Способ получения сульфата магния

 

Изобретение относится к технологии получения магнезиальных вяжущих, в частности сульфата магния, применяемого в металлургической и кожевенной промышленности, а также при изготовлении строительных материалов и каменного литья. Сущность способа заключается в том, что травильный серно-кислый раствор, содержащий 3 - 10 мас.% H₂SO₄, 10 - 20 мас.% сульфата железа, примеси Cr, Ni и других металлов, нейтрализуют отходной тонкодисперсной магнезитовой пылью, взятой в соотношении (1,05 - 1,2) : 1 к сульфат-ионам в травильном растворе при 60 - 80^oC в течение 1,5 - 2,0 ч в зависимости от химического состава травильного раствора и назначения получаемых продуктов (относительно "чистого" сульфата магния с примесями соединений железа, хрома, никеля и т. д. ). Для уменьшения энергозатрат и упрощения технологии в суспензии перед гидротермальной обработкой повышают концентрацию сульфат-ионов путем введения в нее серной кислоты до 22 - 26%. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии получения магнезиального вяжущего, в частности сульфата магния, применяемого в металлургической и кожевенной промышленности, а также при изготовлении строительных материалов и каменного литья.

Известен способ получения сульфата магния из магнезиального сырья, включающий обжиг последнего при 760 830^oC, одновременную гидратацию и карбонизацию обожженного продукта в присутствии гипса при 50 60^oC с последующим разделением суспензии на твердую и жидкую фазы, упариванием раствора с получением сульфата магния [1] Указанный способ имеет существенные недостатки: высокие энергетические затраты и сложную технологическую схему получения сульфата магния. Известен также способ получения сульфата магния из фосфатно-карбонатного сырья, включающий обработку указанного сырья серной кислотой или диоксидом серы в обратном маточном растворе, фильтрацию полученной суспензии в присутствии аммиака или аммиачной воды, кристаллизацию продукта из фильтрата упариванием его и сушку полученного сульфата магния [2] Однако и этот способ имеет существенные недостатки: высокий расход сырья (серной кислоты или диоксида серы) и значительные энергетические затраты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения технического хлорида или сульфата магния, а также их смеси путем взаимодействия отработанной соляной серной кислоты, а также их смеси с концентрацией не менее 16 с магнезитовой пылью, уловленной при термообработке магнезитовой руды, применяемой для изготовления огнеупорного футеровочного материала [3] Этот способ имеет ряд недостатков: значительные энергетические затраты при кристаллизации и сушке получаемых продуктов, значительные потери по процессу, недостаточная прочность и термостойкость огнеупорных изделий, получаемых с использованием смеси хлорида и сульфата магния и особенно хлорида магния.

Цель изобретения снижение энергозатрат при получении сульфата магния, повышение выхода по процессу и расширение сырьевой базы и области применения получаемых продуктов.

Цель достигается применением для получения сульфата магния травильных сернокислых растворов, содержащих 3 10 серной кислоты, 10 20 сульфата железа и незначительное количество примесей сульфатов хрома, никеля и других металлов.

Указанный травильный раствор нейтрализуют отходной тонкодисперсной магнезитовой пылью, взятой в соотношении (1,05 1,2) 1 к сульфат-ионам в травильном растворе, при 60 80^oC в течение 1,5 2,0 ч в зависимости от химического состава травильного раствора и назначения получаемых продуктов (относительно "чистого" сульфата магния и с примесями соединений железа, хрома, никеля и т.д.).

При получении "чистого" сульфата магния берут магнезита с избытком к сульфат-ионам в травильном растворе 1,2; процесс нейтрализации раствора ведут при 80^oC в течение 2,0 ч для обеспечения нейтрализации всех сульфат-ионов травильного раствора. При этом протекают следующие реакции: Получаемую суспензию фильтруют, получая раствор сульфата магния с примесью сульфата хрома и пастообразный осадок карбоната железа с примесью карбоната никеля.

Раствор сульфата магния с примесью сульфата хрома подвергают вакуум-кристаллизации (или выпарке), получая готовый кристаллический продукт. При этом протекают следующие реакции: Пастообразный осадок отмывают от водорастворимых солей и подвергают термообработке при 250 350^oC, получая красный железосодержащий пигмент с небольшой примесью оксида никеля. При термообработке протекают следующие реакции: Получаемый пигмент соответствует требованиям ТУ 6-10-602-86 марки К.

При получении сульфата магния с примесями железа, хрома, никеля и т.д. магнезита для нейтрализации травильного раствора берут меньше, чем в предыдущем случае в соотношении 1,05 1 к сульфат-ионам в травильном растворе и процесс нейтрализации ведут при 60^oC в течение 1,5 ч. В связи с плохой растворимостью магнезита в таких условиях практически он в основном прореагирует только с сульфат-ионами серной кислоты, времени 1,5 ч не достаточно для протекания реакций N 2 и 3.

При вакуум-кристаллизации (или выпарке) протекают следующие реакции наряду с реакциями N 4 и 5:
Таким образом, в этом случае образуется смесь сульфатов магния и железа с небольшой примесью сульфатов хрома и никеля.

