Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации Российский патент 2023 года по МПК C22B7/00 C01G23/00 B03B7/00 B03C1/00 

Изобретение относится к области переработки поликомпонентных минеральных техногенных отходов с получением продуктов, используемых в строительной и лакокрасочной промышленности.

Хибинские апатито-нефелиновые руды Кольского полуострова являются комплексными, поскольку включают несколько минералов, в частности апатит, нефелин, сфен, эгирин, титаномагнетит. Современная технология переработки комплексной руды предусматривает выделение практически полностью апатита и более половины нефелина. Остальные минералы остаются в пенном продукте нефелиновой флотации и являются отходами обогащения апатито-нефелиновых руд, которые направляются в хвостохранилища, создавая серьезные экологические проблемы. В промышленных условиях вначале из руды флотацией извлекается апатит, а затем нефелин. Поскольку нефелин извлекается неполностью, то он остается в пенном продукте нефелиновой флотации вместе с апатитом, сфеном, эгирином, титаномагнетитом.

Существующие способы переработки пенного продукта нефелиновой флотации громоздки и сложны в технологическом исполнении, требуют значительного расхода кислых реагентов и соответственно больших затрат на их нейтрализацию, что приводит к образованию дополнительных отходов и соответственно отрицательно влияет на экологию. Все это не позволяет эффективно осуществить процесс переработки с технологической и экологической точек зрения, а получаемые продукты не полностью удовлетворяют требованиям потребителей.

Известен способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации (см. Найфонов Т.Б. Флотация титановых минералов при обогащении комплексных титансодержащих руд.// Л.: Наука, 1979. - С.139-140), согласно которому пенный продукт состава, мас. %: нефелин - 30, эгирин и титаномагнетит - 30, сфен - 15, апатит 5-8, полевые шпаты 5-10 подвергают перечистке с отделением нефелинового концентрата. Оставшийся твердый продукт отмывают от флотореагентов и повторно подвергают флотации, после чего магнитной сепарацией отделяют немагнитную фракцию, содержащую сфен, от магнитной фракции, содержащей эгирин и титаномагнетит.Таким образом, после ряда перечисток и магнитной сепарации пенный продукт апатито-нефелиновой флотации разделяется на две составные части.

К недостаткам данного способа следует отнести многостадийность флотационного цикла, низкую селективность разделения пенного продукта апатито-нефелиновой флотации на его составные части, а также большое количество отходов, загрязняющих окружающую среду. Полученные продукты имеют ограниченное использование из-за высокого содержания в них минеральных примесей.

Известен также, принятый в качестве прототипа, способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации (см. пат.№2197430 РФ, МПК C01G 23/00, С22В 3/08 (2000.01), 2003), согласно которому из пенного продукта апатито-нефелиновой флотации посредством магнитной сепарации выделяют магнитную фракцию и немагнитную фракцию, которую постепенно при перемешивании вводят в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% _H2SO4 до достижения рН 1,8-2,2. Затем полученную суспензию фильтруют с отделением жидкой фазы, представляющей собой композиционный алюмосиликатный коагулянт.Твердую фазу добавляют в раствор серной кислоты с концентрацией 10-15% H2SO4 и выдерживают при температуре 40-100°С в течение 1-5 часов, после чего отделяют твердый остаток в виде сфен-содержащего полупродукта, который подвергают сушке и тонкому измельчению до крупности частиц 5-40 мкм с получением титансодержащей пигментной композиции светло-серого цвета, со следующими техническими свойстами: белизна 90-93 усл. ед., укрывистость 90-92,5 г/м², маслоемкость 15-20 г/100г пигмента.

Недостатками известного способа является необходимость проведения двухстадийной кислотной обработки немагнитной фракции, что значительно снижает технологичность способа и приводит к образованию жидких отходов, которые оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Кроме того, при реализации способа получается композиционный пигмент узкой цветовой гаммы, а также не используется магнитная фракция, содержащая около 30% минерала эгирина, что снижает степень использования исходного сырья.

Изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения числа операций при одновременном увеличении количества получаемых продуктов, а также в повышении экологичности способа вследствие исключения вредных кислых стоков.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, включающем его магнитную сепарацию с отделением немагнитной фракции от магнитной, обработку немагнитной фракции с получением сфенсодержащего полупродукта, его сушку и измельчение с получением композиционного титансодержащего продукта, согласно изобретению, после разделения немагнитной и магнитной фракций осуществляют их обработку путем классификации с получением из немагнитной фракции сфенсодержащего полупродукта, а из магнитной фракции - эгиринсодержащего полупродукта, затем проводят раздельное измельчение в шаровой мельнице этих полупродуктов при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:5-10, в течение 1-10 часов, после чего полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке, причем сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 80-150°С с получением композиционного титансодержащего продукта, а эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 400-500°С с получением композиционного железосодержащего продукта.

