|
|
технология редких элементов. ВвТРиРЭ2 шпора. Обогащение руд Цель процесса максимальное обогащение бедной рудной массы по ценному компоненту для удешевления последующей переработки Результат процесса рудный концентрат, состоящий, в основном, из минерала ценного компонента Добыча руд
Обогащение руд
Цель процесса – максимальное обогащение бедной рудной массы по ценному компоненту для удешевления последующей переработки
Результат процесса – рудный концентрат, состоящий, в основном, из минерала ценного компонента
Добыча руд
|
Титаномагнетиты
Основной компонент руды - железо
W – побочный продукт
Обогащение
На Качканарском ГОКе для обогащения руды сооружен комплекс цехов:
крупного дробления
среднего и мелкого дробления
обогащения
Краткая характеристика:
дробление в 4 стадии от 0-1200 мм до -20 мм на конусных дробилках
классы +12 и +6 мм подвергаются сухой магнитной сепарации (СМС)
мокрое магнитное обогащение включает в себя 3 стадии измельчения и 4 стадии мокрой магнитной сепарации (ММС), в процессе которых, последовательно вскрываются зерна магнетита и удаляется пустая порода
после 4-ой сепарации концентрат сгущают и фильтруют на дисковых вакуум-фильтрах
пески сгустителей перед фильтрацией размагничивают пустая порода - сырье для производства щебня, хвосты ММС отправляют на осветление
|
Лопарит
Лопарит – комплексный минерал титана, ниобия, тантала и РЗМ
Обогащение лопарита
Исходную руду подвергают дроблению дробилки и мокрому измельчению стержневые мельницы
Измельченный материал подвергается гидравлической классификации
Крупные классы направляют на отсадку, а мелкие – на концентрационные столы.
Получаемый после гравитационного обогащения концентрат обезвоживают, сушат и подвергают электромагнитной сепарации для удаления эгирина Na,Fe[Si2O6]
|
Циркон
Циркониевые и титановые концентраты получают комбинацией гравитационных, магнитных, электрических и флотационных методов
Гравитационное обогащение
Электромагнитное обогащение
Электростатическая сепарация
Основана на различии в электропроводности материалов
Проводники: магнетит, ильменит, рутил, хромит Непроводники: циркон, алюмосиликаты
Все минералы в электростатическом поле поляризуются, направляются к вращающемуся электроду Частицы непроводящих остаются на электроде, а проводящих — передают свой заряд электроду, заряжаются одноименно с электродом и отталкиваются от него
|
Обогащение ТЦР
На I этапе осуществляют дезинтеграцию в скрубберах, обесшламливание в гидроциклонах и струйных зумпфах и гравитационное обогащение на многоярусных конусных сепараторах
Для получения индивидуальных концентратов используют сочетание электростатической и электромагнитной сепарации
Если в коллективном концентрате преобладают рутил, циркон и алюмосиликаты, то процесс доводки начинается обычно с передела электростатической сепарации
Если же в коллективном концентрате преобладает магнитный ильменит, то технологический процесс начинается с передела магнитной сепарации
|
Апатит
Перспективна азотнокислая схема переработки апатита
Руду добывают открытыми (карьеры) и подземными (шахты) способами
Исходная руда подвергается крупному, среднему и мелкому дроблению на конусных дробилках
Дробленная руда измельчается в шаровых мельницах
Основной метод обогащения - флотация
Готовый флотационный концентрат обезвоживают в гидроциклонах и сгущают в сгустителях
Нижний слив сгустителя фильтруют на дисковых вакуум-фильтрах и сушат при 500 0С в сушильных барабанах, подключенных к системе пылеулавливания
Флотация - способ разделения минералов, основанный на различии в их смачиваемости
|
Собиратель – в-о, способное адсорбироваться на поверхности минерала и придать ей гидрофобные свойства
Активатор – в-во, активирующее переход ценного минерала во флотационную пульпу
Депрессор – в-о, препятствующее переходу ценного минерала во флотационную пульпу
Пенообразователь – в-во, благодаря которому на поверхности жидкости образуется пена, удерживающая частицы минералов
Эффективность флотации
Смачиваемостью частиц минерала H2O
Продолжительностью контакта с реагентами
Плотностью пульпы Температурой
Группы собирателей:
анионные – органические кислоты, мыла и т.д.
катионные – амины, соли аминов и т.д.
аполярные – минеральные и древесные масла и смолы, не диссоциирующие в воде
|
Флотация апатита
В качестве собирателя для флотации апатита выбраны талловые масла(Талловые масла – смесь ненасыщенных жирных кислот, получаемых в ходе переработки целлюлозы), основой которых являются входящие в их состав высокомолекулярные карбоновые кислоты
Определяющим элементом с точки зрения сорбции жирнокислотного собирателя является кальций, что определяет предпочтительную флотацию апатита
Технологическая схема получения апатитового концентрата включает в себя основную, контрольную и три перечистные операции.
|
Переработка концентратов минералов редких металлов отделение извлекаемого металла от основной массы сопровождающих элементов и концентрирование его в растворе или осадке.
