Способ получения оксида кальция

 

Использование: выделение и очистка кальция, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. Концентрат изотопнообогащенного кальция растворяют в соляной кислоте, очищают раствор от примесей осаждением оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осаждают и отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, из полученного раствора проводят повторное осаждение оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, оксалат кальция растворяют в кислоте, осаждают из очищенного раствора карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют осадок карбоната кальция и подвергают его термообработке в две стадии при 200-300^oС и 800-850^oС. Способ очистки кальцийсодержащего концентрата обеспечивает достаточно полное отделение примесей и выделение кальция практически без потерь, а условия термообработки осадка позволяют получить нужную химическую форму готового продукта. Предложенное техническое решение позволяет выделить 99,3% изотопнообогащенного кальция в виде оксида со степенью очистки 99,96%. Способ позволяет использовать стандартное оборудование, доступные реактивы и требует незначительного расхода электроэнергии.

Изобретение относится к области выделения и очистки оксида кальция, в том числе изотопнообогащенного, получаемого методом электромагнитной сепарации.

Принципами выделения и очистки изотопнообогащенного кальция является максимально полное выделение его на всех стадиях химической переработки и получение его в виде оксида, содержащего минимальное количество примесей.

Известен способ получения чистого оксида кальция ("Руководство по неорганическому синтезу", под редакцией Г. Брауэра. -М.: Мир, 1985, т.3, стр. 996), включающий растворение карбоната кальция в азотной кислоте, очистку раствора в два этапа - осаждением основного количества примесей добавлением к раствору известкового молока и отделением следов примесей осаждением части карбоната кальция пропусканием СО₂ в горячий раствор при рН 6-7, осаждение из очищенного раствора карбоната кальция, отделение осадка и его термообработку при 800^oС.

Недостатками этого способа при использовании его для получения оксида изотопнообогащенного кальция являются: - использование для очистки раствора известкового молока, т.к. природный кальций, содержащийся в реактиве, изменит изотопный состав кальция в готовом продукте; - значительные потери кальция при отделении следов примесей.

Известен также способ очистки раствора нитрата кальция (патент РФ 1154206, C 01 F 11/36), включающий обработку раствора смесью перекиси водорода и аммиака и отделения осадка гидроксидов примесей.

Недостатком этого способа является невозможность очистки от примесей магния, алюминия и меди, которые не осаждаются в этих условиях.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения очищенного оксида кальция из концентрата (SU 767031, C 01 F 11/06, 03.04.78), включающий обжиг карбонатного сырья, предварительно выдержанного при 100...800^oС в течение 0,5-1,2 ч и обработанного водным раствором, содержащим хлористый кальций и спирт с последующим отделением и подачей твердой фазы на обжиг.

Недостатками этого способа при использовании его для получения оксида изотопнообогащенного кальция являются следующие: - получить оксид кальция удовлетворительной степени очистки можно лишь при использовании чистого карбонатного сырья, тогда как исходный концентрат для получения оксида изотопнообогащенного кальция содержит значительное количество примесей, которые при использовании указанного способа перейдут в конечный продукт (СаО); - значительные потери кальция при обработке карбонатного сырья, предварительно выдержанного при 500-800^oС, водным раствором за счет растворения оксида кальция, частично образующегося при термообработке карбоната.

Технической задачей изобретения является получение оксида кальция, содержащего минимальное количество примесей при минимальных потерях кальция на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что концентрат растворяют в соляной кислоте, очищают раствор от примесей осаждением оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осадок оксалата кальция отделяют, прокаливают, прокаленный оксалат кальция растворяют при рН 2-3, осаждают и отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, из полученного раствора проводят повторное осаждение кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, оксалат кальция растворяют в кислоте, осаждают из очищенного раствора карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют осадок карбоната кальция и подвергают его термообработке в две стадии при 200-300^oС и 800-850^oС.

Дальнейшее повышение температуры второго этапа термообработки нецелесообразно, так как это не улучшает достигнутых результатов, но повышает затраты электроэнергии.

В заявленном техническом решении предложенный способ очистки раствора обеспечивает эффективное отделение примесей и получение чистого продукта практически без потерь, а условия термообработки позволяют получать оксид кальция, не содержащий примесь карбоната.

