Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения карбоната кальция

Способ получения карбоната кальция

Изобретение относится к области выделения и очистки карбоната кальция, в том числе изотопно-обогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Принципами выделения и очистки изотопнообогащенного кальция являются максимально полное его выделение на всех стадиях химической переработки, сохранение изотопного состава кальция и получение его в виде карбоната кальция, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения очищенного карбоната кальция (патент РФ №2027672, МПК⁷ С01Р 11/18), включающий обработку кальцийсодержащего концентрата раствором азотной кислоты при нагревании, очистку пульпы обработкой ее карбонатом кальция, взятым в количестве 7,7-31,0% от массы исходного карбоната кальция, отделением осадка карбонатов примесей и осаждение из очищенного раствора карбоната кальция карбонатом аммония в две стадии, причем кальций, осаждаемый 9,4-21,0% карбоната аммония, на первой стадии не является готовым продуктом и используется, в частности, для очистки следующей порции пульпы, получаемой при обработке кальцийсодержащего концентрата.

Основными недостатками этого способа являются существенные потери кальция при очистке пульпы и низкий прямой выход готового продукта. К тому же использование этого способа для получения изотопнообогащенного кальция ведет к изменению изотопного состава кальция в конечном продукте.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ получения карбоната кальция (патент РФ №2205153 МПК⁷ C01F 11/18, публикация 27.05.2003), включающий в себя растворение кальцийсодержащего концентрата в соляной кислоте, осаждение оксалата кальция путем обработки раствора щавелевой кислотой в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, отделение полученного осадка, прокаливание его и растворение при рН 2.3 с последующим отделением примесей тяжелых металлов в виде сульфидов, повторное осаждение оксалата кальция вышеуказанным способом, растворение его в уксусной кислоте с получением очищенного раствора, из которого осаждают карбонат кальция раствором аммиака и насыщенным карбонатом аммония, а термообработку осадка карбоната кальция проводят при 200-300°С.

Основными недостатками этого способа является повышенное содержание (до 0,04% вес.) примесей и недостаточно высокий выход по изотопно-обогащенному кальцию.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является получение карбоната кальция, содержащего минимальное количество примесей, при минимальных потерях изотопнообогащенного кальция на всех стадиях химической переработки с условием сохранения изотопного состава.

Поставленная проблема решается за счет того, что растворение кальцийсодержащего концентрата проводят в соляной кислоте, осаждают кальций в виде оксалата путем добавления к раствору щавелевой кислоты в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, затем отделенный осадок прокаливают до карбоната кальция и растворяют его в 2 N соляной кислоте, отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов в присутствии аммиака при рН 8 при температуре 60°С, из раствора вновь осаждают оксалат кальция вышеуказанным способом и получают термообработкой карбонат кальция, который растворяют в 2N соляной кислоте, и из очищенного раствора осаждают карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют карбонат кальция и проводят его термообработку.

В заявленном техническом решении предложенный способ очистки раствора обеспечивает эффективное отделение примесей и получение чистого продукта, увеличение выхода карбоната кальция до 99,6%, что является существенным, учитывая высокую стоимость изотопнообогащенного кальция.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «новизна».

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию «изобретательский уровень».

Предложенный способ получения карбоната кальция реализовали следующим образом.

Пример 1

12 г концентрата, содержащего 1,0 г кальция и значительные количества примесей, в том числе медь, железо, хром, свинец, алюминий, магний и т.д., растворили в соляной кислоте (1:5) при нагревании. Раствор отфильтровали, к раствору добавили аммиак до рН 12 и щавелевую кислоту, скорректировали аммиаком среду до рН 11, после выстаивания раствора с осадком в течение 12 часов осадок оксалата кальция отфильтровали, прокалили при 600°С и растворили его в 2N соляной кислоте при нагревании, удалили кипячением CO₂, отфильтровали, к основному раствору добавили 50% раствор винной кислоты, прогрели 20 минут при температуре 60°С, охладили до 40°С и добавили 25% раствор аммиака до рН 9, затем создали концентрацию по кальцию 1,0 г/л и добавили щавелевую кислоту. После 12 часов выстаивания осадок оксалата кальция отфильтровали и промыли промводой, оксалат кальция прокалили при 600°С, после чего полученный карбонат кальция растворили в 2N соляной кислоте, отфильтровали, создали концентрацию по кальцию 2 г/л, добавили аммиак до рН 8, нагрели раствор до 60°С и пропустили в раствор сероводород в течение 30 минут. Осадок сульфидов отфильтровали, к раствору добавили соляной кислоты до рН 1, удалили сероводород кипячением раствора, отфильтровали серу, создали в растворе концентрацию по кальцию 1 г/л, добавили 50% раствор винной кислоты и провели осаждение, отделение и прокаливание оксалата кальция до карбоната вышеуказанным способом. Карбонат кальция растворили в 2N соляной кислоте, отфильтровали. Солянокислый раствор, содержащий кальций, нагрели до 60°С и добавили к нему аммиачный раствор карбоната аммония. Раствором аммиака довели среду до рН 10. После 24 часов выстаивания карбонат кальция отфильтровали, промыли промывной водой, затем деионизованной водой, отфильтровали и прокалили при температуре 300°С в течение 6 часов. В полученном карбонате кальция определили содержание примесей методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, оно составило 0,012% вес.