Сподумен
Вскрытие, Выщелачивание, Очистка от примесей,
Аппаратура
Обжиг и сульфатизацию в вращающихся трубчатых печах
Выщелачивание ведут
в реакторе при непрерывном перемешивании
фильтрации и промывку на барабанном вакуум-фильтре
центрфугированием отделяют Li2CO3
|
Переработка шеелита. Химизм
Выщелачивание, фильтрация, фильтрат очищают от кремния, фильтрация, осадок утилизируют, фильтрат очищают от As, P, F, фильтрация, фильтрат очищают от Mo, фильтрация, рр осаждение шеелита, фильтрация, осадок получение вольфрамовой кислоты, промывка, сушка, вольфрамовый концентрат.
Аппаратура
Выщелаивание в батарее колонных автоклавов периодического действия,
Для обогрева и перемешивания пульпы используется острый пар
Пульпа из автоклавов поступает в самоиспаритель – аппарат, находящийся при более низком давлении, в котором происходит интенсивное испарение и вследствие этого быстрое охлаждение пульпы.
Образующийся вторичный пар используют для подогрева автоквлавной пульпы
Из самоиспарителя пульпа поступает в сборники и далее на фильтрацию на дисковых вакуумных фильтрах
|
апатит
Вскрытие, Выделение стронция Отделение кальция Выделение фтора (вводят соду) Осаждение РЗЭ (нейтрализуют аммиаком)
Переработка апатита. Выделение РЗЭ
При переработке РЗЭ-концентрата необходимо обеспечить возврат фосфора в основную технологическую схему
Концентрат растворяют в азотной кислоте, а затем осаждают оксалаты РЗЭ щавелевой кислотой
Из концентрата щелочью осаждают гидроксиды РЗЭ, переводя фософор в Na3PO4
Так как апатит является главным образом источником фосфора, то технология выделения РЗЭ должна рассматриваться как побочный процесс
|
Циркон
Твердофазные реакции – гетерогенные химические реакции, в которых исходные вещества и продукты – твердые вещества
Элементарные стадии ТФР
Активация и отрыв от поверхности частиц менее термостабильного компонента А
Перенос А через разделяющие среды к поверхности компонента В (внешняя диффузия)
Адсорбция частиц А на поверхности B и образование тонкого слоя хемосорбированного А
Химическое взаимодействие с образованием АВ
Образование зародышей АВ, а затем слоя АВ, покрывающего границу раздела фаз
Диффузия частиц А через слой АВ (внутренняя)
|
Термодинамика ТФР
С точки зрения термодинамики, ТФР обычно идут до конца, если:
они являются экзотермическими (Н<0)
образуются менее упорядоченные структуры (S>0)
Кинетика ТФР
Лимитируются диффузией (внешняя и внутренняя), скоростью хим взаимодействия, скоростью образования зародышей (редко)
Особенности диффузионной кинетики:
Скорость реакции сильно возрастает при увеличении температуры
Диффузионное торможение слоем продукта реакции зависит от его свойств: если удельный объем образующейся фазы меньше, чем у исходной, то образуется пористый слой
Очень плотный слой продукта может отслаиваться от реагента
|
Пути интенсификации ТФР
Механическое измельчение реагентов (дробление, размол, истирание)
Активирование реагентов (конденсация при быстром охлаждении, химическое осаждение с последующей термообработкой, др.)
Увеличение площади контакта реагентов (брикетирование или гранулирование шихты)
Добавка к шихте легкоплавких веществ (плавней) или веществ, образующих легкоплавкие эвтектики с реагентом
|
Спекание с мелом (известью, Ca(OH)2)
Выщелачивание спёков
Для выщелачивания известково-цирконового спёка можно использовать HCl, HNO3, H2SO4
Двухстадийная схема:
5-7% НА – происходит растворение CaO, CaCl2 разлагаются силикаты кальция с образованием золя кремневой кислоты
НА конц – разлагаются цирконаты, цирконо-силикаты, H3SiO4, Образуется гель, частично сорбирующийся Zr
Одностадийная схема:
H2SO4 конц – образуется плотные осадки кремневой кислоты, однако Ca переходит в плохо фильтрующийся гипс
Основная масса ферритов и алюминатов разлагается, титанаты кальция растворяются только в H2SO4 конц.
