Изучение возможности переработки серпентинито-магнезитового сырья Халиловского месторождения на сульфат магния Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК661.311.12

Д. С. Широян, И. В. Громова, Р.А. Элжиркаев

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1 *e-mail: [email protected]

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕРПЕНТИНИТО-МАГНЕЗИТОВОГО СЫРЬЯ ХАЛИЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА СУЛЬФАТ МАГНИЯ

Изучена и показана возможность переработки серпентинитомагнезитового сырья Халиловского месторождения на сульфат магния. Рассмотрена возможность осуществления процесса на оборудовании производства борной кислоты ОАО «Криолит». Показано, что для его реализации на данном производстве необходимо изменить аппаратурное оформление стадии фильтрования.

Ключевые слова: сернокислотная переработка; магния сульфат; серпентинит; серпентинитомагнезит.

Серпентинитовая руда Халиловского месторождения состоит из серпентина, магнезита, кальцита, магнетита и хромита. Соотношение минералов в руде может изменяться в весьма широких пределах, вследствие чего существенно варьируется и химический состав руды (табл. 1 и 2).

Таблица 1

Химический состав СМН

Таблица 2 Минералогический состав СМН

№ п/п Компонент Содержание в руде, %масс.

1 MgO 37.1 -40,5

2 SiO 2 28 -39,5

3 CaO 0.6 -2,8

4 Fe O 2 3 -

5 Fe общ 3.6 -8

6 Cr O 2 3 0.2 -0,5

7 М O 2 3 0.4 -4,0

8 МпО 0 -0,15

9 №0 0.16-0,3

10 ^0 гигр. 3.3 -7,5

11 П.П.П. 2.6-21

№ Название минерала Формула Содерж ание, % масс

1 Серпенти н 3MgO•2SiO2•2H2O 55-90

2 Кальцит СаСОз 1,2-2,6

3 Хромит FeCr2O4 0,4-0,8

4 Магнетит FeFe2O4 2-3

5 Магнезит MgС0з 5-40

Таблица 3

№ п/п Наименование показателя Содержание, % масс.

1 MgO Не менее 35

2 БЮ2 Не менее 30

3 CaO Не более 2

4 Fe20з Не более 5

5 п.п.п. Не более 18

В настоящее время при разработке Халиловского месторождения серпентинитового сырья выпускается серпентинитомагнезит (СМН), который должен отвечать требованиям ТУ, представленным в таблице 3.

СМН используется в качестве сравнительно дешевого наполнителя в ряде отраслей. Вместе с тем экономически более эффективной может явиться его переработка на более ценные технические продукты, в т.ч. на сульфат магния.

Получение сульфата магния из СМН основано на его сернокислотном вскрытии, протекающем по следующим реакциям:

1. 3MgO*2SiO2*2H2O+3H2SO4+2H2O =3MgSO4 + 2Н2Si0з+5Н20

2. CaCOз+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O

3. Cr2Oз+3H2SO4=Cr2(SO4)з+3H2O

4. FeO+H2SO4=FeSO4+H2O

5. Fe2Oз+3 H2SO4=Fe2(SO4)з+ 3H2O

Принципиальная технологическая схема получения сульфата магния из СМН показана на рисунке 1.

смн

Серная кислота

Таблица 4

Вода - Разложение

Пульпа

Фильтрование пульпы

Основной фильтрат

Кристаллизация

Суспензия 1

Фильтрование

Влажные кристаллы

Сушка

Шлам в отвал

Маточный раствор

Пары воды

Мё304*7Н:0 Рис. 1. Принципиально-технологическая схема получения сульфата магния

Для реализации этого процесса представляет интерес использование

оборудования простаивающего цеха борной кислоты близлежащего предприятия - ОАО "Криолит" (ОАО «Южно-Уральский криолитовый завод» г. Кувандык), который осуществлял переработку индерских боромагниевых руд на борную кислоту и сульфат магния.

Технологический процесс производства борной кислоты состоит из стадий сернокислотного разложения сырья,

фильтрования пульпы и отмывки шлама, кристаллизации борной кислоты и сульфата магния.

Целью работы явилось изучение возможности сернокислотной переработки серпентенито-магнезита Халиловского

месторождения на сульфат оборудовании, находящемся в кислоты.

В опытах использовали образец СМН, для которого был определён химический состав и рассчитан минералогический состав (таблица 4 и 5). В целом он отвечал требованиям ТУ.

Параметры сернокислотного разложения и ряда других стадий были выбраны, исходя из параметров процесса получения борной кислоты (таблица 6).

Реализация этих параметров проводилась при различной норме серной кислоты. Результаты опытов представлены в таблице 7.

№ п/п Компонент ТУ[1], % масс. Содержание в образце, % масс.

1 MgO > 35 36,1

2 &О2 > 30 35,1

3 CaO < 2 2,07

4 Fe2Oз < 5 4,52

5 Fe общ - -

6 &2О3 - 0,63

7 Н2О гигр. - 3,01

Таблица 5

Минералогический состав образца СМН

№ п/п Название минерала Формула Содержание,0/» масс.

