Способ получения синтетического двухводного гипса из кальцийсодержащего сырья

 

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и продуктов, в частности к способам получения синтетического гипса из кальцийсодержащего сырья. Способ получения синтетического двухводного гипса из кальцийсодержащего сырья включает выщелачивание кальция растворами муравьиной или уксусной кислот с получением растворов формиата или ацетата кальция, доведение рН растворов до значения 7,0-9,0 и обработку их серной кислотой до рН 1,5-2,0 для осаждения двухводного гипса и получения маточного раствора. При этом маточные растворы могут быть использованы для выщелачивания кальция из кальцийсодержащего сырья. Изобретение позволяет получить продукт высокой чистоты. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к технологии неорганических веществ и продуктов, в частности к способам получения синтетического гипса из кальцийсодержащего сырья, включающего в себя различные виды извести, мел и кальцийсодержащие шламы.

Известны способы получения двухводного гипса. Так, в работе Mantel D.G., Liddele D. G. "World Chem". 1988. V. 19. N 10 предложен способ производства двухводного гипса обработкой измельченного известняка серной кислотой. Однако при этом способе получается продукт, содержащий 87% гипса, который годится только в качестве строительного материала.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, описанный в патенте РФ N 2048556 от 20.11.95 Бюл. N 32, который можно рассматривать в качестве прототипа. Данный способ включает выщелачивание элементов из красного шлама кислотами, фильтрацию раствора и разделение извлеченных элементов известными способами, причем кальций отделяется от других элементов в виде гипса, путем обработки раствора серной кислотой.

К недостаткам данного способа получения двухводного гипса относятся: 1. Гипс, получаемый по данному способу, значительно загрязнен другими элементами, такими как Аl, Fe, Cr, Си, U, Th и т. д.

2. Реагенты, применяемые для вскрытия красного шлама, используются однократно, что увеличивает стоимость целевых продуктов.

Задача изобретения - получение синтетического двухводного гипса высокой чистоты и многократного использования вскрывающего pеагента.

Поставленная задача решается путем обработки кальцийсодержащего сырья растворами муравьиной или уксусной кислот, при которой происходит извлечение кальция в раствор в виде формиатов или ацетатов, доведения кислотности растворов до pH 7-9, фильтрации, осаждении двухводного гипса серной кислотой до значения pH 1,5 - 2, после чего маточные растворы возвращаются в голову процесса на стадию извлечения кальция.

Новым в заявленном способе, в отличие от прототипа, является то, что для получения двухводного гипса высокой чистоты, муравьинокислые или уксуснокислые растворы, получаемые после обработки кальцийсодержащего сырья, перед осаждением гипса доводятся до pH 7-9, а маточные растворы с pH 1,5-2 после осаждения и отделения гипса используются в последующих циклах извлечения кальция из кальцийсодержащего сырья.

Доведение кислотности растворов, получаемых после обработки кальцийсодержащего сырья, до значений pH 7-9 позволяет выделить нерастворимые гидроксиды большинства сопутствующих элементов, тем самым достигается высокая степень очистки формиатных или ацетатных растворов кальция от этих элементов благодаря отделения гидроксидов фильтрацией.

При pH < 7 комлексообразающее действие формиат- и ацитат-ионов препятствует выпадению гидроксидов сопутствующих элементов, а при pH > 9 происходит растворение гидроаксидов некоторых элементов.

Доведение pH раствора при осаждении гипса серной кислотой до значения 1,5-2 обусловлено: 1) достаточной полнотой выделения кальция из раствора; 2) практически полной регенерацией формиат- или ацетат-ионов в соответствующие кислоты.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Проверку способа проводили на лабораторной опытной установке с использованием в качестве исходного сырья: 1) спекательного красного шлама Богситогорского глиноземного завода, как наиболее сложного по химическому составу сырья, содержащего кальций; 2) мела; 3) извести-пушонки.

Составы красного шлама, мела, извести-пушонки, использованных в примерах, приведены в таблице 1.

Результаты экспериментов по извлечению кальция из извести, мела, красного шлама и получения двухводного гипса приведены в примерах и таблицах.

Пример 1 (по прототипу).

Пробу красного шлама массой 100 r выщелачивали 500 мл 10% раствора муравьиной кислоты (HCOOH) при перемешивании в течение 2-х часов при t = 70^oC. Раствор фильтровали на фильтре Шотта и обрабатывали достаточным количеством серной кислоты до достижения равновесного значения pH 1,5 (для водной фазы). При этом кальций в виде сульфата (двуводный гипс) выпадал в осадок. Осадок отделяли фильтрацией, репульпировали в 100 мл дистиллированной воды, двухводный гипс отделяли фильтрацией и промывали 100 мл дистиллированной воды, высушивали. Полученный двухводный гипс анализировали на содержание примесей методом масс-спектрометрии. Результаты анализа приведены в таблице 2, опыт N 1.

