СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКСИДА МАГНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C01F5/06 C05D3/02 

Изобретение относится к способам получения оксида магния, в частности из брусита, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ получения оксида магния, описанный в патенте РФ на изобретение №2078039, опубликованном 27.04.1997 г. Сущность способа заключается в том, что исходный магнезит растворяют в азотной кислоте и проводят обработку суспензии аммиаком при pH 5,8-6,0 для осаждения примесей. Далее осадок гидроксидного шлама отделяют от раствора, из которого осаждают гидроксид магния при pH 10,0-10,5. После отделения осадка проводят его отмывку таким образом, чтобы содержание кальция в гидроксиде магния на этой операции изменялось в пределах 0.03-0.25 мас.%.

Недостатком данного способа является то, что при его реализации возможна переработка магнезита, но известный способ не обеспечивает эффективной комплексной переработки брусита. Оксид магния, получаемый описанным способом, является низкокачественным с большим количеством примесей. Данный способ позволяет получить только один продукт, пригодный для дальнейшего использования, а образовавшийся осадок примесей сам по себе является отходом этого производства, при реализации способа безвозвратно расходуется значительное количество азотной кислоты и аммиака, а образовавшийся осадок примесей сам по себе является отходом этого производства.

Известен способ получения окиси магния, описанный в авторском свидетельстве №1442504, опубликованном 07.12.1988 г. Способ заключается в том, что магнезиальное сырье растворяют азотной кислотой, выделяют гексагидрат нитрата магния охлаждением раствора, затем просушивают при температуре 270-320°C до получения гидрата нитрата магния состава Mg(NO₃)₂·(0,3-1,4)H₂O, после ведут термическое разложение при температуре 340-400°C в течение 0,5-5,0 часов при постоянном перемешивании.

Недостатком данного способа является то, что при его реализации возможна переработка магнезита, но известный способ не обеспечивает эффективной комплексной переработки брусита. Оксид магния, получаемый описанным способом, является низкокачественным с большим количеством примесей. Данный способ позволяет получить только один продукт, пригодный для дальнейшего использования, а образовавшийся осадок примесей сам по себе является отходом этого производства.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ переработки серпентинита, описанный в патенте РФ на изобретение №2292300, опубликованном 27.01.2007 г. Способ переработки серпентинита включает проведение магнитной сепарации с разделением на немагнитную и магнитную части, выделение осадка в виде двуокиси кремния из пульпы, полученной в результате выщелачивания. Выщелачивание исходного сырья ведут азотной кислотой в течение 3-х часов при температуре кипения. Нейтрализацию фильтрата, образовавшегося после отделения осадка, ведут водным раствором оксида магния. Фильтрат, образовавшийся после отделения осадка гидроксидов металлов, обрабатывают путем введения в него карбоната магния с последующим отделением образовавшегося осадка карбоната кальция. Оставшийся в фильтрате нитрат магния подвергают термическому гидролизу перегретыми парами воды с получением оксида магния, окислов азота и паров воды. последние подвергают конденсации с получением азотной кислоты, полученную азотную кислоту направляют в начало процесса для выщелачивания исходного сырья. Гидроксиды металлов, высаженные в результате нейтрализации, отделяют, промывают, прокаливают с получением оксидов металлов и смешивают с ранее полученной магнитной частью. Результат изобретения: обеспечение комплексной переработки серпентинита с получением оксида магния высокого качества при одновременном повышении эффективности процесса.

Недостатком данного способа является то, что способ рассчитан на переработку серпентинита и не обеспечивает эффективной комплексной переработки брусита. Способ имеет высокие потери магния на этапах переработки, за счет того что промывочные воды утилизируют. При реализации способа производится большое количество попутных магнийсодержащих продуктов-отходов, что приводит к значительным потерям магния.

Также способ имеет высокие энергозатраты за счет того, что смесь при выщелачивании выдерживают в течение 3-х часов при постоянном кипении.

Технической задачей заявляемого изобретение является повышение качества получаемого из брусита оксида магния, снижение количества примесей в готовом продукте при минимальных потерях магния на всех стадиях переработки.

Поставленная задача решается тем, что способ получения оксида магния реализуют путем кислотного выщелачивания предварительно измельченного исходного сырья, согласно изобретению в качестве исходного сырья берут измельченный брусит, добавляя маточный раствор предварительно распульповывают, выщелачивают азотной кислотой с добавлением барита, нейтрализуют азотнокислую пульпу пылью электрофильтров, осадок отделяют фильтрацией и промывают с получением промывочных вод, направляемых на стадию выщелачивания, фильтрат, образовавшийся после отделения осадка, охлаждают до температуры кристаллизации гексагидрата нитрата магния, отделяют кристаллы гексагидрата нитрата магния от маточного раствора, который направляют в выпариватель для выведения кальция и получения удобрений, а кристаллы гексагидрата нитрата магния подвергают термическому гидролизу перегретыми парами воды с получением оксида магния и паронитрозных газов, направляемых в абсорбер для регенерации азотной кислоты, полученную азотную кислоту направляют на выщелачивание исходного сырья.

