УДК 669.053
СЕЛЕКТИВНОЕ ОСАЖДЕНИЕ МАРГАНЦА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ
© Теляков Алексей Наильевич, канд. техн. наук, e-mail: 9418960@mail.ru; Петухов Алексей Андреевич, e-mail: iampetukhov@gmail.com; Дарьин Алексей Александрович, канд. техн. наук, e-mail: darinbox@mail.ru;
Теляков Наиль Михайлович, д-р техн. наук, проф., e-mail: 9418960@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». Россия, г. Санкт-Петербург
Статья поступила 19.01.2015 г.
Описана технология переработки глубоководных железомарганцевых конкреций Балтийского моря с применением сульфатизирующего обжига. Показано, что с использованием этой технологии возможно извлечение марганца в раствор без перехода фосфора. Приведены результаты исследований по осаждению марганца аммиаком при дальнейшей переработке фосфорсодержащих железомарганцевых конкреций (ЖМК). На основе результатов сделан вывод о возможности применения гидрометаллургической схемы осаждения марганца после сульфатизирующего обжига при переработке ЖМК.
Ключевые слова: марганец; железомарганцевые конкреции; сульфатизирующий обжиг; осаждение аммиаком.
Решение проблемы обеспечения российской промышленности марганцевым сырьем, основную долю которого составляет импорт, связано с необходимостью разработки технологии получения чистых марганцевых продуктов из фосфорсодержащих железомарганцевых конкреций. Общие запасы подводных руд океана превышают 1,6-1012 т, залежи месторождения Восточно-Финского рудного района оцениваются в 12 млн т [1].
Существенное отличие шельфовых конкреций Финского залива (ШЖМК), глубина залегания которых около 30-70 м, от океанических (с глубиной залегания более 1000 м) состоит в том, что в их состав входит 1,5-4,0% фосфора [2], являющегося недопустимой примесью в конечном продукте, например, ферромарганце (используемом для раскисления стали при выплавке), а также отсутствие в ШЖМК значительных количеств цветных металлов.
Обязательным требованием к технологии является необходимость разделения фосфора и марганца при переработке для соблюдения требований по содержанию соединений фосфора в товарном продукте. Кроме того, необходимо учитывать возможность образования труднофильтруемых растворов при выщелачивании ввиду значительного количества кремнезема в составе.
На кафедре печных технологий и переработки энергоносителей Горного университета были проанализированы сернокислотный способ переработки конкреций и метод сульфатизирующего обжига в кипящем слое с последующим селективным выщелачиванием.
Результаты исследований показали недостаточность применения безобжиговой технологии как самостоятельной операции для переработки фосфорсодержащих ЖМК Балтийского моря. Основной ее недостаток - переход фосфора в раствор после процесса выщелачивания, что требует создания дополнительных условий для разделения и фильтрации растворов. Преимущество пирометаллур-гической технологии (сульфа-тизирующий обжиг в кипящем слое с последующим селективным выщелачиванием) заключается в разделении марганца и фосфора в диапазоне температур обжига (400-800 °С), находящегося в исходной форме Са3(Р04)2, и переход фосфора в кек на стадии фильтрации.
Укрупненно-лабораторные испытания по сульфатизиру-ющему обжигу проводили на установке кипящего слоя при 550 °С с использованием соответствующих методик [3]. В качестве сырья для переработки были взяты фосфорсодержащие ЖМК Балтийского моря определенного состава, приведенного ниже (по основным элементам, мас. %): Мп 24,91; Бе 12,04; Р 4,6; 18,07; А1 6,25; Ыа 3,98; Mg 4,32; К 2,79; Са 2,69; С1 0,41; Ва 0,96.
В реактор, разогретый до температуры опыта, подавали газовую смесь Я02-воздух, после чего вводили предварительно измельченную в валковой дробилке навеску ЖМК крупностью -250+160 мкм. По прошествии определенного времени огарок сульфатизирующего обжига выгружали из реактора, взвешивали и анализировали на содержание соответствующих элементов. При оптимальных параметрах обжига степень сульфатизации марганца составила 94,9%.
выщелачивания огарков с помощью аммиачной воды. Преимущество такого способа заключается в том, что полученный в результате раствор сульфата аммония легко обезвреживается либо выпаркой с последующей кристаллизацией сульфата аммония в товарный продукт, либо разлагается при нагревании известковым молоком с получением отвальной и безвредной пульпы сульфата кальция и аммиачной воды, возвращаемой в процесс [5].
Осаждение марганца в растворе протекает по реакции
МПБ04 + 2ЫИ4ОИ + 1/202 + Н20 =
= Мп(ОН)4 + №4)2804.
Укрупненные испытания проводили на лабораторной установке (рис. 1). Для осаждения марганца из раствора применяли аммиачную воду с концентрацией 150-200 г/м3, в качестве окислителя использовали технический кислород и кислород воздуха. Исследованные параметры: рН, температура пульпы, продолжительность перемешивания, количество окислителя. Процесс осаждения проводили в трех режимах: при подаче технического кислорода, при подаче кислорода воздуха и без подачи воздуха.
