеритовых руд, содержащих оксид магния свыше 9 масс.%, и предназначено для одновременного получения двух продуктов - железорудного концентрата, который может быть использован в доменной плавке, и оксида магния высокой чистоты, используемого, например, при изготовлении высококачественных огнеупорных изделий.

Известен способ удаления оксида магния из карбонатных железных руд, включающий дробление, грохочение исходных сидеритовых руд с последующим обжигом и магнитной сепарацией, гранульную сульфатизацию концентрата, окислительный обжиг сульфатизированных гранул при температуре 650 - 700°C и агитационное водное выщелачивание огарка (см. А.В. Курков, В.Ю. Кольцов. С.Н. Щербакова и др. Применение пиро- и гидрометаллургических технологий для очистки Бакальских сидероплезитовых руд от магния. // Инновационные процессы в технологиях комплексной, экологически безопасной переработки минерального и нетрадиционного сырья. Материалы международного совещания «Плаксинские чтения - 2009», с.198 - 199).

Недостатком данного способа является низкое качество железорудного концентрата из-за большого содержания в нем серы. Кроме того, при обжиге сульфатизированных окатышей, осуществляемом при высоких температурах, образуются оксиды серы, которые необходимо улавливать и утилизировать. При этом из огарка удаляется большая часть марганца, который является ценным легирующим элементом. Кроме того, необходимость выщелачивания сульфата магния и его переработка в оксид магния требует дополнительных технологических операций и больших количеств воды с ее последующей очисткой. Поэтому реализация такого способа приведет к серьезным экономическим и экологическим проблемам.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ переработки сидеритовых руд, включающий дробление и грохочение исходной руды, магнетизирующий обжиг ее в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния, сухую магнитную сепарацию, доизмельчение извлеченной магнитной фракции и выщелачивание из нее оксида магния раствором угольной кислоты, нагрев полученного после выщелачивания раствора до температуры, обеспечивающей выделение из него карбоната магния, и последующее разложение карбоната магния до оксида магния путем нагрева свыше 650°C (см. патент РФ №2471564, B03C 1/00, C22B 3/00).

Недостатком известного способа является невысокое качество и недостаточный выход железнорудного концентрата из-за низкой скорости выщелачивания оксида магния раствором угольной кислоты, поскольку для достижения оптимальных результатов процесс выщелачивания необходимо проводить 5 и более часов. Кроме того, для реализации возможности выщелачивания оксида магния из обожженного сидерита на уровне 50-60% его обжиг необходимо проводить в узком температурном интервале 520-570°C, а при более высоких или более низких температурах обжига эффективность выщелачивания оксида магния резко снижается (в два и более раза). Все это затрудняет реализацию данного способа на практике.

Задача, решаемая заявляемой группой изобретений, заключается в повышении выхода и качества железорудного концентрата для доменного производства и оксида магния, используемого, например, при изготовлении высококачественных огнеупорных изделий.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в создании условий дезинтеграции кристаллической решетки твердого раствора (FeO-MgO), что способствует увеличению скорости и полноты выщелачивания оксида магния из магнитной фракции активированного продукта.

Поставленная задача решается тем, что

- в первом варианте способа переработки сидеритовых руд, включающем дробление и грохочение исходной руды, магнетизирующий обжиг ее в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния, сухую магнитную сепарацию, доизмельчение извлеченной магнитной фракции и выщелачивание из нее оксида магния раствором угольной кислоты, нагрев полученного после выщелачивания раствора до температуры, обеспечивающей выделение из него карбоната магния, и последующее разложение карбоната магния до оксида магния путем нагрева свыше 650°C, согласно изобретению магнетизирующий обжиг проводят при температуре 500-700°C, после чего осуществляют активацию обожженного продукта при температуре 400-700°C парами воды с последующим охлаждением до температуры окружающей среды, магнитной сепарации подвергают активированный продукт, а выщелачивание оксида магния раствором угольной кислоты осуществляют в течение 30-60 минут из магнитной фракции крупностью 0,2-0 мм;

- во втором варианте способа переработки сидеритовых руд, включающем дробление и грохочение исходной руды, магнетизирующий обжиг ее в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния, сухую магнитную сепарацию, доизмельчение извлеченной магнитной фракции и выщелачивание из нее оксида магния раствором угольной кислоты, нагрев полученного после выщелачивания раствора до температуры, обеспечивающей выделение из него карбоната магния, и последующее разложение карбоната магния до оксида магния путем нагрева свыше 650°C, согласно изобретению магнетизирующий обжиг проводят при температуре 500-700°C, после чего осуществляют активацию обожженного продукта охлаждением его до температуры ниже 100°C, а затем нагревом обожженного продукта до температуры 350-500°C и последующей изотермической выдержкой продукта в течение 60-90 минут, магнитной сепарации подвергают активированный продукт, а выщелачивание оксида магния раствором угольной кислоты осуществляют в течение 30-60 минут из магнитной фракции крупностью 0,2-0 мм.