Техническим результатом заявляемого способа получения оксида магния является получение чистого оксида магния из брусита, снижение потерь магния и снижение энергозатрат на производство оксида магния. Это обеспечивается за счет того, что в качестве исходного сырья берут измельченный брусит, добавляя маточный раствор предварительно распульповывают, выщелачивают азотной кислотой с добавлением барита, нейтрализуют азотнокислую пульпу пылью электрофильтров, осадок отделяют фильтрацией и промывают с получением промывочных вод, направляемых на стадию выщелачивания, фильтрат, образовавшийся после отделения осадка, охлаждают до температуры кристаллизации гексагидрата нитрата магния, отделяют кристаллы гексагидрата нитрата магния от маточного раствора, который направляют в выпариватель для выведения кальция и получения удобрений, а кристаллы гексагидрата нитрата магния подвергают термическому гидролизу перегретыми парами воды с получением оксида магния и паронитрозных газов, направляемых в абсорбер для регенерации азотной кислоты, полученную азотную кислоту направляют на выщелачивание исходного сырья.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет повысить качество получаемого из брусита оксида магния и снизить количество примесей в готовом продукте, при минимальных потерях магния на всех стадиях переработки.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявленному, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна". Сопоставительный анализ заявленного решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков неизвестна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Технологическая схема способа получения оксида магния представлена на Фиг.1.

В качестве исходного сырья использован брусит. В реактор-растворитель 1 подают размельченный брусит с размером частиц 1-2 мм из бункера 2 и маточный раствор (на первом запуске можно использовать воду, а после прохождения первого цикла использовать остаточный маточный раствор после кристаллизации и/или промывочные воды) из сборника 3 для предварительной распульповки. Температура маточного раствора 90-95°C. Соотношение массы брусита и объема маточного раствора 2,0 т/м³. Полученная масса интенсивно перемешивается в реакторе-растворителе 1 в течение 15-20 минут. При завершении перемешивания реактор-растворитель 1 герметизируется и в него подается азотная кислота в концентрации 45-65% с добавлением барита из емкости 4 в количестве, соответствующем стехиометрическому значению, для растворения оксидов магния, железа, алюминия и других присутствующих металлов. Барит добавляют в количестве 1-5% от объема азотной кислоты в зависимости от количества кальция, содержащегося в исходном продукте. Температура подаваемой азотной кислоты от 20°C до 80°C. Выделяющийся пар отводят в абсорбер 17. После подачи расчетного объема азотной кислоты пульпу в реакторе-растворителе 1 перемешивают в течение 30 минут при температуре 90°C, после чего перемешивание выключают для отстаивания. Через 10 минут из реактора 5 добавляют пыль электрофильтров для нейтрализации пульпы и корректировки pH. В конце корректировки pH пульпы должно быть ≥7. Затем нейтрализованную азотно-кислую пульпу, имеющую температуру 80-90°C, подают на фильтр-пресс 6. Протечки фильтрации с фильтр-пресса 6 сливаются в сборник для очищенного раствора 7. По завершении основной фильтрации осадок в фильтр-прессе 6 промывается водой, которая сливается в сборник промывочных вод 8, а из него возвращается на начальные этапы выщелачивания в сборник 3. Температуру промывочной воды поддерживают в пределах 80-90°C. После завершения процесса промывки осадок направляют в шламонакопитель 9 и фильтр-пресс готовят к следующей операции.

Основной очищенный раствор нитратов магния и кальция из сборника для очищенных растворов 7 с помощью насоса подают в кристаллизатор 10. Раствор подают в объемном соотношении 1,4 т/м³.

Очищенный раствор в кристаллизаторе 10 охлаждают до температуры 15-20°C, из него кристаллизуется крупнокристаллический гексагидрат нитрата магния. Полученную суспензию направляют в фильтр-центрифугу 11 для выведения из схемы кальция. Фильтрат основной фильтрации направляется в выпариватель 12. В результате выпаривания получается раствор удобрений 13. Осадок из фильтр-центрифуги 11 направляют в реактор-плавитель 14 для упаривания при температуре 370°C.

Упаренный осадок нитрата магния поступает в реактор-накопитель концентрированного раствора 15, откуда его подают в реактор термического разложения 16, где при температуре 400-900°C производят термический гидролиз нитрата магния перегретыми парами воды в течение 30 минут. Отходящие от реактора термического разложения 16 топочные газы обеспечивают работу реактора-плавителя 14.

Образующиеся паронитрозные газы направляются в абсорбер 17, где регенерируются в азотную кислоту. Слив горячей азотной кислоты из абсорбера производится в сборник азотной кислоты 18, из которого после его наполнения направляется в емкость-питатель азотной кислоты 4. Хвостовые газы абсорбции выводят через дроссель абсорбера и направляют в топку реактора термического разложения 16.