Аммиачные фильтраты объединили, объем фильтратов составил 3 л, определили в них содержание кальция, оно составило 0,5 мг/л, что соответствует потерям 0,15% вес. Оксалатные фильтраты объединили, объем фильтратов составил 3 л, содержание кальция в фильтратах составило 0,2 мг/л, что соответствует потерям 0,06% вес. Объем карбонатных фильтратов составил 1 л. Содержание кальция в них составило 1,1 мг/л, что соответствует потерям кальция - 0,11% вес.

Выход по кальцию составил 99,668% вес.

Пример 2

Растворение концентрата, оксалатные и карбонатное осаждения, отделение осадков и их термообработку проводили как в примере 1, но осаждение сульфидов тяжелых металлов проводили при рН 2. В полученном карбонате содержание примесей составило 0,062% вес.

Пример 3

Растворение концентрата, оксалатные и карбонатное осаждения, отделение осадков и их термообработку проводили как в примере 1, но осаждение сульфидов тяжелых металлов проводили при рН 3. В полученном карбонате содержание примесей составило 0,058% вес.

Пример 4

Растворение концентрата, оксалатные и карбонатное осаждения, отделение осадков и их термообработку проводили как в примере 1, но осаждение сульфидов тяжелых металлов проводили при рН 8 без нагревания раствора. В полученном карбонате содержание примесей составило 0,028% вес.

Пример 5

Растворение концентрата, оксалатные и карбонатное осаждения, отделение осадков и их термообработку проводили как в примере 1, но растворение третьего карбоната кальция провели в 42 мл 2N соляной кислоты, карбонат растворился в течение одного часа полностью. В полученном карбонате содержание примесей составило 0,015% вес., в том числе содержание кремния составило <0,005% вес.

Пример 6

Карбонат кальция получали по способу-прототипу.

Растворили 12 г концентрата, содержащего 1 г кальция, используемого в примере 1, в 0,01N соляной кислоте (рН 2) при нагревании. К раствору добавили винную кислоту, аммиак до рН 11 и щавелевую кислоту. После выстаивания 12 часов осадок оксалата кальция отфильтровали, прокалили при температуре 600°С, растворили в 0,01 N соляной кислоте при рН 2…3. В растворе осадили сульфиды тяжелых металлов, пропуская газообразный сероводород в течение 30 минут и отфильтровали осадок сульфидов. В полученном растворе провели осаждение оксалата кальция, фильтрацию и прокаливание осадка как указано выше. Осадок карбоната кальция растворили в уксусной кислоте (1:3), добавляя ее до рН 3, растворение осадка шло в течение 14 часов. К раствору добавили раствор аммиака (1:2), насыщенным карбонатом аммония до рН 11. Раствор с осадком выстаивали в течение 12 часов, осадок отфильтровали, термообработку осадка провели при температуре 300°С в течение 6 часов.

В полученном карбонате кальция определили содержание примесей методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, оно составило 0,055% вес. Выход по кальцию составил 99,2% вес.

Полученные результаты показали, что при использовании известного технического решения по сравнению с предложенным потери кальция увеличиваются за счет использования 0,01N соляной кислоты, которая не позволяет полностью растворить кальцийсодержащий концентрат, проведение сероводородного осаждения при рН 2 без нагревания раствора увеличивает содержание примесей тяжелых металлов, кроме того увеличивается время очистки карбоната кальция за счет длительного растворения в уксусной кислоте.

Предложенный способ получения карбоната кальция был опробован в цехе по производству стабильных изотопов. Он позволили выделить 99,6% вес. изотопнообогащенного кальция в виде карбоната со степенью очистки 99,988% вес.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, сократить время переработки, не требует большого расхода электроэнергии. Способ отвечает экологическим требованиям, так как образующиеся аммиачные фильтраты легко нейтрализуются кислотой.