CC BY
57
Раздел 3 ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 622.341; 669.162
С.П. Клочковский, А.П. Лаптев, А.Н. Смирнов
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
КИНЕТИКА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ОКСИДА МАГНИЯ ИЗ ПРОДУКТОВ ОБЖИГА ВЫСОКОМАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИДЕРИТОВ
Введение
Основным рудообразующим минералом сидеритов с высоким содержанием оксида магния (сидероплезиты) является изоморфная смесь карбонатов железа, магния и незначительные количества марганца. Такие руды ограниченно используются в доменном процессе из-за относительно низкого содержания железа (в среднем 29%) и высокого содержания в них оксида магния (10 -15%).
Практически приемлемым направлением в получении продукта с малым содержанием оксида магния является структурное разрушение методами пиро- и гидрометаллургии. Другие технологии по удаление оксида магния из руд Бакальского месторождения, такие как пенная флотация, гравитационное обогащение, различные виды магнитной сепарации малоэффективны. Причина заключается в том, что кристаллические решетки как карбонатов, так и оксидов железа и магния изоморфны.
Первое направление - это высокотемпературный восстановительный обжиг, приводящий к выделению железа в самостоятельную фазу [1]. Однако это направление, в настоящее время, не является рентабельным. Химическое обогащение руды или продукта ее термического разложения (выщелачивание) должно основываться на применении способа (реагента), обеспечивающего селективное извлечение одного из компонентов. Способы выщелачивания оксида магния с использованием сильных минеральных кислот (H2SO4, HCl, HNO3) не пригодны как с экономической, так и экологической точки зрения. Использование же слабой угольной
кислоты обеспечивает селективное извлечение оксида магния и не приводит к возникновению проблем, связанных с применением сильных кислот [2].
Цель данной работы - изучение влияния различных факторов на кинетику выщелачивания оксида магния раствором угольной кислоты. Объектом исследований являлись продукты обжига высокомагнезиальных сидеритов (Бакальское месторождение), химический состав которых приведен в таблице.
Характеристика сидеритовых руд, химический состав, %
Проба Элемент
Ре РеО Ре2О3 бю2 А12О3 СаО МдО МпО п.п.п.*
Партия а 30,1 34,6 4,6 7,4 3,4 3,7 10,6 1,3 33,1
Партия б 29,3 37,1 0,7 2,5 1,0 5,3 12,0 1,1 35,8
Партия В 27,4 34,0 1,4 3,2 1,1 7,3 12,9 1,05 35,9
* Потери при прокаливании.
Методика эксперимента
Магнетизирующий обжиг бакальских сидероплезитов проводили в условиях, предотвращающих поступление атмосферного кислорода, при температуре 500-650°С в течение времени, достаточного для разложения карбонатов железа и магния. После магнитной сепарации извлеченную магнитную фракцию (КОС) дробили до крупности частиц не более 0,5 мм и выщелачивали из нее оксид магния раствором угольной кислоты [3-5]. Суммарно процесс выщелачивания может быть описан уравнением
(МдО) +Н2О + 2 СО2 ^Мд(ИСОз)2
Изучение влияние различных факторов на скорость выщелачивания оксида магния проводили методом построения кинетических кривых в координатах степень извлечения оксида магния -время. Было установлено, что наличие бикарбоната магния в растворе до 8 г/л (в пересчете на МдО) не влияет на скорость выщелачивания. Это позволяет при обработке данных не учитывать влияние накопления бикарбоната магния в растворе на кинетику процесса.
На рис. 1 приведены кинетические кривые процесса выщелачивания оксида магния из КОСа при давлениях С02 от 1 до 2,5 атм и температуре 295 К. Анализ хода этих кривых показывает,
что при степенях извлечения МдО до 20% скорость накопления бикарбоната магния в растворе примерно пропорционально давлению С02, а следовательно, и концентрации угольной кислоты в растворе. При увеличении степени извлечения МдО порядок реакции по С02 имеет тенденцию к росту.
Кинетические кривые при различных температурах показаны на рис. 2. Обработка этих кривых позволила оценить эффективную энергию активации процесса выщелачивания, при разных степенях извлечения МдО (рис.3). Среднее значение энергии активации, примерно 45 кДж/моль, позволяет сделать вывод, что при данных условиях процесс протекает в кинетической области. Показано, что скорость выщелачивания МдО примерно пропорциональна степени дисперсности порошка КОСа (размер частиц от 10 до 300 мкм).
Рис.1. Кинетические кривые Рис. 2. Кинетические кривые процесса выщелачивания процесса выщелачивания МдО оксида магния из КОСа при различных температурах
при различных давлениях С02 (295 К)
Рис. 3. К определению порядка реакции по содержанию С02 в растворе при разных степенях извлечения МдО. Зависимость скорости извлечения (ЬпУ) от давления (ЬпР)
Установленные закономерности влияния различных факторов на кинетику извлечения оксида магния угольной кислотой будут использованы при проведении полупромышленных испытаний и, вероятнее всего, будут справедливы и для таких объектов, как доломит, пистомезит и магнезит.
Выводы:
1. Практически до насыщения раствора бикарбонатом магния его содержание мало влияет на скорость выщелачивания.
2. Порядок реакции по С02, в начальный период, близок к 1, но имеет тенденцию к росту при увеличении степени извлечения MgO.
3. Среднее значение энергия активации процесса выщелачивания составляет примерно 45 кДж/моль, что соответствует протеканию процесса в кинетической области реагирования.
4. Скорость выщелачивания пропорциональна величине дисперсности порошка КОС.
Список литературы
1. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Леонтьев Л.И., Ватолин H.A., Шаврин С.А., Шумаков Н.С. М.: Металлургия, 1997. 432 с.
2. Комплексная переработка сидеритовых руд с высоким содержанием оксида магния / Бессмертных A.C., Бигеев В.А., Клочковский С.П., Смирнов А.Н. // Сборник материалов VIII конгресса обогатителей стран СНГ. Т.1. М.: МИСиС, 2011. С.70-72.
3. Thermodynamic and Kinetic Study of Leaching Magnesia from Natural Magnesites by Carbon Dioxide. S. Klochkovskii , A. Smirnov , U. Shabalina. Defect and Diffusion Forum Vols. 309-310 (2011) pp. 261-264.
4. The Principles of Processing Siderite Ores with a high Magnesium Oxide Content. S. Klochkovskii, A. Smirnov. Defect and Diffusion Forum Vols. 326-328 (2012) pp. 111-114.
5. Колокольцев B.M., Бигеев В.А., Клочковский С.П., Смирнов А.Н., Бессмертных A.C. Применение методов пиро и гидрометаллургии для переработки сидеритовых руд с высоким содержанием оксида магния // Горный журнал. Черные металлы. Спец. вып. 2012. С. 22 - 24.