График на рис. 2 демонстрирует зависимости извлечения марганца от времени при оптимальных условиях осаждения. Опыты проводили при давлении 50,66 кПа и температуре 50 °С, рН поддерживали в пределах 7,8-8,2. Теоретический расход аммиака (100%-ного) на осаждение марганца равен 0,67 г/г согласно приведенной выше
2
Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - вентилятор; 2 - термометр; 3 - расходомер; 4 - воздухоподогреватель; ,_ 5 - ПУ контактным термометром; 6 - контактный термометр; 7 - теплоизолированный воздуховод; 8 - реактор;
9 - водяная баня с встроенной системой терморегулирования; 10 - рН-метр; 11 - мешалка механическая с электроприводом; | 12 - насос перистальтический; 13 - бюретка; 14 - штатив; 15 - конденсатор; 16 - регулятор расхода
Результаты выщелачивания огарка сульфатизирующего обжига ЖМК
Наименование продукта Распределение, %
Mn Fe ^5
Огарок 100,00 100,00 100,00
Раствор от выщелачивания 88,72 0,55 0,00
Остаток от выщелачивания 11,28 99,45 100,00
При выщелачивании огарка от обжига и пыли водным раствором при 50 °С, отношении Ж:Т = 3:1 продолжительностью 15 мин 88,72% марганца переходят в раствор (см. таблицу). При таких параметрах процесса выщелачивания огарка обжига переход фосфора в раствор не отмечается.
Незначительный переход фосфора в раствор отмечался в случае выщелачивания пыли обжига [4]. По этой причине были проведены исследования по получению чистых осадков диоксида марганца из растворов. Существует множество способов выделения марганца из растворов. Среди них самые распространенные - осаждение карбоната марганца содой и гидрооксида марганца аммиачной водой, либо каустической содой. Недостатком способа с применением кальцинированной или каустической соды является получение стоков, загрязненных сульфатом натрия, эффективной очистки от которого в настоящее время не существует. В связи с этим для проведения дальнейших испытаний было запланировано выделение марганца из сульфатного раствора
Рис. 2. Зависимость извлечения Mn от продолжительности перемешивания: 1 - подача технического кислорода;
2 - подача воздуха; 3 - без подачи воздуха
реакции. В среднем на опытной установке расход аммиака составил 0,7-0,8 г/г, или 104-119% от стехиометрического состава. Извлечение марганца составило 99,1 и 99,99% при подаче воздуха и технического кислорода соответственно.
Заключение. Полученные результаты позволяют рекомендовать гидрометаллургическую схему осаждения марганца после сульфатизирующе-го обжига при переработке железомарганцевых конкреций, с возможностью регенерации аммиа-
ка в дистилляционных колоннах и возвратом его в процесс на осаждение марганцевого концентрата.
Библиографический список
1. Иванова А.М., Смирнов А.Н., Рогов В.С. и др. Шель-фовые железомарганцевые конкреции - новый вид минерального сырья // Минеральные ресурсы России, 2006. № 6. С. 15-17.
2. Теляков Н.М. Теория и практика извлечения благородных металлов при комплексной переработке руд с применением сегрегационного и сульфатизирующего обжигов. СПбГИ, 2000. 60 с.
3. Св-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2014616892. Электронное учебное пособие по математическому планированию промышленного эксперимента. Авторы: Бажин В.Ю., Шахова Н.А., Фещенко Р.Ю., Пат-рин Р.К. Зарегистр. 08.07.2014.
4. Дарьин А.А. Технология получения марганцевого концентрата из фосфорсодержащих шельфовых железо-марганцевых конкреций. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПбГГИ(ТУ), 2009. 21 с.
5. Смирнов А.В. Осаждение железа и марганца из сульфатных растворов с применением газового реагента при переработке марганецсодержащих материалов. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПбГГИ(ТУ), 2010. 20 с.
SELECTIVE PRECIPITATION OF MANGANESE WHEN PROCESSING PHOSPHORUS-CONTAINING FERROMANGANESE NODULES
© Telyakov A.N., Petukhov A.A., Daryin A.A., Telyakov N.M.
The technology of processing deep-water ferromanganese nodules of the Baltic Sea with application of sulphatizing roasting is described. It is shown that the described technology can be used for extraction of manganese into solution without phosphorus transfer. The results of research of settling manganese by ammonia in the further processing of phosphorus-containing ferromanganese nodule are given. Based on the results concluded that the possibility of using the hydromet-allurgical scheme of manganese precipitation after the sulphatizing roasting at processing of ferromanganese nodules. Keywords: manganese; ferromanganese nodule; sulphatizing roasting; settling by ammonia.
НКМЗ отправил в Кривой Рог клети для обновления прокатного стана
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
На Новокраматорском машиностроительном заводе (г. Краматорск Донецкой обл.) изготовлена крупная партия оригинального металлургического оборудования в количестве восьми горизонтальных клетей для модернизации непрерывного мелкосортного стана. На днях клети отправлены заказчику - компании Агсе1огМ1А:а1 Кгууу1 ШЬ (Украина).
По мнению специалистов НКМЗ, стан 250-2, предназначенный для производства арматуры, периодического и фасонных про
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.