Заявляемый способ переработки высокомагнезиальных сидеритовых руд осуществляют следующим образом. Исходную высокомагнезиальную сидеритовую руду подвергают дроблению и грохочению до крупности 6-0 мм, что обеспечивает высокую степень раскрытия сростков минералов. Магнетизирующий обжиг подготовленной таким образом исходной руды проводят в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, при температуре 500-700°C в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния. При этом оптимальный временной режим обжига определяется временем прекращения выделения диоксида углерода, что соответствует окончанию разложения карбонатов железа и магния. Обжиг в таких условиях согласно данным химического анализа, электронно-микроскопических исследований, рентгеновского микроанализа и термографии обеспечивает образование высокоразвитой поверхности обожженного продукта и препятствует образованию шпинели - MgFe₂O₄, из которой оксид магния практически не выщелачивается угольной кислотой. В результате основная масса обожженного в таких условиях продукта представляет собой мелкокристаллическую фазу (FeO-MgO), из которой в последующем происходит извлечение оксида магния угольной кислотой.

После магнетизирующего обжига осуществляют активацию обожженного продукта по двум вариантам.

По первому варианту после завершения обжига активацию обожженного продукта осуществляют парами воды, при этом продолжительность активации и количество пропускаемого пара определяется прекращением выделения водорода в соответствии с реакцией (1), а температура обожженного продукта должна быть не менее 400°C.

В результате такой активации пары воды при температуре 400-700°C взаимодействуют с мелкокристаллической фазой FeO-MgO с образованием водорода:

Как подтверждают данные химического, хроматографического и ренгеноструктурного анализа, протекание реакции (1) приводит к увеличению скорости и полноты в последующем выщелачивании оксида магния раствором угольной кислоты вследствие выделения оксида магния из твердого раствора (XFeO-YMgO) в самостоятельную фазу.

По второму варианту активацию обожженного продукта осуществляют сначала охлаждением его до температуры ниже 100°C, а затем нагревом охлажденного продукта до температуры 350-500°C и изотермической выдержкой его при данной температуре в течение 60-90 минут. Активация обожженного продукта в заявляемых условиях состоит в том, что при температуре ниже 100°C идет образование зародышей магнетитной фазы (Fe₃O₄) по реакции:

Последующий нагрев обожженного продукта до температуры 350-500°C с изотермической выдержкой в течение 60-90 минут приводит к росту образовавшихся по реакции (2) фаз, что способствует увеличению скорости и полноты выщелачивания оксида магния раствором угольной кислотой в результате того, что оксид магния выделяется из твердого раствора (XFeO-YMgO) в самостоятельную фазу.

Операция активации как по первому, так и второму варианту приводит к увеличению скорости и полноты извлечения оксида магния раствором угольной кислоты, что позволяет повысить выход и качество железорудного концентрата и оксида магния.

После активации полученный активированный продукт, как по первому, так и второму варианту, подвергают сухой магнитной сепарации при напряженности магнитного поля 50-100 кА/м. Затем извлеченную магнитную фракцию доизмельчают до крупности частиц 0,2-0 мм, что обеспечивает высокую скорость выщелачивания оксида магния из магнитной фракции активированного продукта. Измельченный активированный продукт помещают в реактор для выщелачивания, которое проводят раствором угольной кислоты при давлении углекислого газа в реакторе 1-5 атм в течение 30-60 минут. Необходимый для выщелачивания раствор угольной кислоты получают любым известным способом, например, при насыщении воды диоксидом углерода, образующимся при магнетизирующем обжиге и разложении карбоната магния. Полученный после выщелачивания оксида магния железорудный концентрат направляют на сушку, окомкование и агломерацию, а из раствора при нагревании его до 90-100°C выделяют карбонат магния, который разлагают до оксида магния путем его нагрева свыше 650°C. Для получения раствора угольной кислоты можно также использовать раствор, оставшийся после осаждения карбоната магния, насытив его диоксидом углерода.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению со способом, взятым за прототип, в лабораторных условиях были проведены испытания, результаты которых приведены в таблицах 1-3.

