Способ переработки отходов апатито-нефелиновой флотации

 

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, в частности к получению материалов для лакокрасочной промышленности, коагулянтов, стройматериалов. Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации включает его магнитную сепарацию с получением немагнитной фракции. Немагнитную фракцию вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% H₂SO₄ до достижения рН 1,8-2,2. Отделяют жидкую фазу. Твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄. Смесь выдерживают при 40-100^oС в течение 1-5 ч. Отделяют твердый остаток. Сушат его и измельчают до крупности частиц 5-40 мкм. Получают титансодержащую пигментную композицию. В результате повышается выход ценных компонентов, они концентрируются в виде полезных композиционных материалов, снижается количество отходов. 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, в частности к получению композиционных материалов, используемых в производстве ЛКМ, в качестве коагулянта, а также активных добавок при получении стройматериалов.

В состав комплексных апатито-нефелиновых руд входят минералы: апатит, нефелин, сфен, эгирин, титаномагнетит, полевые шпаты и т.д. Промышленная переработка таких руд на Кольском полуострове предполагает обогатительный цикл с отделением апатита и небольшого количества нефелина. Все другие минералы в основном направляются в хвосты, создавая экологические проблемы в регионе. Однако имеется значительное количество разработок, которые предполагают обогатительное разделение апатито-нефелиновых руд на все составляющие его минералы [Ю. В. Брыляков, Н.Я. Васильева, А.А. Петровский "Перспективы комплексного использования апатит-нефелиновых руд". Горный журнал, 9, 1999, с. 42-45].

Известен способ разделения пенного продукта апатито-нефелиновой флотации на сфеновый концентрат и на фракцию темноцветных минералов (титаномагнетит и эгирин) - в книге Т.Б. Найфонов "Флотация титановых минералов при обогащении комплексных титансодержащих руд". Л.: Наука, 1979, с. 139-140.

По приведенной в указанном источнике схеме пенный продукт апатито-нефелиновой флотации (состав, мас.%: нефелин - 35-40, эгирин и титаномагнетит - 25-30, сфен - 10-15, апатит 5-10, полевые шпаты 5-10) подвергается, так называемой, перечистке с отделением нефелинового концентрата, оставшийся твердый продукт отмывается от флотореагентов, обесшламливается и вновь подвергается флотации, а затем магнитной сепарации с отделением чернового сфена (немагнитная фракция) от эгирина и титаномагнетита (магнитная фракция). Таким образом после ряда перечисток и магнитной сепарации пенный продукт апатито-нефелиновой флотации разделяется на составляющие, причем чистота последних свидетельствует об отсутствии полной селективности применяемых флотационных реагентов. В частности, сфеновый концентрат содержит примерно 28-30% TiO₂. При этом в концентрате остается еще апатит ~3,0% по Р₂О₅ и нефелин - 5% по Аl₂О₃. Указанное содержание ТiO₂ в концентрате соответствует примерно 70-75%-ному содержанию минерала сфена.

К недостаткам способа следует отнести многостадийность флотационного (обогатительного) цикла, низкую селективность разделения пенного продукта апатито-нефелиновой флотации на его составляющие и соответственно большое количество отходов, загрязняющих окружающую среду.

Настоящее техническое решение направлено на повышение выхода ценных компонентов с концентрированием их в виде полезных композиционных материалов и снижение количества твердых и жидких отходов.

Поставленная цель достигается за счет того, что, во-первых, полностью исключается из процесса операция флотации и немагнитная фракция при ее сернокислотной обработке вначале полностью очищается от нефелина с получением жидкого композиционного алюмосиликатного коагулянта, а затем полностью отделяется апатит с образованием фосфорнокислого раствора, который используется для получения Н₂PO₄ или для синтеза композиционного алюмофосфатного антикоррозионного пигмента, оставшийся твердый остаток химически активированный сфеновый концентрат (содержание ТiO₃-37-39%) после тонкого измельчения превращается в титаносодержащую пигментную композицию, которая применяется для получения атмосферостойких ЛКМ на водной и органической основах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, включающем его магнитную сепарацию с получением немагнитной фракции и дальнейшее селективное разделение ее на составляющие, немагнитную фракцию вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄ до достижения рН 1,8-2,2, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄, смесь выдерживают при температуре 40-100^oС в течение 1-5 ч, после чего отделяют твердый остаток, сушат его и измельчают до крупности частиц 5-40 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции.