1 Серпентин 3 М§0-2 SiO2 2 Н2О 89,2

2 Кальцит СаСО3 4,09

3 Хромит FeCr2O4 1,02

4 Магнетит FeFe2O4 3,88

5 Магнезит М§СО3 1,82

Таблица 6

Условия сернокислотного разложения сырья в цехе борной кислоты (ЦБК) и в лабораторных

магния на цехе борной

Параметры Значения

ЦБК Лабораторные

Температура процесса сернокислотного разложения, оС 90 90

Соотношение Ж:Т в пульпе 2:1 4:1

Время разложения, ч 3 3

Время фильтрования суспензии и промывки шлама, мин 2

Температура процесса кристаллизации, оС 1525 20

Найдено, что сернокислотным разложением СМН можно добиться высокого извлечения магния в раствор, последующая переработка которого на сульфат магния не представляет сложностей. Однако время фильтрования полученной пульпы и отмывки шлама оказалось весьма значительным и существенно превышает возможности

имеющегося фильтровального оборудования в цехе борной кислоты. Для решения этой проблемы требуется изменение аппаратурного оформления стадии фильтрования и промывки или проведение процесса в ином режиме.

Отмечено, что с повышением рН скорость фильтрования увеличивается (таблица 9). Поэтому в качестве одного из вариантов было предложено провести процесс при добавлении в продукционную пульпу каустического магнезита,

химический состав которого представлен в таблице 8.

Принципиально технологическая схема получения сульфата магния в данном случае будет иметь несколько иной вид, представленный на рисунке 2.

Таблица 7 Показатели отдельных опытов и стадий при различной норме серной кислоты

№ опыта Показатели

Расход серной кислоты (% от нормы.) Степень извлечения М§0, % Время фильтрования, мин рН фильтрата Влажность осадка (% масс.) Масса полученных кристаллов, г

До «зеркала» До последней капли

1 190 98 5 25 - 0,41 70 17

2 105 96 2,5 10 0,14 62,5 8

3 100 94 2 20 1,19 66 7,79

4 85 73 1 17 1,46 62,5 -

Таблица 8

Компонент Содержание, % масс.

М§0 78,4

СаО 3,0

13,6

2,9

п.п.п. 1,8

России нет регламентируемых ГОСТом значений для сульфата магния нереактивной квалификации. В связи с этим, для нашего продукта потребуется разработка нового ТУ.

Таблица 9

Показатели отдельных опытов и стадий

Расход каустического магнезита Время фильтрования, мин рН фильтра та

До зеркала До последней капли

2,8 1,5 9 6,3

2,3 2 8 6,2

1,5 3 10 0,76

Таблица 10

Показатели качества полученного сульфата магния

Рис. 2. Принципиально-технологическая схема получения сульфата магния

В ходе лабораторных исследований был получен сульфат магния, который имеет следующие показатели качества( табл.10).

Выход продукта без возврата маточного раствора в цикл составил 23%. Как видно из таблицы, полученный сульфат магния имеет повышенное содержание сульфата железа. С целью улучшения показателей качества было произведено обогащение исходного СМН [2]. В этом случае содержание железа в сульфате магния снижается до 0.17% масс. На данный момент в

Наименование показателей MgS04

Внешний вид Кристаллический порошок белого цвета

Массовая доля МgS0 ■ 7 Н О, %, 2

в пересчете: на, МgS0 ,%, 4 54,0

- на МgО, %, - на Мg, %, 17,8 10,7

Массовая доля железа, Ре, % 0,7

Выводы

Изучена возможность переработки серпентинит-магнезитового сырья Халиловского

месторождения на сульфат магния применительно к цеху борной кислоты на ОАО «Криолит». Найдено, что сернокислотным разложением СМН можно добиться высокого извлечения магния в раствор. Последующая переработка раствора на сульфат магния не представляет сложностей.

Однако время фильтрования полученной пульпы и отмывки шлама оказалось весьма значительным и существенно превышает возможности

имеющегося фильтровального оборудования в цехе борной кислоты. Решением проблемы может явиться изменение аппаратурного оформления стадии фильтрования и промывки в цехе борной кислоты на ОАО «Криолит». Полученный сульфат

магния может найти практическое применение в сельском хозяйстве.

Анализы химического состава сырья и продуктов переработки выполнены на оборудовании Центра коллективного пользования РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Широян Дмитрий Сергеевич - студент кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Громова Ирина Вячеславовна - студентка кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Элжиркаев Руслан Алданович - студент кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Список использованной литературы

1. ТУ 5716-001-23860774-2009. Серпентинитомагнезит Халиловского месторождения. г. Новотроицк. 2009. 8 с.

2. Громова И. В., Широян Д. С.,В .А. Зентинов / Изучение возможности переработки серпентинит-

магнезитового сырья халиловского месторождения на дисперсный диоксид кремния// Успехи в химии и химической технологии. Том XXVIII. 2014. Вып.8 (148).С.*-*

Shiroyan Dmitriy Sergeevych*, Gromova Irina Vyacheslavovna, ElzhirkaevRuslan Aldanovich D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.

*e-mail:[email protected]

STUDY OPPORTUNITIES FOR PROCESSING SERPENTINE-MAGNESITE ORE DEPOSIT KHALILOVSKIJ OVER MAGNESIUM SULPHAT

Abstract

Studied and the possibility of processing serpentine-magnesite raw Khalilovo field, consider the possibility of the process technology of boric acid. It is shown that for the processing of raw materials can not be used in existing equipment. The variants of hardware design technology.

Keywords: sulfuric acid processing; magnesium sulfate; serpentinite; serpentenito-magnesite