Способ извлечения марганца из марганецсодержащего сырья
Владельцы патента RU 2484161:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" (RU)
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам извлечения марганца из марганецсодержащих материалов, содержащих карбонаты и оксиды марганца (Mn2+ и Mn3+). Способ переработки марганцевых оксидных материалов, содержащих разновалентные оксиды марганца, включает выщелачивание измельченного сырья водным раствором серной кислоты в присутствии сульфата двухвалентного железа, фильтрацию, осаждение железа с последующим выделением марганца из продукционного раствора. При этом выщелачивание осуществляют с добавлением восстановителя в виде железа металлического или сульфата железа (Fe2+) при температуре 60-95°С, продолжительности 60-300 мин. Выщелачивание ведут при начальной концентрации H2SO4 в выщелачивающем растворе до 100 г/дм3 и конечной кислотности в продукционном растворе по водородному показателю рН<2. Техническим результатом является повышение извлечения марганца в раствор из перерабатываемого сырья за счет разработки режимов гидрометаллургической переработки. 1 табл.
Способ переработки марганцевых оксидных материалов, содержащих разновалентные оксиды марганца, включающий, выщелачивание измельченного сырья водным раствором серной кислоты в присутствии сульфата двухвалентного железа, фильтрацию, осаждение железа с последующим выделением марганца из раствора, отличающийся тем, что процесс осуществляют с добавлением восстановителя в виде железа металлического или сульфата железа (Fe2+) при температуре 60-95°С, продолжительности 60-300 мин и начальной концентрации H2SO4 в выщелачивающем растворе до 100 г/дм3 и конечной концентрации кислоты в продукционном растворе по водородному показателю рН<2.
Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к способам извлечения марганца из марганецсодержащих материалов, содержащих карбонаты и оксиды марганца (Mn2+ и Mn3+).
Известен способ переработки марганецсодержащего сырья с получением раствора сульфата марганца при выщелачивании сырья в растворах серной кислоты, взятой в стехиометрическом содержании по отношению к растворимым компонентам марганецсодержащего сырья, при температуре 75,5°С с подачей в раствор горячего сернистого газа, получаемого от обжига серного колчедана сернокислотного производства. Очистку растворов от примесей ведут отдувкой воздухом из пульпы остаточного содержания SO2 с последующим осаждением примесей щелочносоставляющими компонентами при рН 4,5-7,0 и температуре 40-70°С. В результате получены марганецсодержащие растворы [1. Патент №2082797 (Россия). Опубликовано: 27.06.1997. Щепкин А.А., Бубунов В.К. Барнов В.М. и др.]. Данный способ реализован на ПО «Целинный горно-химический комбинат», Казахстан.
Известен способ переработки бедных марганцевых руд, например, морских железо-марганцевых конкреций с повышенным содержанием фосфора и кремния включающий в себя термохимическую обработку сырья хлористым аммонием в соотношении хлористого аммония к марганцу в руде (2,0-2,5), при температуре 150-400°С с получением хлорида марганца, которые в последствии выщелачиваются водой, и газов, содержащих аммиак, направляемые для получения хлорида аммония. Растворы, полученные от водного выщелачивания, очищаются от железа, кремния и фосфора, направляются на электролиз для извлечения марганца. Полученный марганцевый концентрат используется для получения ферромарганца [2. Патент №2174156 (Россия). Опубликовано: 27.09.2001. Хвостов В.П., Чистов Л.Б., Малов Е.И. и др.].
Известен способ переработки марганцевых руд, железомарганцевых конкреций и отходов различных производств сернокислым методом, заключающийся в выщелачивании марганецсодержащего сырья в растворах серной кислоты в 77-98% стехиометрическом соотношении кислоты, необходимой на связывание марганца в сульфат в присутствии восстановительного раствора, содержащего сульфит-ион. При этом в качестве восстановительного раствора предлагается использовать бисульфитный раствор калия с концентрацией 20-40%, имеющего рН 5,2-6,0 [3. Патент №2223340 (Россия). Опубликовано: 10.02.2004. Носенков А.Н., Трунев С.В., Дмитревский Б.А., Треущенко Н.Н.].
Недостатками выше указанных способов является их неэкологичность (использование SO2, NH3), низкая экономическая эффективность (применение дорогостоящего автоклавного процесса при Т=150-400°С и дорогостоящих реактивов, в том числе бисульфита калия), получаемые конечные марганцевые концентраты пригодны для использования в черной металлургии для выплавки ферромарганца, что говорит об их недостаточной чистоте.
Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения марганца из руд и продуктов их обогащения, включающий выщелачивание измельченного сырья раствором серной кислоты в присутствии сульфата двухвалентного железа, фильтрацию, осаждение железа с последующим выделением марганца из раствора [4. С.И.Хитрик и др. «Получение низкофосфористых марганцевых концентратов». - Киев: Техника. 1969, с.164-166].
Недостатком известного способа, по совокупности признаков являющегося прототипом предлагаемого изобретения, является отсутствие оптимальных режимов выщелачивания, обеспечивающих максимальное извлечение марганца в раствор из оксидного и карбонатного сырья.
