Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки магнийсодержащего сырья

Изобретение относится к способам получения минеральных удобрений, а именно - смеси водного сульфата магния (кизерита) и сульфата магния, и может быть использовано в сельском хозяйстве для повышения урожайности.

Известен способ получения сульфата магния по патенту РФ №2104936, опубликован 20.02.1998. Способ заключается в том, что магнезитовая пульпа с соотношением Т:Ж=1:6,5-7 поступает на реагирование с серной кислотой при соотношении MgO:H₂SO₄=1:2,5-2,6 при температуре 85-90°С. Процесс ведут до достижения рН 6,5-7,5. Затем происходит фильтрация от шлама и раствор сульфата магния с MgSO₄=35-37% охлаждают до температуры <15°С. При этом из раствора кристаллизуется MgSO₄ 7H₂O, кристаллы которого отделяются от маточных растворов и высушиваются в сушильном барабане при температуре 130-160°С. Маточные растворы подаются на упарку и сушку в аппарат "КС", где получается безводный продукт с содержанием 28-30% MgO. Разложение магнезита проводят при определенной норме серной кислоты до рН 6,5-7,5, что приводит к получению высокой концентрации MgSO₄ в растворе, что в свою очередь позволяет повысить коэффициент разложения сырья и за счет введения стадии охлаждения растворов с кристаллизацией MgSO₄ 7H₂O с последующим отделением кристаллов семиводного MgSO₄, сушкой маточных растворов до получения безводного MgSO₄.

Недостатком данного способа является использование дорогого сырья - магнезита, технологическая сложность процесса, связанная с высокой температурой выщелачивания.

Наиболее близким является суперсульфат и способ его получения по патенту РФ №2664301, опубликованному 16.08.2018 г. Способ включает обработку тонкомолотого магнийсодержащего сырья в виде серпентинитсодержащих промышленных отходов 80-96%-ным раствором серной кислоты, нагретой до 40±0,5°С, при перемешивании и соотношении между серной кислотой и магнийсодержащим сырьем 1,0:1,05-1,5 до полного разложения магнийсодержащего сырья; последующее тщательное перемешивание продукта разложения с аммофосом или простым суперфосфатом, или преципитатом, или аммофоской при соотношении их 1,4-2,4:1,0; нейтрализацию полученной смеси до достижения рН смеси, равного 8,0, и, при необходимости, гранулирование целевого продукта. Комплексное магний-фосфатное удобрение, на основе тонкомолотых серпентинитсодержащих промышленных отходов и фосфорсодержащих продуктов, выбранных из группы, включающей простой суперфосфат, аммофос, преципитат, аммофоску с содержанием, мас. %: Р₂О₅ - 12,0-27,5; Р₂О₅ (р.ф.) - 10,0-21,5; MgO - 16,1-32,0; SO₃ - 16,2-36,2; SiO₂ - 8,0-13,9; N₂ - 0-8,8; CaO - 0-19,4; K₂O - 0-10,5; Fe₂O₃ - 0,1-1,2; H₂O - 7,8-14,9.

Недостатком данного способа является необходимость разогрева концентрированной серной кислоты до температуры 40°С, в результате данного способа получают комплексное удобрение, включающее простой суперфосфат. При этом выход за счет достаточно низкого содержания магния в серпентините (ок. 35%) выход итогового продукта невысоко.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала минеральных удобрений и способов их получения.

Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что заявляемый способ реализуется без применения сложных устройств и энергоемких процессов нагрева концентрированной серной кислоты, опирается на большую сырьевую базу, а полученный таким способом продукт может быть применен в сельском хозяйстве как отдельное минеральное удобрение или компонент комплексных минеральных или органоминеральных удобрений для поднятия урожайности зерновых и овощных культур.

Указанный технический результат достигается тем, что способ переработки магнийсодержащего сырья, заключается в том, что тонкомолотый брусит или отходы обогащения брусита обрабатывают 70-96 процентным раствором серной кислоты при комнатной температуре и перемешивают при соотношении между серной кислотой и магнийсодержащим сырьем (1-4):1 до полной нейтрализации серной кислоты с последующим измельчением полученного продукта переработки.

Интервал количественного содержания серной кислоты в реакции (1-4:1) обусловлено химическим составом исходных минералов - чем больше в них содержание MgO, тем больше требуется кислоты для проведения реакции.

Предлагаемый способ предусматривает:

- использование брусита - минерала класса гидроокислов, химический состав: 69% MgO, 31% H₂O с возможными примесями Fe²⁺ (ферробрусит), Mn²⁺ (манганобрусит), Zn²⁺ или отходов обогащения брусита;

- проведение процесса переработки магнийсодержащего сырья, непосредственно в концентрированной серной кислоте, что за счет экзотермического эффекта реакции взаимодействия, сопровождающегося разрушением кристаллических решеток минералов, позволяет сразу получать порошок или агломерат кизерита, по реакции:

Mg(OH)₂+2H₂SO₄=MgSO₄⋅H₂O+H₂O+ккал.

При этом, за счет теплоты реакции вода испаряется в процессе разложения минералов.

Важно отметить, что при увеличении количества брусита выше нормы, также получается комплексное удобрение, но пролонгированного действия, в котором сначала работает растворимый сульфат магния, а потом брусит (малорастворимый гидроксид магния).

Способ осуществляется следующим образом.

В емкость из кислотостойкого материала загружают концентрированную серную кислоту и при постоянном перемешивании постепенно загружают сухое порошкообразное измельченное магнийсодержащее сырье (или наоборот) в соотношении между серной кислотой и магнийсодержащим сырьем 1:4-1.

После смачивания порошка магний содержащего сырья серной кислотой при перемешивании смесь загустевает, сильно разогревается и начинает кипеть; кипение суспензии сопровождается выделением газообразных продуктов реакции, после чего масса отвердевает. Время отвердевания смеси 3-15 минут.

Время окончательного «созревания» полученной смеси - 6-12 часов, в течение этого времени процесс с выделением тепла продолжается до полного остывания смеси. Полученный продукт после «созревания» представляет собой пористый, рыхлый кусковой материал.

Полученный кусковой материал измельчают и при необходимости, гранулируют целевой продукт.

Пример.

В качестве сырья использовали минерал брусит и отходы обогащения брусита.

Исследования исходного сырья показали, что брусит Кульдурского месторождения стабилен по своему химическому и фазовому составу. Содержание основных компонентов (мас. %) в пересчете на оксиды представлено в таблице 1.

В емкость из кислотостойкого материала загружали концентрированную серную кислоту массой 200 г и плотностью 1,84 г/см³.

При включенном перемешивающем устройстве в емкость постепенно загружали сухой порошкообразный измельченный брусит в количестве 150 г.

После смачивания порошка брусита серной кислотой и перемешивания смесь загустевала, сильно разогревалась и начинала кипеть; кипение суспензии сопровождалась выделением газообразной воды и продуктов реакции, после чего масса отвердевала. Время отвердевания смеси 3-15 минут. Время окончательного «созревания» получаемой смеси - 6-12 часов, в течение этого времени процесс образования продолжается с выделением тепла до полного остывания смеси. Полученный продукт после «созревания» представляет собой пористый, рыхлый кусковой материал массой 320 г.

Полученный кусковой продукт измельчали в щековой дробилке до фракции 0-2 мм. Далее измельчали в шаровой мельнице со стальными мелющими телами до фракции 0-0,1 мм в течение 20 мин.

Полученный порошок анализировали методами рентгенофазового анализа, для определения количественного фазового состава. Результаты количественного фазового анализа полученного материала приведены в таблице 2.