Способ переработки шлама хроматного производства Российский патент 2025 года по МПК C01G37/00 

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к переработке шлама хроматного производства, полученного после переработке руды Кемпирсайского месторождения по бездоломитной технологии.

Известен способ переработки шлама хроматного производства, включающий обработку его суспензии углекислотой, отделение твердого остатка, декарбонизацию раствора бикарбоната магния, отделение осадка основного карбоната магния, его сушку и прокалку (Патент РФ №2281249, Способ переработки шлама хроматного производства, МПК G01G 37/14 от 10.08.2006). Перед карбонизацией шлама проводят его обработку маточными растворами, полученными после выделения основного карбоната магния. Предварительную обработку шлама маточными растворами проводят при интенсивном перемешивании в течение 10-30 мин при 30-90°С. Суспензию шлама после предварительной обработки подвергают фильтрации или отстаиванию с получением хромата натрия, очищенного от магния.

Недостатком способа является то, что из шлама извлекается только водорастворимый и кислоторастворимый шестивалентный хром. Процесс обработки суспензии громоздкий, трудноосуществимый и направлен в основном на извлечение из шлама магниевых соединений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является способ переработки шлама хроматного производства, включающий обработку шлама водой с добавлением серной кислоты, разделение суспензии на фильтре, промывку вторичного шлама водой и удаление вторичного шлама (Патент РФ №2652178 Способ переработки шлама хроматного производства, МПК С01G 37/00 от 08.08.2017). При обработке шлама раствором серной кислоты суспензию подвергают озонированию, а при промывке вторичного шлама водой в нее добавляют восстанавливающий реагент - водный раствор сульфата и/или хлорида двухвалентного железа в количестве не менее 0,3 м³/т вторичного шлама. Переработке подвергают шлам производства хромата натрия по бездоломитной технологии.

Недостатком наиболее близкого аналога является повышенная трудоемкость способа ввиду его многостадийности, а также большое количество используемых в способе веществ: серной кислоты, озона и т.д.

В настоящее время технической проблемой является разработка производительных способов переработки шламов, полученных при переработке руд по бездоломитной технологии со сниженным количеством отбросного шлама, с пониженным содержанием хрома и натрия в отбросном шламе после восстановления шестивалентного хрома, и с возможным его использованием в строительных материалах.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение производительности способа, а также сокращение используемых в способе веществ.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе переработки шлама хроматного производства, включающем извлечение хрома из шлама, полученного по бездоломитной технологии переработки руд, согласно предлагаемому решению, шлам, полученный после переработки руды Кемпирсайского месторождения подвергают обжигу при температуре 1200-1260°С, после чего шлам подвергают размолу, выщелачиванию водой и отделению полученного осадка от раствора хромата натрия. Для более полного извлечения хрома при обжиге в шлам добавляют 50% кальцинированной соды от стехиометрии на содержание оксида трехвалентного хрома Сr₂O₃.

Технический результат - повышение производительности способа в предлагаемом решении достигается сокращением числа операций. К тому же, в нем сокращается количество используемых веществ.

Химический состав шламов хроматного производства зависит от состава исходной руды и степени окисления хрома. Максимальная степень извлечения хрома из руды, достигнутая в мировой практике, составляет 95%, в производствах на территории России и Казахстана - 90%.

Химический состав шлама хроматного производства, полученного с использованием руды Кемпирсайского месторождения, мас.%:

Na₂O 14-18 Cr₂O₃ 5-11 CrO₃ 0,1-0,5 Al₂O₃ 7-11 Fe₂O₃ 16-19 MgO 23-30 SiO₂ 7-14 СaO ≤0,6

Фазовый состав спеков и шламов, полученных по бездоломитной технологии производства монохромата натрия, до настоящего времени не изучен.

Натрий в шламе может содержаться в следующих соединениях:

Метаалюминат натрия - Na₂Al₂O₄;

Метаферрит натрия - Na₂Fe₂O₄;

Силикаты натрия - 2Na₂O×SiO₂, 3Na₂O×2SiO₂, Na₂O×SiO₂, Na₂O×2SiO₂;

Нефелин - Na₂O×Al₂O₃×2SiO₂;

Жадеит - Na₂O×Al₂O₃×4SiO₂;

Альбит - Na₂O×Al₂O₃×6SiO₂;

Натрийхромитовый силикат - NaCrSi₂O₆.