Пример 2 (по предлагаемому способу).

Пробу красного шлама массой 100 г выщелачивали 500 мл 10% раствора муравьиной кислоты при перемешивании в течение 2-х часов при t = 70^oC. Раствор фильтровали на фильтре Шотта. Кислотность раствора соответствовала pH 3.9. Затем раствор обрабатывали достаточным количеством известкового молока до pH 9. Осадок отделяли на фильтре Шотта, фильтрат обрабатывали серной кислотой до pH 2,0 с последующей фильтрацией, репульпацией, фильтрацией и промывкой двухводного гипса дистиллированной водой. Полученный гипс анализировали на содержание примесей методом масс-спектрометрии. Результаты анализа приведены в таблице 2, опыт N 2.

Пример 3 (по предлагаемому способу).

Пробу красного шлама массой 100 г выщелачивали 500 мл 13% раствора уксусной кислоты (CH₃COOH) при перемешивании в течение 2-х часов при t = 70^oC. Далее по схеме опыта N 2. Результаты анализа двухводного гипса приведены в таблице 2, опыт N 3.

Пример 4 (по предлагаемому способу) Пробу извести-пушонки массой 100 г выщелачивали 1000 мл 10% раствора муравьиной кислоты до pH 8,0. Далее по схеме опыта N 2.

Результаты анализа двухводного гипса представлены в таблице 2, опыт N 4.

Пример 5 (по предлагаемому способу) Пробу мела массой 100 г выщелачивали 1000 мл 10% раствора муравьиной кислоты. Далее по схеме опыта N 2. Результаты анализа двухводного гипса представлены в таблице 2, опыт N 5.

Пример 6 (по предлагаемому способу) Пробу извести-пушонки массой 100 г выщелачивали 1000 мл 12% раствора уксусной кислоты до pH 8. Далее по схеме опыта N 2. Результаты анализа двухводного гипса представлены в таблице 2, опыт N 6.

Пример 7 (по предлагаемому способу)
Пробу мела массой 100 г выщелачивали 1000 мл 12% раствора уксусной кислоты. Далее по схеме опыта N 2. Результаты анализа двухводного гипса представлены в таблице 2, опыт N 7.

Пример 8 (по предлагаемому способу)
Проведена серия опытов по исследованию возможности многократного использования одного и того же раствора муравьиной кислоты для выщелачивания кальция из кальцийсодержащего сырья. Опыты проводили по схеме опыта N 2, но маточные растворы, получаемые после отделения двухводного гипса, использовались для обработки очередной порции кальцийсодержащего сырья без добавления муравьиной кислоты. Результаты опытов представлены в таблице 3. Результаты анализа двухводного гипса, полученного в 7-м цикле выщелачивания кальция из красного шлама (таблица 3), представлены в таблице 2, опыт N 8.

Анализ результатов опытов позволяет сделать следующие выводы:
1. Операция доведения pH растворов, получаемых в результате выщелачивания кальция из кальцийсодержащего сырья растворами муравьиной и уксусной кислот до значения 7-9, приводит к существенному повышению чистоты конечного продукта - двухводного гипса (таблица 2).

2. Маточные растворы, образующиеся после осаждения гипса серной кислотой могут быть использованы многократно для извлечения кальция из кальцийсодержащего сырья и получения двухводного гипса высокой чистоты (таблица 2 и 3).

Преимуществами предлагаемого способа по сравнению с известным является значительное повышение чистоты синтетического двухводного гипса и упрощение использования выщелачивающих реагентов (исключается энергоемкий процесс отгонки муравьиной и уксусной кислот).

Формула изобретения

1. Способ получения синтетического двухводного гипса из кальцийсодержащего сырья, включающий выщелачивание кальция растворами муравьиной или уксусной кислот с получением растворов формиата или ацетата кальция, обработку растворов формиата или ацетата кальция серной кислотой до рН 1,5 - 2,0 для осаждения двухводного гипса и получения маточного раствора, отличающийся тем, что перед осаждением двухводного гипса рН растворов формиата или ацетата кальция доводят до значения 7,0 - 9,0.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что маточные растворы, получаемые после осаждения двухводного гипса, многократно используют для выщелачивания кальция из кальцийсодержащего сырья.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3