СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ


RU (11) 2149908 (13) C1

(51) 7 C22B3/10, C22B34/12, C22B34/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 98119910/02 
(22) Дата подачи заявки: 1998.11.03 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1998.11.03 
(45) Опубликовано: 2000.05.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Мурач Н.Н. и др. Сборник научных трудов. Ин-т цветных металлов им.М.И.Калинина, 1963, N 35, с. 171 -174. Реферативный журнал Химия, 1976, Реферат N 15 Л 108 П. DE 1767449 В2, 23.10.1975. US 3518054, 30.06.1970. DE 1278418 B2, 06.05.1970. US 4321236, 23.03.1982. 
(71) Заявитель(и): Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук 
(72) Автор(ы): Скиба Г.С.; Коровин В.Н.; Воскобойников Н.Б.; Калинников В.Т.; Захаров В.И.; Носова Л.А.; Савельев Ю.А.; Козин Н.И. 
(73) Патентообладатель(и): Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук 
Адрес для переписки: 184200, Мурманская обл., г. Апатиты, ул. Ферсмана, 14, КНЦ РАН ИХТРЭМС, патентный отдел 

(54) СПОСОБ РАЗЛОЖЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО И ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ 

Изобретение относится к технологии минерального и техногенного сырья, которое используется для получения соединений титана, ниобия, тантала и редкоземельных элементов. Сущность изобретения заключается в том, что исходное сырье обрабатывают в герметичных условиях соляной кислотой с концентрацией 35,5-40% при Т:Ж=1:3,4-20,0 и температуре 75-100°С. В качестве исходного сырья используют лопарит, ильменит, сфен, перовскит, титаномагнетит и ниобат лития. Обработку осуществляют при начальном давлении 0,2-0,5 МПа. Кроме того, процесс ведут в режиме противотока. Способ позволяет снизить энергоемкость процесса за счет снижения температуры обработки при обеспечении высокой степени извлечения в раствор ценных компонентов, а также упростить аппаратурное оформление процесса. 3 з.п. ф-лы. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Настоящее изобретение относится к технологии минерального и техногенного сырья, которое используется для получения соединений титана, ниобия, тантала и редкоземельных элементов.

Известен способ разложения минерального и техногенного сырья, в частности перовскитового концентрата (см. патент Германии N 285083, МПК C 01 G 23/04, 1990), путем обработки 20-30%-ной соляной кислотой или 40-48%-ной азотной кислотой при 160-200oC в течение 1,0-2,5 часов в автоклаве.

Известен способ разложения минерального и техногенного сырья, в частности ильменитового концентрата (см. Белякова Е.П., Двернякова А.А.Разложение ильменитового концентрата соляной кислотой //Укр.хим.ж. 1963, 29, N 6, 633-636), путем обработки 20%-ной соляной кислотой при температуре 220oC в автоклаве.

Недостатками указанных способов являются высокая температура разложения, повышенная энергоемкость и сложность аппаратурного оформления.

Известен способ разложения минерального и техногенного сырья, в частности метаниобата лития (см. Кулифеев В.К., Мякишева Л.В. Разработка комплексной технологии утилизации ниобия и лития из отходов и брака производства монокристаллов ниобата лития // 2-ой международный симпозиум - Проблемы комплексного использования руд, 19-24 мая 1996 г., С.-Петербург, с.337), путем спекания с незначительным избытком карбоната лития при температуре 700-725oC с получением ортониобата лития, который разлагают соляной кислотой.

Недостатком способа является необходимость высокотемпературного спекания метаниобата лития с избытком карбоната лития, что приводит к дополнительным энергетическим расходам, делает процесс многооперационным и требует подбора материала, стойкого к соединениям лития, агрессивным при высоких температурах.

Известен также способ разложения минерального и техногенного сырья, в частности лопаритового концентрата (см. Мурач Н.Н., Поведская Л.Г., Кулифеев В. К. Сборник научных трудов. Ин-т цвети. мет. им. М.И.Калинина. 1963, N 35, 171-174), путем обработки 35%-ной соляной кислотой в автоклаве при Т:Ж = 1: 4,75 и температуре 110-120oC в течение 4 часов. Перед обработкой концентрат измельчают до крупности 740 мкм. Для более активного воздействия кислоты в автоклав загружают фарфоровые шары. Извлечение ценных компонентов концентрата в раствор составляет 95-97%. Выход твердого остатка не превышает 8-10%.

Недостатками способа являются повышенная температура процесса, недостаточно полная степень извлечения ценных компонентов, реализация процесса в автоклаве, что усложняет его аппаратурное оформление.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи снижения энергоемкости процесса и упрощения его аппаратурного оформления при обеспечении высокой степени извлечения в раствор ценных компонентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе разложения минерального и техногенного сырья, содержащего металл, выбранный из группы, включающей ниобий, тантал, титан, путем обработки исходного сырья в герметичных условиях концентрированной соляной кислотой при нагревании и перемешивании, обработку сырья ведут соляной кислотой с концентрацией 35,5-40% при температуре 75-100oC.

