Винахід відноситься до гідрометалургійної переробці рудних концентратів, а більш конкретно до переробки лопарітовим концентрату. Спосіб включає подрібнення концентрату до крупності частинок щонайменше 0,075 мм, розтин лопарітовим концентрату азотною кислотою при атмосферному тиску і температурі понад 100 ° С з отриманням гідратного кеку тугоплавких металів і азотнокислого розчину рідкоземельних елементів, фільтрацію гідратного кеку і подальшу переробку отриманих продуктів. Розтин здійснюють при початковій концентрації азотної кислоти в пульпі 350-500 г / л і температурі 105-110 ° С в присутності каталізують добавок з фторсодержащих з'єднань в кількості 1,0-7,5% від маси концентрату в розрахунку на фтор-іон. Як фторсодержащих з'єднань використовують HF, NH4 F, NH4 HF2. NaF, CaF2 та їх суміші. Спосіб дозволяє знизити собівартість готової продукції і підвищити економічність процесу. 1 з.п. ф-ли 1 табл.
Винахід відноситься до гідрометалургійної переробці рудних концентратів, а більш конкретно до переробки лопарітовим концентрату.
Лопарітовим концентрат є складним комплексним сировиною, що містить оксиди великої кількості хімічних елементів. Використовуваний для переробки концентрат марки КЛ-1 містить щонайменше 95% лопаріта і більш. Відповідно до діючих технічних умов лопаріт містить, мас.%: - оксид танталу (Ta2 O5) - 0,57, - оксид ніобію (Nb2 O5) - 8,14, - оксид титану (TiO2) - 38,1, - оксиди рідкоземельних металів церієвої групи, в основному, оксиди лантану, церію, празеодима і неодиму - 32, - оксид натрію - 7,9-9,06, - оксид кальцію - 4,2-5,7, - оксид торію - 0,54 і в незначних кількостях стронцій, залізо, кремній, алюміній, калій і фосфор.
З лопарітовим концентрату витягають найцінніші елементи: тантал, ніобій, титан і рідкісноземельні метали.
Сірчанокислотний спосіб заснований на розкладанні лопарітовим концентрату сірчаної кислотою в присутності сульфату амонію і поділі цінних складових з використанням відмінностей в розчинності подвійних сульфатів титану, ніобію, танталу і рідкоземельних елементів з сульфатами лужних металів або амонію. Вихідний концентрат лопаріта подрібнюють до крупності не менше 0.075 мм. Розтин концентрату здійснюють 92,5-95% -й сірчаної кислотою, що витрачається з розрахунку 2,78 т і 0,2 т сульфату амонію на 1 т концентрату. При розтині, що протікає при температурі 270-280 o C, ніобій і тантал входять до складу подвійних сульфатів титану у вигляді ізоморфної домішки. Рідкоземельні елементи входять до складу подвійних сульфатів типу - R2 (SO4) 3 (NH4. Na) 2 SO4. Продукт сульфатізаціі - сульфатний спік піддають водного вилуговування. При цьому в твердій фазі залишаються подвійні сульфати РЗЕ, а в розчині - титан, ніобій і тантал. При цьому основна частина торію залишається у твердій фазі. Титан виділяється з розчину на 70-80% у вигляді титанової солі (NH4) 2 TiO (SO4) 2 H2 О. Подвійний сульфат титанів і амонію використовують як дубитель в шкіряної промисловості. Розчин танталу і ніобію піддають фторування 40% HF. Потім тантал і ніобій отримують з розчину і поділяють з використанням екстракції трибутилфосфатом. Сульфати РЗЕ проходять додатковий самостійний технологічний цикл конверсії в карбонати.
Даний спосіб переробки лопарітовим концентрату має низку істотних недоліків. Основним з них є те, що відразу ж на першому етапі переробки - розтині до 25-30% танталу і ніобію йдуть з сульфатами РЗЕ. Для повернення танталу і ніобію доводиться здійснювати додаткову переробку відвального кеку РЗЕ. Крім того безповоротно губляться тантал і ніобій з кристалами титанової солі при її Висолювання з сірчанокислого розчину. Сірчанокислотний спосіб є багатостадійним, що складається з окремих періодичних операцій, які неможливо об'єднати в єдину автоматично керовану схему. Все це робить спосіб складним, дорогим і громіздким за апаратурним оформлення.
Всі ці недоліки усуваються в способі переробки лопарітовим концентрату за патентом Росії N 2145980 від 27.07.99 по М.Кл. 7 З 22 В 59/00, який є прототипом винаходу.