При окислительной прокалке шлама часть натрия может освобождаться и связываться с хромитом по реакции:

4Na+Cr₂O₃+5/2O₂→2Na₂CrO₄

Оптимальная температура обжига шлама находится в интервале 1200-1260°С. При температуре обжига шлама меньше 1200°С снижается степень извлечения хрома из шлама. Повышение же температуры обжига шлама выше 1260°С приводит к увеличению энергозатрат на переработку шлама.

Способ переработки шлама хроматного производства осуществляется следующим образом.

Шлам прокаливают в муфельной печи при температуре прокалки в течение 39 минут. Затем спек перетирают в ступке. Репульпируют в воде при соотношении твердого к жидкому 1:2,5, перемешивают 10-15 минут и отфильтровывают раствор, который отправляют в производство монохромата натрия. Отбросный шлам сушится и складируется для дальнейшей переработки. Для повышения эффективности извлечения хрома и натрия добавляют к прокаливаемому шламу кальцинированную соду из расчета на 1 моль оксида трехвалентного хрома 1 моль кальцинированной соды, что составляет 50% от стехиометрии на реакцию оксида хрома с кальцинированной содой.

Способ опробован на АО «НОВОТРОИЦКИЙ ЗАВОД ХРОМОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ».

Шлам монохроматного производства прокаливали в муфельной печи с добавкой и без добавки кальцинированной соды, полученный спек перетирали, репульпировали в воде. Отбросной шлам отфильтровывали и промывали на воронке Бюхнера, а затем сушили его.

Пример 1

Навеску шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 7,59% и Na₂O 15,90% прокалили в течение 30 минут при температуре 1250°С. После его обработки получили 54,9 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 3,87% и Na₂O 10,7%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,0759=4,55 г, осталось в шламе после обработки - 54,9×0,0387=2,125 г, а извлекли из шлама - 4,55-2,125=2,425 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 2,425:4,55×100=53,3%.

Na₂O поступило со шламом 60×0,159=9,54 г, в отбросном шламе осталось 54,9×0,107=5,87 г, а извлекли из шлама - 9,54-5,87=3,67 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило 3,67:9,54×100=38,47%.

Пример 2

Навеску шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 8,40% и Na₂O 16,20% прокалили в течение 30 минут при температуре 1200°С. После его обработки получили 55,0 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 4,54% и Na₂O 11,20%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,084=5,04 г, осталось в шламе после обработки - 55,0×0,0454=2,497 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 2,543:5,04×100=50,5%.

Na₂O поступило со шламом 9,72 г, в отбросном шламе осталось 55,0×0,1025=5,64 г, а извлекли из шлама - 9,72-5,64=4,08 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило 4,08:9,72×100=42,0%.

Пример 3

Навеску шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 9,92% и Na₂O 16,40% прокалили в течение 40 минут при температуре 1250°С. После его обработки получили 54,1 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 4,82% и Na₂O 8,10%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,0992=5,95 г, осталось в шламе после обработки - 54,1×0,0482=2,61 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 3,34:5,95×100=56,1%.

Na₂O поступило со шламом 9,84 г, в отбросном шламе осталось 54,1×0,081=4,38 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило 5,46:9,84×100=55,5%.

Пример 4

Навеску шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 5,47% и Na₂O 14,1% прокалили в течение 30 минут при температуре 1200°С. После его обработки получили 57,9 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 2,80% и Na₂O 10,10%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,0547=3,28 г, осталось в шламе после обработки - 57,9×0,028=1,62 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 1,66:3,28×100=50,61%.

Na₂O поступило со шламом 8,46 г, в отбросном шламе осталось 57,9×0,101=5,85 г, а извлекли из шлама - 8,46-5,85=2,61 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило 2,61:8,46×100=30,85%.

Пример 5

Навески шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 9,92% и Na₂O 17,0% и кальцинированной соды массой 4,1 г прокалили в течение 30 минут при температуре 1200°С. После обжига получили 54,7 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 3,10% и Na₂O 10,35%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 5,932 г, осталось в шламе после обработки – 54,7×0,037 = 1,70 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 4,232:5,932×100=71,34%.