В таблице 1 приведены экспериментальные результаты по выщелачиванию оксида магния из сидероплезита, обожженного в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, с крупностью 6-0 мм, массой 5 кг и составом, мас.%: Fe_общ.=30,1; Fe₂O₃=34,6; Fe₂O₃=4,6; SiO₂=9,4; Al₂O₃=3,4; CaO=3,7; MgO=9,4; MnO=1,3. Потери при прокаливании составили 33,2%. Обжиг исходной сырой руды проводился в интервале температур 450-850°C в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния. Выщелачивание оксида магния из магнитной фракции активированного продукта проводили при следующих условиях: крупность частиц магнитной фракции активированного продукта 0,2-0 мм, парциальное давление CO₂ - 1 атм, перемешивание - 10 об\мин, температура - 25°C, соотношение между массой выщелачиваемого продукта и раствором угольной кислоты 1:10, время выщелачивания меняли от 15 до 120 минут. Раствор после выщелачивания нагревали до 90-100°C, а выделенный карбонат магния нагревали до температуры свыше 650°C с получением оксида магния. В таблице 1 температура активации по первому варианту соответствовала температуре обжига. Продолжительность активации по второму варианту составляла 60 минут.

Как видно из таблицы 1, оптимальные результаты при удалении оксида магния достигаются при обжиге сидероплезита в интервале температур 500-700°C. При этом из магнитной фракции активированного продукта в процессе выщелачивания извлекается 67%-74% оксида магния в течение 30-60 минут. Увеличение продолжительности выщелачивания более 60 минут нецелесообразно, так как не приводит к увеличению доли извлечения оксида магния, а сокращение времени выщелачивания менее 30 минут заметно снижает долю извлеченного оксида магния.

Обжиг исходной руды при температурах менее 500°C проводить нецелесообразно, так как при этих температурах сидероплезит разлагается не полностью, что приводит к снижению доли оксида магния, выщелачиваемого из магнитной фракции, и, соответственно, к снижению содержания железа в железорудном концентрате. Повышение температуры обжига выше 700°C, как видно из таблицы 1, приводит к тем же результатам, так как из-за спекания частиц продукта уменьшается поверхность обожженного материала и возрастает доля магнезиоферрита, который практически не выщелачивается раствором угольной кислоты.

В таблице 2 представлены результаты опытов по выщелачиванию оксида магния из магнитной фракции активированного продукта при различных температурах обжига в зависимости от температуры активации, проводимой в соответствии с первым вариантом (окончание процесса активации определяли по прекращению выделения водорода - реакция (1) описания, время выщелачивания - 60 минут).

Данные таблицы 2 показывают, что температура, при которой проводится активация магнитной фракции, по первому варианту, должна быть не менее 400°C.

В таблице 3 представлены результаты опытов по выщелачиванию оксида магния из магнитной фракции активированного продукта при различных температурах обжига в зависимости от температуры и времени активации, проводимой в соответствии со вторым вариантом.

Как следует из таблицы 3, продолжительность изотермической выдержки, при которой достигаются наилучшие результаты при выщелачивании оксида магния из магнитной фракции активированного продукта, составляет 60-90 минут. Дальнейшее увеличение времени изотермической выдержки экономически нецелесообразно, так как не приводит к увеличению степени извлечения оксида магния.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению с прототипом были проведены опыты по удалению оксида магния из сидероплезита заявляемым способом и способом, рассматриваемым в качестве прототипа. В таблице 4 приведены сравнительные характеристики заявляемого способа и прототипа по удалению оксида магния из сидероплезита.

Анализ приведенных в таблице 4 результатов показывает, что использование заявляемого способа по сравнению с прототипом позволяет повысить качество железорудного концентрата за счет:

- повышения содержания железа в железорудном концентрате до 60,3%;

- снижения содержания оксида магния в железорудном концентрате до 4,2%.

На основании вышеизложенного заявляемая группа изобретений обеспечивает повышение выхода и качества железорудного концентрата, а также получение оксида магния чистотой не менее 98%. Заявляемая группа изобретений является экономически более приемлемой к практическому использованию, чем способ, описанный в прототипе.