Техническим результатом является повышение извлечение марганца в раствор из перерабатываемого сырья за счет разработки и усовершенствования режимов гидрометаллургической переработки.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки марганцевого сырья, содержащего разновалентные карбонаты марганца, включающем выщелачивание измельченного сырья водным раствором серной кислоты в присутствии сульфата двухвалентного железа, фильтрацию, осаждение железа с последующим выделением марганца из раствора, при этом процесс выщелачивания осуществляют с добавлением восстановителя в виде железа металлического или сульфата железа (Fe2+) при температуре 60-95°С, продолжительности 60-300 мин и начальной концентрации H2SO4 в выщелачивающем растворе до 100 г/дм3 и конечной концентрации кислоты в продукционном растворе по водородному показателю рН<2.
Благодаря оптимизации температуры растворов и времени, достигается повышение активность химических превращений и полнота протекания химических реакций с восстановительными добавками.
Добавки в виде железа металлического или сульфата железа (Fe2+) способствуют ускоренному восстановлению марганца в кислоторасворимую форму (1, 2, 3).
В опытах использовалось техногенное сырье, как отход от переработки комплексных руд.
Сырье выщелачивали раствором серной кислоты с начальной концентрацией до 100 г/дм3 при Т/Ж=1/3 в течение 1-5 часов при температуре 25-95°С с добавлением железа металлического и сульфата железа (Fe2+) для восстановления Mn3+→Mn2+.
Результаты 6 серий опытов представлены в таблице.
| Результаты опытов по выщелачиванию марганца. | |||||
| № серии | Время, ч | Температура, °С | рН | Используемый реагент | Извлечение Mn в раствор, % |
| 1 | 1 | 25 | 0,9 | Fe | 80,30 |
| 3 | 25 | 1,33 | Fe | 81,98 | |
| 3 | 25 | 1,31 | Fe | 80,36 | |
| 5 | 25 | 1,2 | Fe | 75,29 | |
| 5 | 25 | 1,3 | Fe | 81,28 | |
| 2 | 1 | 25 | 0,99 | FeSO4 | 74,84 |
| 1 | 25 | 0,98 | FeSO4 | 73,15 | |
| 3 | 25 | 0,84 | FeSO4 | 76,31 | |
| 3 | 25 | 0,88 | FeSO4 | 73,20 | |
| 5 | 25 | 0,99 | FeSO4 | 72,38 | |
| 5 | 25 | 1,01 | FeSO4 | 73,23 | |
| 3 | 1 | 60 | 0,8 | Fe | 80,38 |
| 1 | 60 | 0,74 | Fe | 80,51 | |
| 3 | 60 | 0,93 | Fe | 84,43 | |
| 3 | 60 | 0,91 | Fe | 84,92 | |
| 5 | 60 | 1,36 | Fe | 81,02 | |
| 5 | 60 | 1,32 | Fe | 81,28 | |
| 4 | 1 | 60 | 1,33 | FeSO4 | 83,44 |
| 1 | 60 | 1,28 | FeSO4 | 73,84 | |
| 3 | 60 | 1,9 | FeSO4 | 68,10 | |
| 3 | 60 | 1,93 | FeSO4 | 68,10 | |
| 5 | 60 | 0,65 | FeSO4 | 73,87 | |
| 5 | 60 | 0,61 | FeSO4 | 73,92 | |
| 5 | 1 | 95 | 1,94 | Fe | 84,1 |
| 5 | 95 | 0,9 | Fe | 86,70 | |
| 5 | 95 | 0,87 | Fe | 84,37 | |
| 6 | 1 | 95 | 0,97 | FeSO4 | 72,52 |
| 5 | 95 | 0,92 | FeSO4 | 73,34 |
По результатам опытов можно судить о том, что извлечение марганца в раствор увеличивается с повышением температуры и увеличением времени выщелачивания. Максимально достигнутое извлечение - 86,7% было в 5-й серии опытов при температуре 95°С и времени выщелачивания 5 часов с добавлением Feмет. При добавлении FeSO4 наилучшее выщелачивание достигнуто в 4-й серии опытов при температуре 60°С и времени выщелачивания 1 час и составило 83,44%.
При выходе за температурные и временные показатели процесса и в отсутствии восстановительных добавок происходит снижение извлечения марганца до уровня 50%.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает высокое извлечение марганца, достигающее 86,7%.
Способ переработки марганцевых оксидных материалов, содержащих разновалентные оксиды марганца, включающий выщелачивание измельченного сырья водным раствором серной кислоты в присутствии сульфата двухвалентного железа, фильтрацию, осаждение железа с последующим выделением марганца из продукционного раствора, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют с добавлением восстановителя в виде железа металлического или сульфата железа (Fe2+) при температуре 60-95°С, продолжительности 60-300 мин и начальной концентрации H2SO4 в выщелачивающем растворе до 100 г/дм3 и конечной кислотности в продукционном растворе по водородному показателю рН<2.