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 оксида кальция реализовали следующим образом.

Пример 1.

20 г концентрата, содержащего 1,85 г кальция и значительное количество примесей, в том числе медь, железо, хром, свинец, магний, алюминий и марганец, растворили в НС1 (1:4) при нагревании. К раствору добавили винную кислоту из расчета 15 г/л, аммиак до рН 10-11 и щавелевую кислоту из расчета 2,6 г на 1 г кальция с избытком 10 г/л. После выстаивания раствора с осадком в течение 10-16 часов осадок оксалата кальция отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание кальция. Оно составило меньше 0,2 мг/л. Осадок прокалили при 600^oС и растворили, добавляя к его водной суспензии соляную кислоту до рН 2-3. В растворе осадили сульфиды тяжелых металлов, пропуская газообразный H₂S в течение 30 мин и отфильтровали осадок примесей. К раствору добавили винную кислоту из расчета 5 г/л, аммиак до рН 10-11 и щавелевую кислоту из расчета 10 г/л. После выставления раствора с осадком в течение 10-16 часов осадок оксалата кальция отфильтровали и прокалили при 600^oС, оксалатный фильтрат проанализировали на содержание кальция. Оно составило <0,2 мг/л.

Осадок растворили в НСl, добавляя ее до рН 2-3. К раствору добавили раствор аммиака (1:2), насыщенный карбонатом аммония, до рН 11-12. Раствор с осадком тщательно перемешали и выстояли в течение 10-16 часов. Осадок отфильтровали и проанализировали фильтрат на содержание кальция. Оно составило 2 мг/л.

Термообработку осадка провели сначала при 300^oС в течение 6 часов, а затем при 850^oС в течение 6 часов до постоянного веса. Оксид кальция проанализировали на содержание примесей и карбоната кальция. Содержание примесей составило 0,021%. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 2.

Оксид кальция получали как в примере 1, но вторую стадию термообработки провели при 800^oС.

Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтрах составило 0,2 мг/л и 2,6 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,026%. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 3.

Оксид кальция получали как в примере 1, но вторую стадию термообработки осадка карбоната кальция проводили при 750^oС. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтратах составило <0,2 мг/л и 3,2 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,034%. Содержание карбоната кальция - 0,97%.

Пример 4.

Карбонат кальция получали как в примере 1, но не проводили осаждение сульфидов тяжелых металлов. Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтратах составило <0,2 мг/л и 2,6 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,904%, в том числе 0,877% свинца. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 5.

Оксид кальция получали как в примере 1, но прокаленный осадок оксалата кальция растворили в избытке соляной кислоты до рН 1.

Содержание кальция в оксалатных и карбонатном фильтратах составило <0,2 мг/л и 3,4 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,121%, в том числе 0,091% марганца. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Пример 6.

Оксид кальция получали как в примере 1, но не проводили повторного осаждения оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, отделение осадка, его прокаливание и растворение в соляной кислоте. Содержание кальция в оксалатном и карбонатном фильтратах составило <0,2 мг/л и 2,8 мг/л соответственно. Сумма примесей в оксиде кальция составила 0,162%. Карбоната кальция в полученном продукте не обнаружено.

Предложенный способ получения оксида кальция был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 99,3% изотопнообогащенного кальция в виде оксида со степенью очистки 99,96%.

Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии. Способ пригоден и с экологической точки зрения, так как образующиеся аммиачные фильтраты легко нейтрализуются кислотой.

Формула изобретения

Способ получения оксида кальция из концентрата, отличающийся тем, что концентрат растворяют в соляной кислоте, очищают раствор от примесей осаждением оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, осадок оксалата кальция отделяют, прокаливают, прокаленный оксалат кальция растворяют при рН 2-3, осаждают и отделяют примеси тяжелых металлов в виде сульфидов, из полученного раствора проводят повторное осаждение оксалата кальция в аммиачной среде в присутствии винной кислоты, оксалат кальция растворяют в кислоте, осаждают из очищенного раствора карбонат кальция раствором аммиака, насыщенным карбонатом аммония, отделяют осадок карбоната кальция и подвергают его термообработке в две стадии при 200-300^oС и 800-850^oС.