Na₂O поступило со шламом 60×0,17+4,1×62:106=12,60 г, в отбросном шламе осталось 54,7×0,1035=5,66 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило (10,2-5,66):10,2×100=44,51%.

Пример 6

Навески шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 8,40% и Na₂O 16,20% и кальцинированной соды массой 3,6 г прокалили в течение 30 минут при температуре 1260°С. После обжига получили 53,55 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 1,09% и Na₂O 8,50%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,084=5,04 г, осталось в шламе после обработки – 53,55×0,0109=0,584 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 4,46:5,04×100=88,40%.

Na₂O поступило со шламом 60×0,162+3,6×62:106=11,83 г, в отбросном шламе осталось 53,55×0,085=4,55 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило (9,72–4,55):9,72×100=53,19%.

Пример 7

Навески шлама массой 60 г с содержанием Cr₂O₃ 5,47% и Na₂O 14,10% и кальцинированной соды массой 3,4 г прокалили в течение 30 минут при температуре 1250°С. После обжига получили 57,30 г отбросного шлама с содержанием Cr₂O₃ 1,06% и Na₂O 10,68%.

Масса Cr₂O₃ в исходном шламе составила 60×0,0547=3,28 г, осталось в шламе после обработки - 57,30×0,0106=0,60 г. Таким образом, извлечение хрома из шлама составило 2,68:3,28×100=81,70%.

Na₂O поступило со шламом 60×0,141+3,4×62:106=10,49 г, в отбросном шламе осталось 57,30×0,1068=6,12 г. Таким образом, извлечение натрия из шлама составило (8,46-6,12):8,46×100=27,70%.

Как видно из примеров, предлагаемый способ позволяет извлечь из шлама при обжиге без добавления кальцинированной соды 50-70% хрома и натрия до 55%. При добавлении к шламу 50% кальцинированной соды от стехиометрии на содержание Cr₂O₃ в шламе извлечение хрома составляет 71-88%, а степень извлечения натрия доходит до 53%.

Таким образом, наряду с высокими показателями извлечения из шлама хрома и натрия предлагаемый способ сокращает число технологических операций, увеличивая производительность, снижает число используемых в способе веществ, включая таких дорогостоящих, как озон.

Предлагаемый способ переработки шлама хроматного производства найдет применение при утилизации шламов, полученных по бездоломитной технологии переработки руд Кемпирсайского месторождения, или шламов, сходных по составу, при получении продуктов для промышленности, таких как строительные материалы.

Изобретение относится к области цветной металлургии. Способ переработки шлама хроматного производства включает извлечение хрома из шлама, полученного после переработки руды Кемпирсайского месторождения по бездоломитной технологии, содержащего, мас.%: 14-18 Na₂O, 5-11 Cr₂O₃, 0,1-0,5 CrO₃, 7-11 Al₂O₃, 16-19 Fe₂O₃, 23-30 MgO, 7-14 SiO₂, ≤0,6 CaO. Шлам подвергают обжигу при температуре 1200-1260°С, затем осуществляют размол, выщелачивание водой и отделение полученного осадка от раствора хромата натрия. При обжиге в шлам может быть добавлена кальцинированная сода. Обеспечивается повышение производительности и снижение числа используемых в способе веществ. 1 з.п. ф-лы, 7 пр.

1. Способ переработки шлама хроматного производства, включающий извлечение хрома из шлама, полученного после переработки руды по бездоломитной технологии, отличающийся тем, что в качестве упомянутого шлама используют шлам, полученный после переработки руды Кемпирсайского месторождения, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Na₂O 14-18 Cr₂O₃ 5-11 CrO₃ 0,1-0,5 Al₂O₃ 7-11 Fe₂O₃ 16-19 MgO 23-30 SiO₂ 7-14 CaO ≤0,6,

который подвергают обжигу при температуре 1200-1260°С, размолу, выщелачиванию водой и отделению полученного осадка от раствора хромата натрия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при обжиге в указанный шлам добавляют кальцинированную соду в количестве 50% от стехиометрии на реакцию оксида трехвалентного хрома с кальцинированной содой.