Введение немагнитной фракции в раствор серной кислоты с концентрацией менее 10% Н₂SO₄ значительно повышает продолжительность процесса и качество алюмосиликатного коагулянта (жидкая фаза) снижается, а при концентрации Н₂SO₄>15% снижение стабильности жидкой фазы и наблюдается ее желатинизация. Ведение процесса при рН<1,8 и более 2,2 приводит к снижению качества коагулянта. Повторное введение твердой фазы в раствор серной кислоты с концентрацией <10% Н₂SO₄ и температура <40С увеличивает продолжительность процесса, а при концентрации >15% Н₂SO₄ твердый остаток получается с повышенным содержанием сернокислотного маточника, что осложняет его дальнейшую переработку. Температура выдержки смеси >100^oС практически не оказывает влияния на продолжительность процесса и качество получаемых продуктов. Продолжительность выдержки 1-5 ч обеспечивает максимальное отделение апатита и соответственно получение более качественной титансодержащей композиции. Измельчение сухого твердого остатка до крупности частиц более 40 мкм сопровождается ухудшением качества титансодержащей пигментной композиции, в частности повышается показатель укрывистости, а измельчение до крупности частиц <5 мкм требует значительных энергетических затрат и практически не оказывает влияния на свойства композиции.

Способ осуществляется следующим образом. Из пенного продукта апатито-нефелиновой флотации магнитной сепарацией получают немагнитную фракцию, которую постепенно при перемешивании вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄ до достижения рН 1,8-2,2, жидкую фазу, представляющую собой композиционный алюмосиликатный коагулянт, отделяют, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% H₂SO₄ смесь выдерживают при температуре 40-100^oС в течение 1-5 час, после чего отделяют твердый остаток, подвергают его сушке и тонкому измельчению до крупности частиц 5-40 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции светло-серого цвета. Такой пигмент обладает повышенной атмосферостойкостью и используется для получения ЛКМ на водной и органической основах (содержание ТiO₂ в пигменте 37-39%).

Все ценные компоненты пенного продукта апатито-нефелиновой флотации (апатит, нефелин, сфен) сконцентрированы в виде композиционных продуктов целевого назначения. Количество отходов минимальное.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и магнитной сепарацией получают из него немагнитную фракцию, которую вводят постепенно, при перемешивании в раствор серной кислоты с концентрацией 10% ₂SO₄, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10% Н₂SO₄, расход которой соответствует количеству, необходимому для разложения апатита. Смесь выдерживают при температуре 40^oС, при перемешивании, отделяют твердый остаток, сушат его и измельчают до крупности частиц 5 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции. Содержание в ней ТiO₂ составляет 37%, укрывистость - 90 г/м², маслоемкость - 20 г/100 г пигмента, белизна - 90 усл.ед.

Пример 2. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и магнитной сепарацией получают из него немагнитную фракцию, которую вводят постепенно, при перемешивании в раствор серной кислоты с концентрацией 12,5% Н₂SO₄ до достижения рН 2,0, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 12,5% ₂SO₄, расход, которой соответствует количеству, необходимому для разложения апатита, смесь выдерживают при температуре 70^oС в течение 3 ч при перемешивании, отделяют твердый остаток, сушат его и измельчают до крупности частиц 15 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции. Содержание в ней ТiO₂ составляет 38,0%, укрывистость - 92 г/м², маслоемкость - 18 г/100 г пигмента, белизна - 93 усл.ед.

Пример 3. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации отделяют из него магнитной сепарацией получают из него немагнитную фракцию, которую вводят постепенно, при перемешивании в раствор серной кислоты с концентрацией 15% ₂SO₄ до достижения рН 1,8, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 15% Н₂SO₄, расход которой соответствует необходимому для разложения апатита, смесь выдерживают при температуре 100^oС в течение 1 ч при перемешивании, отделяют твердый остаток, сушат его и измельчают до крупности частиц 40 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции. Содержание TiO₂ - 39,0%, укрывистость - 92,5 г/м², маслоемкость - 15 г/100 г пигмента, белизна - 93 усл.ед.

В таблице приведен сравнительный анализ известного и предлагаемого способов.

Приведенные в описании заявки данные свидетельствуют о том, что предлагаемое техническое решение позволяет повысить выход ценных компонентов с концентрированном их в виде композиционных материалов целевого назначения, а также значительно сократить количество твердых и жидких отходов.

Формула изобретения

Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, включающий его магнитную сепарацию с получением немагнитной фракции и дальнейшее селективное разделение ее на составляющие, отличающийся тем, что немагнитную фракцию вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄ до достижения рН 1,8-2,2, отделяют жидкую фазу, а твердую фазу вновь вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% Н₂SO₄ и смесь выдерживают при 40-100^oС в течение 1-5 ч, после чего отделяют твердый остаток, сушат его и измельчают до крупности частиц 5-40 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции.

РИСУНКИ

Рисунок 1