Відповідно до цього способом вихідний концентрат лопаріта подрібнюють до крупності частинок не більше 0,075 мм шляхом мокрого помелу. Розтин лопарітовим концентрату здійснюють концентрованої 70-75% -ої азотною кислотою при початковій концентрації кислоти в пульпі С = 600-700 г / л і температурі 115-118 o C. В результаті розтину концентрату азотною кислотою отримують АЗОТНОКИСЛИЙ пульпу гідратного кеку оксидів тугоплавких металів ( ОТМ) і об'єднаний азотнокислий розчин рідкоземельних елементів (РЗЕ) з домішками і активністю. Потім АЗОТНОКИСЛИЙ пульпу гідратного кеку розбавляють водою і охолоджують. Після охолодження здійснюють фільтрацію розчину азотнокислої пульпи гідратного кеку і подальшу його відмивання чистою водою від азотнокислих розчинів рідкоземельних елементів і домішок. Гідратний кек є вихідним продуктом для отримання з нього окислів тугоплавких металів. Об'єднаний азотнокислий розчин рідкоземельних елементів з усіма домішками і активністю піддають дезактивації з подальшою фільтрацією. Чистий нітратний розчин РЗЕ є вихідним продуктом для отримання з нього карбонатів рідкоземельних елементів.
У порівнянні з кислотною технологією переробки лопарітовим концентрату даний спосіб має ряд переваг. Спосіб вже на самому початковому етапі розкриття забезпечує повне відділення танталу, ніобію і титану від рідкоземельних елементів, радіоактивних та інших домішок. Отриманий гідратний кек ОТМ і нітрати РЗЕ знаходяться в зручному для подальшої переробки вигляді.
При всіх своїх перевагах спосіб-прототип має низку недоліків. Розтин лопарітовим концентрату здійснюється тільки спеціальної 70-75% азотною кислотою. 70-75% азотна кислота є сильно діючою отруйною речовиною (СДОР), що ускладнює її транспортування, зберігання і тим більше роботу з нею. Внаслідок дуже високої міцності і щільності упаковки кристалічної решітки мінералу, застосування навіть настільки висококонцентрованою кислоти і високих температур в способі-прототипі, не забезпечують повного розкриття концентрату. Спосіб має значні енергетичні витрати, які є наслідком високої температури і великої тривалості процесу. Крім того при реалізації способу має місце низька швидкість фільтрації одержуваної пульпи розтину через наявність в ній гелю, що утворюється при таких високих температурах з сполук кремнію, що міститься в домішкових мінералах (кварц, егіриніт) і виділяється при їх розкладанні.
В основу винаходу була покладена задача розробити спосіб переробки лопарітовим концентрату, в якому розтин здійснювалося б за таких умов, щоб забезпечувалося підвищення ступеня розкриття лопарітовим концентрату і зменшувалася його час, досягалося зниження енерговитрат на проведення процесу і поліпшувалася фільтрованість одержуваної пульпи розтину, завдяки чому забезпечується зниження собівартості готової продукції і підвищення економічності виробництва в цілому.
Поставлена задача вирішується тим, що в способі переробки лопарітовим концентрату, що включає подрібнення концентрату до крупності частинок щонайменше 0,075 мм, розтин лопарітовим концентрату азотною кислотою при атмосферному тиску і температурі понад 100 o C з отриманням гідратного кеку тугоплавких металів і азотнокислого розчину рідкоземельних елементів, фільтрацію гідратного кеку і подальшу переробку отриманих продуктів, новим є те, що розтин здійснюють при початковій концентрації азотної кислоти в пульп е 350-500 г / л і температурі 105-110 o C в присутності каталізують добавок з фторсодержащих з'єднань в кількості 1,0-7,5% від маси концентрату в розрахунку на фтор-іон.
Завдяки такому рішенню фтор-іони каталітичних добавок сприяють розхитування кристалічної решітки лопаріта, що прискорює процес і підвищує ступінь розкриття концентрату, дозволяє використовувати слабку по концентрації кислоту і знизити енерговитрати на проведення процесу за рахунок зменшення температури і тривалості розтину. Крім того підвищується швидкість фільтрації одержуваної пульпи, тому що при таких температурах у присутності фтор-іона не відбувається утворення в розчині гелю з сполук кремнію. Все це разом узяте і забезпечує зниження собівартості готового продукту і підвищення економічності виробництва в цілому.
Новим у способі є також те, що в якості фторсодержащих з'єднань, використовують HF, NH4 F2. NH4 HF2. NaF, CaF2 та їх суміші.
Використання цих з'єднань в якості джерела фтор-іона найбільш доцільно з економічної точки зору внаслідок їх дуже малої витрати і малої вартості більшої частини з них.
Нижче сутність цього винаходу більш детально роз'яснюється прикладами, що підтверджують можливість його здійснення.
Заявляється спосіб переробки лопарітовим концентрату здійснюється наступним чином. Концентрат лопаріта подрібнюється до крупності частинок 0,040-0,074 мм. Потім здійснюють розтин частинок лопаріта, для чого концентрат распульповивают при атмосферному тиску слабкою азотною кислотою при початковій концентрації її в пульпі 350-500 г / л. У пульпу вводять каталізують добавки фторсодержащих з'єднань в кількості 1,0-7,5% від маси концентрату в розрахунку на фтор-іон. При цьому в якості джерела фтор-іона використовують HF, NH4 F, NH4 HF2. NaF, CaF2 та їх суміші. Пульпу нагрівають до 105-110 o C і витримують при перемішують-ванііі до практично повного розкриття лопаріта.