Получившийся оксид магния шнековым транспортером направляют в сборник оксида магния 19, а затем затаривают в мешки.

Пример 1

Берут брусит, измельченный до 0,1 мм (состава MgO 60%, CaO 2%, SiO₂ 2%, Fe₂O₃ 1,9%, Al₂O₃ 1%) в количестве 0,5 кг, добавляют 1,0 кг воды, затем при интенсивном перемешивании добавляют азотную кислоту 45% в количестве 2,5 кг с добавлением барита. Через 40 минут доводят до pH 6,5 путем разбавления водой и добавления 0,05 кг пыли электрофильтров. Полученный раствор 4,5 кг отделяют на пресс-фильтре от шлама и отправляют на кристаллизацию в емкость-кристаллизатор (t=20°C). Затем с помощью центрифуги отделяют кристаллы от маточного раствора. Полученные 1.7 кг гексагидрата нитрата магния Mg(NO₃)₂×6H2O помещают в изолированный от атмосферы термический реактор с температурой 650°C. Образующиеся паронитрозные газы направляются в абсорбер для регенерации в азотную кислоту. По завершении процесса термического гидролиза (30 минут) выгружают окись магния в количестве 245 г, содержания: MgO 99%, CaO 0,15%, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃ - остальное 0,12%.

Пример 2

Берут брусит измельченный до 0,1 мм (состава MgO 90%, CaO 3%, SiO₂ 2%, Fe₂O₃ 2%, Al₂O₃ 1,5%) в количестве 0,5 кг, добавляют 1,0 кг воды, затем при интенсивном перемешивании добавляют азотную кислоту 45% в количестве 3,15 кг с добавлением барита. Через 40 минут доводят до pH 6,5 путем разбавления водой и добавления 0,07 кг пыли электрофильтров. Полученный раствор 5,7 кг отделяют на пресс-фильтре от шлама и отправляют на кристаллизацию в емкость-кристаллизатор (t=20°C). Затем с помощью центрифуги отделяют кристаллы от маточного раствора. Полученные 2,2 кг гексагидрата нитрата магния Mg(NO₃)₂×6H2O помещают в изолированный от атмосферы термический реактор с температурой 650°C. Образующиеся паронитрозные газы направляются в абсорбер для регенерации в азотную кислоту. По завершении процесса термического гидролиза (30 минут) выгружают окись магния в количестве 315 г, содержания: MgO 99,2%, CaO 0,11%, SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃ - остальное 0,1%.

Изобретение относится к области химии. Оксид магния получают путем измельчения исходного сырья - брусита. В измельченное сырье добавляют маточный раствор, затем его выщелачивают азотной кислотой с добавлением барита. Азотнокислую пульпу нейтрализуют пылью электрофильтров. Осадок отделяют фильтрацией и промывают с получением промывочных вод, направляемых на стадию выщелачивания. Фильтрат, образовавшийся после отделения осадка, охлаждают до температуры кристаллизации гексагидрата нитрата магния, отделяют кристаллы гексагидрата нитрата магния от маточного раствора, который направляют в выпариватель для выведения кальция и получения удобрений. Кристаллы гексагидрата нитрата магния подвергают термическому гидролизу перегретыми парами воды с получением оксида магния и паронитрозных газов, направляемых в абсорбер для регенерации азотной кислоты. Полученную азотную кислоту направляют на выщелачивание исходного сырья. Изобретение позволяет повысить качество продукта и снизить его потери. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

1. Способ получения оксида магния путем кислотного выщелачивания предварительно измельченного исходного сырья, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья берут измельченный брусит, добавляя маточный раствор, предварительно распульповывают, выщелачивают азотной кислотой с добавлением барита, нейтрализуют азотнокислую пульпу пылью электрофильтров, осадок отделяют фильтрацией и промывают с получением промывочных вод, направляемых на стадию выщелачивания, фильтрат, образовавшийся после отделения осадка, охлаждают до температуры кристаллизации гексагидрата нитрата магния, отделяют кристаллы гексагидрата нитрата магния от маточного раствора, который направляют в выпариватель для выведения кальция и получения удобрений, а кристаллы гексагидрата нитрата магния подвергают термическому гидролизу перегретыми парами воды с получением оксида магния и паронитрозных газов, направляемых в абсорбер для регенерации азотной кислоты, полученную азотную кислоту направляют на выщелачивание исходного сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температура маточного раствора 90-95°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительная распульповка проводится при перемешивании в течение 15-20 минут.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут азотной кислотой с концентрацией 45-65%.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в азотную кислоту добавляют барит в количестве 1-5% от объема азотной кислоты.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выщелачивания подают азотную кислоту температурой от 20°С до 80°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при постоянном перемешивании в течение 30 минут.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что пыль электрофильтров вводят в количестве, обеспечивающем достижение рН≥7.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру промывочных вод поддерживают 80-90°С.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что термический гидролиз гексагидрата нитрата магния ведут при температуре 400-900°С перегретыми парами воды.