Технический результат достигается также тем, что при измельчении сфенсодержащего полупродукта к нему добавляют модификатор цвета в виде оксида железа или оксида хрома в количестве 1-5 мас. %.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Обработка немагнитной и магнитной фракций путем их классификации позволяет отделить мелкие частицы «мягких» минералов апатита и нефелина от более крупных по размеру частиц «твердых» минералов сфена и эгирина и, тем самым, получить из немагнитной фракции сфенсодержащий полупродукт, а из магнитной фракциии - эгиринсодержащий полупродукт.

Измельчение в шаровой мельнице полученных полупродуктов при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:5-10, в течение 1-10 часов обеспечивает получение мелкодисперсного материала и модифицирование поверхности его частиц, что улучшает свойства получаемых композиций.

При массе шаров в указанном соотношении менее 5 и продолжительности измельчения менее 1 часа частицы полупродуктов не достигают требуемого размера и эффект модифицирования снижается, а при массе шаров более 10 и продолжительности измельчения более 10 часов эффективность измельчения практически не оказывает влияния на свойства получаемых композиций.

Термообработка модифицированных порошкообразных полупродуктов стабилизирует структуру поверхности частиц.

Сушка сфенсодержащего порошкообразного полупродукта при температуре 80-150°С позволяет получить композиционный титансодержащий продукт с высокими свойствами. Сушка при температуре ниже 80°С повышает содержание в продукте водорастворимых соединений, а сушка при температуре выше 150°С вызывает спекание частиц, увеличение их размера, что снижает их свойства.

Прокаливание эгиринсодержащего порошкообразного полупродукта при температуре 400-500°С позволяет получить композиционный железосодержащий продукт с высокими свойствами. Прокаливание при температуре ниже 400°С не обеспечивает полноту структурирования поверхности частиц, что ухудшает цвет композиции, а прокаливание при температуре выше 500°С не оказывает существенного влияния на цвет композиции.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении технологичности способа за счет снижения числа операций при одновременном увеличении количества получаемых продуктов, а также в повышении экологичности способа вследствие исключения вредных кислых стоков.

В частном случае осуществления изобретения предпочтительно при измельчении сфенсодержащего полупродукта добавлять к нему модификатор цвета в виде оксида железа или оксида хрома в количестве 1-5 мас. %, что позволяет расширить цветовую гамму композиции.

Добавление модификатора цвета в виде оксида железа или оксида хрома в количестве менее 1 мас. % практически не меняет цветность композиции, а количество модификатора цвета более 5 мас. % экономически нецелесообразно.

Вышеуказанный частный признак изобретения позволяет осуществить способ в оптимальном режиме.

Сущность и преимущества заявленного способа могут быть более наглядно проиллюстрированы следующими Примерами конкретного выполнения.

Пример 1. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, содержащей, мас. %: нефелина - 40, апатита - 10, сфена - 15, эгирина и тита-номагнетита - 35 и подвергают его магнитной сепарации с отделением немагнитной фракции в количестве 520 г и магнитной фракции в количестве 480 г. Затем полученные фракции подвергают классификации методом грохочения на ситах с отверстиями 1-2 мм. При этом из немагнитной фракции получают сфенсодержащий полупродукт в количестве 140 г, содержащий 75% сфена, а из магнитной фракциии - эгиринсодержащий полупродукт в количестве 400 г, содержащий 88% эгирина. Затем раздельно измельчают сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты в шаровой мельнице при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:5, в течение 10 часов. После этого полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке. Сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 150°С с получением светло-серого композиционного титансодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: белизна - 89,8 усл. ед., укрывистость - 85,4 г/м², маслоемкость - 18 г/100 г композиции, содержание водорастворимых соединений (ВРС) -0,96%. Эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 500°С с получением темно-серого композиционного железосодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 57,0 г/м², маслоемкость - 17,3 г/100 г композиции.

Пример 2. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и получают из него сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты согласно Примеру 1. Затем раздельно измельчают сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты в шаровой мельнице при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:7,5, в течение 5 часов. После этого полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке. Сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 100°С с получением светло-серого композиционного титансодержащего продукта с размером частиц менее 5 мкм и следующими показателями свойств: белизна -91,4 усл. ед, укрывистость - 80,0 г/м², маслоемкость - 19,2 г /100 г композиции, содержание водорастворимых соединений - 0,90%. Эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 450°С с получением темно-серого композиционного железосодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 52,1 г/м², маслоемкость - 18,9 г/100 г композиции.