Повышение в травильном растворе содержания сульфат-ионов путем введения в него серной кислоты до 22 26-ной концентрации и проведении нейтрализации такого раствора магнезитом, взятом в соотношении 1,05 1 к сульфат-ионам в травильном растворе, при 60^oC в течение 1,5 ч позволяет получить смесь указанных сульфатов без стадии вакуум-кристаллизации. В этих условиях практически вся вода травильного раствора будет связана образующимися при охлаждении суспензии кристаллогидратами указанных сульфатов.

Преимущества предлагаемого способа подтверждаются приведенными ниже примерами.

Пример 1 (прототип). Брали 100 мл раствора серной кислоты 16-ной концентрации с плотностью 1,11 г/см³ и добавили к ней 24,4 г тонкодисперсной магнезитовой пыли. Нейтрализацию раствора проводили при 60^oC в течение 1,5 ч до pH 6,8. После нейтрализации суспензию выпарили, получив 71,3 г кристаллического сульфата магния.

Выход по процессу составил а затраты тепла на выпарку не связанной воды равны
0,0475563 28,15 ккал,
где 563 ккал/кг теплота испарения 1 кг воды при 60^oC;
0,0475 кг количество несвязанной воды.

Пример 2. Брали 100 мл травильного раствора с плотностью 1,15 г/см³, содержащего 12 г серной кислоты, 20 г сульфата железа и 0,1 г сульфатов хрома и никеля, и добавили к нему для нейтрализации 25,2 г тонкодисперного магнезита (магнезит взят с избытком 1,2 по отношению к сульфат-ионам в травильном растворе).

Нейтрализацию проводили при 80^oC в течение 2,0 часов до pH 6,9. После нейтрализации суспензию отфильтровывали, получив 15,1 г карбоната железа с примесью карбоната никеля и 125,1 г раствора сульфата магния с примесью сульфата хрома. Осадок карбоната железа промыли водой и термообработали при 320^oC в течение 1,5 ч, получив 11,2 г красного железосодержащего пигмента, соответствующего по основным показателям ТУ 6-10-602-86 марки К (массовая доля Fe₂O₃ 93,5 массовая доля водорастворимых веществ 0,4 укрывистость 10,3 г/м², остаток на сите 0063 0,3).

Раствор сульфата магния с примесью сульфата хрома выпарили, получив 67,5 г кристаллического сульфата магния. 0выход по процессу составил а затраты тепла на выпарку 44,2 г не связанной воды равны
0,0442551 24,35 ккал,
где 551 ккал/кг теплота испарения 1 кг воды при 80^oC.

Пример 3. Взяли 100 мл того же травильного раствора и добавили к нему 27,6 г серной кислоты до 22-ной концентрации, а затем нейтрализовали раствор, вводя в него 35,3 г тонкодисперсного магнезита, беря его с избытком 1,05 к сульфат-ионам в травильном растворе.

Нейтрализацию раствора проводили при 60^oC в течение 1,5 ч до pH 6,5. После охлаждения суспензии получили 136,5 г смеси сульфатов магния, железа (в соотношении 2,7 1) с примесями сульфатов хрома и никеля с влажностью 1,6 Выход по процессу составил а затраты тепла на испарение (сушку) сульфатов равны 0,0162551 11,02 ккал.

Пример 4. Брали 100 мл того же травильного раствора и добавили к нему 34,8 г серной кислоты, а для нейтрализации 42,3 г тонкодисперсного магнезита, беря его с избытком 1,05 к сульфат-ионам в травильном растворе.

Нейтрализацию раствора проводили при температуре 60^oC в течение 1,5 ч до pH 6,4.

После охлаждения суспензии получили 156,5 г смеси сульфатов магния и железа (в соотношении 3,2 1) с примесями сульфатов хрома и никеля с влажностью 3,9 Выход по процессу составил , а затрат тепла на сушку не требуется, так как влажность полученного продукта составила 3,9
По качеству получаемые сульфаты обладают лучшими вяжущими свойствами, так как при получении огнеупорных магнезиальных материалов образуются шпинели железа, а частично хрома и никеля с магнием, что повышает прочность и термостойкость огнеупорных материалов.

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата магния, включающий взаимодействие тонкодисперсной пыли магнезита с отработанной серной кислотой, кристаллизацию целевого продукта и сушку его, отличающийся тем, что в качестве отработанной серной кислоты используют травильный сернокислый раствор и на взаимодействие исходные реагенты подают в массовом соотношении магнезит сульфат-ионы в травильном растворе 1,05 1,2:1 с последующей гидротермальной обработкой полученной суспензии при 60 80^oС в течение 1,5 2,0 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении чистого сульфата магния суспензию фильтруют, фильтрат выпаривают до получения кристаллического целевого продукта, а твердую фазу перерабатывают на железосодержащий пигмент путем отмывки от водорастворимых соединений и термообработки при 250
350^oС.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при получении сульфата магния с примесью соединений железа суспензию подвергают кристаллизации, а для уменьшения энергозатрат и упрощения технологии в травильном растворе перед гидротермальной обработкой суспензии повышают в ней концентрацию сульфат-ионов путем введения в нее серной кислоты до 22 26%-ной концентрации.