Выщелачивание ведут в каскаде аппаратов с пневматическим перемешиванием Фильтрацию осуществляют на фильтр-прессах
|
Преимущества
Универсальность
Дешевизна реагентов
Высокая степень разложения циркона
Простота организации крупномасштабного процесса и используемого оборудования
Недостатки
Высокие потери циркония
Недостаточная очистка от примесей (Si, Fe)
Невозможность «прямого» разделения циркония и гафния
|
Спекание с кальцинированной содой (Na2CO3)
Tпл (Na2CO3)=876 0C
При нагревании сода не разлагается, а плавится
Спекание с содой. Аппаратура. Параметры
Спекание ведут во вращающихся или шахтных гарниссажных электропечах
Оптимальная температура 1140-1180 0с
Время вскрытия: 1-1.5 часа
Степень вскрытия – 98-99 %
Пылеунос – до 4 % шихты
|
Содовая схема. Выщелачивание
Выщелачивание ведут в 2 стадии: водное и кислотное
Цель водного выщелачивания – отмывка от избыточной соды и частичный вывод кремнекислоты (силикатов)
Цель кислотного выщелачивания – максимальный перевод циркония в раствор при удержании кремния в виде кремнегеля
Водное выщелачивание, реагент оборотный содовый р-р, Т=40-60, t=30 мин, продукты – циркониевый кек, содовый р-р.
Кислотное выщелачивание. Реагент HNO3 45%, T = 90-95, t=2-3 часа. Продукты – цирконий содержащий р-р – на экстракционную очистку.
|
Аппаратура
Операции водного и кислотного выщелачивания ведут в аппаратах из нержавеющей
Фильтрацию ведут на рамных фильтр-прессах (циркониевый кек), дисковых вакуумных (кремнекислота) и патронных (контрольный) фильтрах
Преимущества
Универсальность
Низкие потери циркония
Высокая степень разложения циркона
Хорошая очистка от примесей
Простота организации крупномасштабного процесса и используемого оборудования
Возможно последующее разделение Zr и Hf
Недостатки
Высокая стоимость реактивов
Агрессивность спека к огнеупорам
|
Апатит
Хлорирование в расплаве. Аппаратура
Хлоратор - шахту прямоугольного сечения с высотой уровня расплава около 3 метров
Нагрев хлоратора ведут специальными графитовыми нагревателями
Температура процесса 850 –900 0С
Очистка от Fe и Al
Парогазовую смесь (ПГС) подвергают очистке от хлоридов Fe и Al на солевых фильтрах
Принцип солевой очистки состоит в образовании устойчивых соединений при взаимодействии пара хлоридов железа и алюминия с NaCl
Прочность комплексных соединений на основе Fe и Al значительно выше, чем у
Nb, Ta и Ti
|
Система конденсации
На 1-ой ступени в специальных камерных конденсаторах осаждают основную часть твердых хлоридов тантала и ниобия
Окончательное улавливание твердых хлоридов происходит в оросительных конденсорах, здесь же конденсируются и пары TiCl4
Ректификация
Высокая агрессивность газожидкостных потоков, поэтому аппаратура из спецсталей на основе Cr и Ni, эмалирование конструкций. Часть W сопровождается тантал, поэтому направляют на химико-сорбционную очистку. Ее суть –пропускание хлоридов через слой активной насадки состоящей из смеси латунной стружки и угля. Ti и Si сорбируются активированным углём, летучие хлориды Fe и W в менее летучие низшие
|
Получение чистых соединений
Осуществляется химическими процессами в водных растворах (экстракция, ионный обмен, осаждение, кристаллизация и др.).
Для дополнительной очистки могут применяться и высокотемпературные процессы – возгонка хлоридов, ректификация галогенидов и т.п
Разделение РЗЭ методами селективного окисления и восстановления
Основаны на способности Ce окисляться, а Sm, Eu и Yb – восстанавливаться
По свойствам церий (IV) близок к Th и Ti, а Sm, Eu и Yb с валентностью (II) – к щелочноземельным элементам
Степень окисления +4 проявляют также празеодим и тербий, однако в промышленности это не используют из-за низкой эффективности
|
Отделение церия
Отделение церия от остальных РЗЭ проводят на начальных стадиях разделения
ОВ-потенциал системы Ce4+/Ce3+ зависит от природы минеральной кислоты и ее концентрации
Церий (IV) отделяют от других РЗЭ осаждением гидроксида (pHосаждения=1.0) или экстракцией ТБФ в азотнокислых растворах (Сe(IV)/Ln>30)
Окисление воздухом
Недостатки:
Низкая степень окисления церия (90-95 %)
Длительность
Загрязнение Сe(OH)4 другими РЗЭ за счет его высокой сорбционной способности
|
Окисление с добавками озона (0.01 г/л)
Степень перевода церия в концентрат – 98-99 % (за 30 минут при обычном давлении)
Окисление перманганатом калия
В слабокислый раствор нитратов при быстром перемешивании добавляют 20 %-ный раствор KMnO4 и соды (1:4) Осадок фильтруют и промывают подкисленной горячей водой при pH=1.2-2.0
После 3-х стадийной репульпации осадок растворяют в соляной кислоте
Из полученного раствора осаждают оксалат церия
| |
|
|
Скачать 78.94 Kb.