Пример 3. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и получают из него сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты согласно Примеру 1. Затем раздельно измельчают сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты в шаровой мельнице при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:10, в течение 1 часов. После этого полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке. Сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 80°С с получением светло-серого композиционного титансодержащего продукта с размером частиц менее 5 мкм и следующими показателями свойств: белизна - 90,0 усл. ед, укрывистость - 84,0 г/м², маслоемкость - 18,5 г/100 г композиции, содержание водорастворимых соединений - 1,1%. Эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 400°С с получением темно-серого композиционного железосодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 52,0 г/м², маслоемкость - 20 г/100 г композиции.

Пример 4. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и получают из него сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты согласно Примеру 2. Перед измельчением в полученный сфенсодержащий полупродукт добавляют модификатор цвета в виде оксида железа в количестве 5 мас. %) по Fe₂O₃. После измельчения сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 100°С с получением бежевого композиционного титансодержащего продукта с размером частиц менее 5 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 84,3 г/м², маслоемкость - 18 г/100 г композиции, содержание водорастворимых соединений - 0,91%. Эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 450°С с получением темно-серого композиционного железосодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 53,3 г/м², маслоемкость - 18,5 г/100 г композиции.

Пример 5. Берут 1 кг пенного продукта апатито-нефелиновой флотации и получают из него сфенсодержащий и эгиринсодержащий полупродукты согласно Примеру 2. Перед измельчением в полученный сфенсодержащий полупродукт добавляют модификатор цвета в виде оксида хрома в количестве 1 мас. %) по Cr₂O₃. После измельчения сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 100°С с получением салатового композиционного титансодержащего продукта с размером частиц менее 5 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость 83,2 г/м², маслоемкость - 18,0 г/100 г композиции, содержание водорастворимых соединений - 0,84%. Эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 450°С с получением темно-серого композиционного железосодержащего продукта с размером частиц менее 10 мкм и следующими показателями свойств: укрывистость - 55 г/м², маслоемкость - 19 г/100 г композиции.

Из анализа вышеприведенных Примеров видно, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет повысить его технологичность за счет сокращения числа операций, улучшить экологичность в результате замены жидкофазных химических операций на твердофазные, исключающие образование вредных кислых стоков, а также повысить (в среднем на 30%) степень использования исходного сырья при одновременном увеличении ассортимента получаемых композиционных продуктов, которые могут найти широкое применение в строительной и лакокрасочной промышленности.

Изобретение относится к переработке поликомпонентных минеральных техногенных отходов, а именно пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, с получением продуктов, используемых в строительной и лакокрасочной промышленности. Осуществляют магнитную сепарацию пенного продукта апатито-нефелиновой флотации с отделением немагнитной фракции от магнитной. После разделения немагнитную и магнитную фракции подвергают классификации с получением из немагнитной фракции сфенсодержащего полупродукта, а из магнитной фракции - эгиринсодержащего полупродукта. Проводят раздельное измельчение в шаровой мельнице этих полупродуктов при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:5-10, в течение 1-10 ч. Полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке, причем сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 80-150°С с получением композиционного титансодержащего продукта, а эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 400-500°С с получением композиционного железосодержащего продукта. Способ обеспечивает повышение его технологичности за счет сокращения числа операций, улучшает экологичность вследствие исключения вредных кислых стоков. 1 з.п. ф-лы, 5 пр.

1. Способ переработки пенного продукта апатито-нефелиновой флотации, включающий его магнитную сепарацию с отделением немагнитной фракции от магнитной, обработку немагнитной фракции с получением сфенсодержащего полупродукта, его сушку и измельчение с получением композиционного титансодержащего продукта, отличающийся тем, что после разделения немагнитной и магнитной фракций осуществляют их обработку путем классификации с получением из немагнитной фракции сфенсодержащего полупродукта, а из магнитной фракции - эгиринсодержащего полупродукта, затем проводят раздельное измельчение в шаровой мельнице этих полупродуктов при их массовом отношении к массе шаров, равном 1:5-10, в течение 1-10 ч, после чего полученные порошкообразные полупродукты подвергают термообработке, причем сфенсодержащий порошкообразный полупродукт сушат при температуре 80-150°С с получением композиционного титансодержащего продукта, а эгиринсодержащий порошкообразный полупродукт прокаливают при температуре 400-500°С с получением композиционного железосодержащего продукта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при измельчении сфенсодержащего полупродукта к нему добавляют модификатор цвета в виде оксида железа или оксида хрома в количестве 1-5 мас.%.