На решение поставленной задачи направлено также то, что в качестве исходного сырья используют лопарит, ильменит, сфен, перовскит, титаномагнетит и ниобат лития.

Решение поставленной задачи достигается и тем, что обработку осуществляют при начальном давлении 0,2 - 0,5 МПа.

Поставленная задача решается также тем, что процесс ведут в режиме противотока.

Повышение концентрации кислоты более 35,5% позволяет снизить температуру разложения без ущерба для степени извлечения ценных компонентов и продолжительности процесса. Верхний предел концентрации 40% определяется растворимостью соляной кислоты. При понижении концентрации менее 35,5% увеличиваются материальные потоки и снижается степень извлечения ценных компонентов в раствор.

Проведение обработки в герметичных условиях обеспечивает использование кислоты без потерь на взаимодействие с сырьем.

Повышение температуры более 100oC усложняет аппаратурное оформление процесса. Снижение температуры менее 100oC упрощает выбор конструкционных материалов и способа нагрева, а также снижает энергозатраты, однако при понижении температуры менее 75oC уменьшается степень извлечения в раствор.

В выбранном температурном интервале начальное давление не превышает 0,5 МПа. Нижний предел давления 0,2 МПа определяется содержанием остаточной соляной кислоты и температурой процесса.

Ведение процесса в режиме противотока позволяет в заявленном интервале концентраций и температур достичь 99%-ного извлечения всех ценных компонентов и их максимальной концентрации в продукционном растворе.

Сущность и преимущества предлагаемого способа могут быть пояснены следующими Примерами.

Пример 1. 5 г лопаритового концентрата с крупностью частиц 50 мкм, имеющего состав, мас.%: TiO2 46,30; сумма РЗЭ 26,19; SrO 2,20; Nb2O5 6,16; Ta2O5 0,47; CaO 5,40; K2O 1,80; SiO2 2,10; Fe2O3 0,6; ThO2 0,63; нерастворимые в соляной кислоте минералы (эгирин, полевой шпат) 4,80, обрабатывают в герметичных условиях 37%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 100oC в течение 6 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 0,39 г. Степень извлечения для растворимых в соляной кислоте компонентов составляет 96,8%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 85,40; сумма РЗЭ 48,30; Nb2O5 11,40; Ta2O5 0,80.

Пример 2. Обрабатывают лопаритовый концентрат по Примеру 1, но при 90oC и давлении в начале процесса 0,5 МПа. Вес остатка 0,33 г. Степень извлечения 98,1%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 86,50; сумма РЗЭ 48,90; Nb2O5 11,50; Ta2O5 0,90.

Пример 3. Обрабатывают лопаритовый концентрат по Примеру 1, но при 75oC. Вес остатка 0,77 г. Степень извлечения 88,9%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 78,30; сумма РЗЭ 44,30; Nb2O5 10,40; Ta2O5 0,80.

Пример 4. Обрабатывают лопаритовый концентрат по Примеру 1, но при Т:Ж= 1: 4 и температуре 90oC. Вес остатка 0,42 г. Степень извлечения 96,3%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 106,00; сумма РЗЭ 59,90; Nb2O5 14,10; Ta2O5 1,10.

Пример 5. Обрабатывают лопаритовый концентрат по Примеру 1, но при 90oC в течение 4 часов. Вес остатка 0,45 г. Степень извлечения 95,7%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 84,30; сумма РЗЭ 47,70; Nb2O5 11,20; Ta2O5 0,85.

В Примере 6 осуществляют кислотную обработку суммы нерастворимых остатков, образовавшихся при осуществлении способа по Примерам 1-5, т.е. используют режим противотока, дополнительно повышая степень извлечения.

Пример 6. 2,36 г нерастворимых остатков, полученных по Примерам 1-5, обрабатывают 37%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:7, температуре 75oC в течение 4 часов. Давление в начале процесса 0,2 МПа. Вес нерастворимого остатка 0,68 г. Кристаллооптическим анализом в остатке найдены только зерна эгирина. Степень извлечения 71%. В результате повторной обработки соляной кислотой в режиме противотока достигается практически полное извлечение ценных компонентов в раствор.

Пример 7. 5 г перовскитового концентрата с крупностью частиц 100 мкм, имеющего состав, мас.%: TiO2 53,0; сумма РЗЭ 2,0; (Nb,Ta)2O5 0,8; CaO 36,0; SiO2 4,2; Fe2O3 2,0; FeO 0,9; нерастворимые в соляной кислоте минералы (метасиликаты, оливин) 12,0, обрабатывают в герметичных условиях 39%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 100oC в течение 7,5 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 0,64 г. Степень извлечения для растворимых в соляной кислоте компонентов составляет 99,0%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 92,0; (Nb,Ta)2O5 1,4; CaO 62,7.