Взятий в зазначених кількостях фтор-іон, введений в пульпу вилуговування, проявляє каталітичні властивості і, сприяючи розхитування кристалічної решітки лопаріта, прискорює процес розкриття при одночасному збільшенні його повноти. Це дозволяє використовувати для розкриття більш слабку кислоту і низькі в порівнянні зі способом-прототипом температури. При цьому сам фтор-іон в процесі не витрачається: в розчині міститься лише 5-10% від його початкової кількості, а більше 80% - в гідратної кеке разом з оксидами танталу, ніобію і титану.
Зниження витрати фтор-іона менше 1% веде до зменшення ступеня розкриття концентрату. При підвищенні вмісту фтор-іона більше 7,5% відбувається утворення нерозчинних фторидів рідкісноземельних елементів, що знижує ступінь перекладу РЗЕ в розчин і ефективність процесу в цілому.
Обрані параметри вихідної концентрації азотної кислоти в пульпі розтину, рівній 350-500 г / л і температури, що дорівнює 105-110 o C, є оптимальними з точки зору повноти розкриття концентрату і мінімізації витрат енергії і реагентів. При цьому не відбувається утворення гелю із з'єднань домішкових мінералів (кварц, егіриніт).
Отриману в результаті розтину пульпу піддають фільтрування. При цьому швидкість фільтрації через відсутність гелю з кремнію в кілька разів перевершує швидкість фільтрації, за способом-прототипу і досягає 0,5 м 3 / м 2 годину, проти 0,1 м 3 / м 2 год.
В результаті фільтрації отримують гідратний кек оксидів тугоплавких металів і азотнокислий розчин рідкоземельних елементів. Вони є кінцевими продуктами заявляється способу і далі кожен з них переробляється своїм відомим способом, які в даній заявці не розглядаються.
Нижче заявляється спосіб ілюструється конкретним прикладом його здійснення.
Лопарітовим концентрат Карнасурстского родовища з параметром кристалічної решітки а = 3,888 в кількості 1 кг, що містить,%: 0,54 Та, 6,7 Nb, 38,0 TiO2. 30,0 R2 O3. подрібненого до крупності 0,040-0,074 мм, распульповивалі 2,5 л азотної кислоти з вихідної концентрацією 450 г / л. У пульпу вводили фтор у вигляді плавикової кислоти в кількості 26,4 г, що становить 2,5% від маси концентрату в перерахунку на фтор-іон. Пульпу нагрівали до температури 107 o C і витримували при перемішуванні протягом 15 годин.
Отримані продукти переробляли відомими способами.
Залежність ступеня вилучення РЗЕ і ступенем розкриття лопарітовим концентрату від параметрів заявляється способу додатково ілюструється десятьма прикладами, об'єднаними в наведеній нижче таблиці при витраті азотної кислоти 1,15 т / т концентрату і співвідношенням твердої фази до рідкої - Т: Ж = 1,0: 2 , 5.
При цьому слід також відзначити, що при переробці лопаріта Умбозерского родовища з більш щільною упаковкою кристалічної решітки мінералу а = 3,873 відповідно до заявляється способом час розтину зростає до 35 годин при збереженні інших показників.
З наведених конкретних прикладів здійснення винаходу для будь-якого фахівця в даній області цілком очевидною є можливість його реалізації з одночасним вирішенням поставленого завдання. При цьому так само очевидно, що при реалізації винаходу можуть бути зроблені незначні зміни, які однак не виходитимуть за межі винаходу, які визначаються наведеній нижче формули винаходу.
Заявляється спосіб переробки лопарітовим концентрату пройшов дослідно-промислову перевірку з переробкою близько 300 т лопарітовим концентрату. Він забезпечує можливість використання для розкриття лопарітовим концентрату слабкої азотної кислоти. При цьому використання заявляється способу дозволяємо підвищити ступінь розкриття лопарітовим концентрату до 100%, підвищити ступінь вилучення оксидів РЗЕ до 99,5%, скоротити тривалість процесу розкриття концентрату до 3 разів, істотно інтенсифікувати стадію фільтрації і знизити енерговитрати в 4-6 разів. Все це забезпечує зниження собівартості готового продукту і підвищення економічності виробництва в цілому.
1. Спосіб переробки лопарітовим концентрату, що включає подрібнення концентрату до крупності частинок щонайменше 0,075 мм, розтин лопарітовим концентрату азотною кислотою при атмосферному тиску і температурі понад 100 o С з отриманням гідратного кеку тугоплавких металів і азотнокислого розчину рідкоземельних елементів, фільтрацію гідратного кеку і подальшу переробку отриманих продуктів, що відрізняється тим, що розтин здійснюють при початковій концентрації азотної кислоти в пульпі 350 - 500 г / л і температурі 105 - 110 o С в прис тствіі каталізують добавок з фторсодержащих з'єднань в кількості 1,0 - 7,5% від маси концентрату в розрахунку на фтор-іон.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в якості фторсодержащих з'єднань використовують HF, NH4 F, NH4 HF2. NaF, CaF2 та їх суміші.