Пример 8. Обрабатывают перовскитовый концентрат по примеру 7, но 38%-ной соляной кислотой при Т: Ж=1:3,4 и температуре 95oC в течение 8 часов. Вес остатка 0,88 г. Степень извлечения 94,0%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 87,3; (Nb,Ta)2O5 1,3; CaO 59,3.

Пример 9. Обрабатывают перовскитовый концентрат по примеру 7, но 40%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 90oC в течение 6 часов. Вес остатка 0,69 г. Степень извлечения 98,3%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 91,3; (Nb,Ta)2O5 1,38; CaO 62,0.

Пример 10. Обрабатывают перовскитовый концентрат по примеру 9, но при Т: Ж=1:4. Вес остатка 0,80 г. Степень извлечения 95,5%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 88,7; (Nb,Ta)2O5 1,34; CaO 60,2.

Пример 11. 5 г сфенового концентрата с крупностью частиц 250 мкм, имеющего состав, мас. %: TiO2 33,1; сумма РЗЭ 0,5; CaO 24,9; SiO2 30,0; Fe2O3 1,6-3,6; нерастворимые в соляной кислоте компоненты 30,0, обрабатывают в герметичных условиях 38%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 95oC в течение 4 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 1,55 г. Степень извлечения для растворимых в соляной кислоте компонентов составляет 98,4%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 45,7; CaO 34,3.

Пример 12. Обрабатывают сфеновый концентрат по примеру 11, но при температуре 75oC в течение 6 часов. Вес остатка 2,00 г. Степень извлечения 85,7%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 39,7; CaO 29,9.

Пример 13. 5 г ильменитового концентрата с крупностью частиц 70 мкм, имеющего состав, мас.%: TiO2 46,0; Fe2O3 5,0; FeO 35,0; SiO2 6,0; MgO 2,0; нерастворимые в соляной кислоте компоненты 6,0, обрабатывают в герметичных условиях 38%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 95oC в течение 5 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 0,29 г. Степень извлечения для растворимых в соляной кислоте компонентов составляет 99,0%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 86,6; Fe2O3 9,4; FeO 65,9.

Пример 14. Обрабатывают ильменитовый концентрат по примеру 13, но 35,5%-ной соляной кислотой. Вес остатка 0,54 г. Степень извлечения 94,9%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 82,0; Fe2O3 8,8; FeO 62,5.

Пример 15. 5 г титаномагнетитового концентрата с крупностью частиц 200 мкм, имеющего состав, мас.%: TiO2 15,5; Fe 56,5; SiO2 2,3; нерастворимые в соляной кислоте компоненты 8,0, обрабатывают в герметичных условиях 38%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:5 и температуре 95oC в течение 7,5 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 0,42 г. Степень извлечения для растворимых в соляной кислоте компонентов составляет 99,5%. Фильтрат содержит, г/л: TiO2 28,4; Fe 95,0.

Пример 16. 5 г отходов ниобата лития с крупностью частиц 50 мкм, полученных при нарезании пластин из монокристаллов, обрабатывают в герметичных условиях 37%-ной соляной кислотой при Т:Ж=1:20 и температуре 95oC в течение 7 часов. Отделяют фильтрацией нерастворимый остаток. Вес остатка 0,175 г. Степень извлечения 96,5%. Фильтрат содержит, г/л: Nb2O5 43,0; Li2O 4,9.

Пример 17. Обрабатывают отходы ниобата лития по Примеру 16, но при Т:Ж= 1: 15 в течение 8 часов. Вес остатка 0,28 г. Степень извлечения 94,5%. Фильтрат содержит, г/л: Nb2O5 56,5; Li2O 6,4.

Таким образом, из приведенных Примеров следует, что предлагаемое изобретение позволяет снизить энергоемкость процесса за счет снижения температуры обработки при обеспечении высокой степени извлечения в раствор ценных компонентов, а также упростить аппаратурное оформление процесса. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ разложения минерального и техногенного сырья, содержащего металл, выбранный из группы, включающей ниобий, тантал, титан, путем обработки исходного сырья в герметичных условиях концентрированной соляной кислотой при нагревании и перемешивании, отличающийся тем, что обработку сырья ведут соляной кислотой с концентрацией 35,5 - 40% при Т : Ж = 1 : 3,4 - 20,0 и температуре 75 - 100oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют лопарит, ильменит, сфен, перовскит, титаномагнетит и ниобат лития.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку осуществляют при давлении 0,2 - 0,5 МПа.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что процесс ведут в режиме противотока.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы извлечения цветных, редкоземельных и благородных металлов






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+извлечение -золота".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "золото" будут найдены слова "золотой", "золотое" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("золото!").




Рейтинг@Mail.ru