Способ получения буры

 

Изобретение относится к технологии переработки боросиликатного сырья и может найти применение в химической, стекольной и других отраслях народного хозяйства. Способ включает прокалку боросиликатного сырья, разложение при pH 10,6 - 11,6, отделение нерастворимого остатка от раствора, карбонизацию полученного горячего раствора до pH 10,0 - 8,0, выделение боросиликата натрия в качестве товарного продукта следующего состава, мас.%: SiO₂ 80 - 40, B₂O₃ 5 - 20, Na₂O 2 - 20, H₂O остальное. Раствор после выделения боросиликата натрия охлаждают и направляют на кристаллизацию буры. Изобретение позволяет комплексно с минимальными отходами использовать сырье и получить помимо буры, боросиликат натрия как побочный продукт производства. 3 табл.

Изобретение относится к технологии переработки боросиликатного сырья, позволяет комплексно использовать сырье и получить, помимо буры, боросиликат натрия, как побочный продукт производства, который может найти применение в химической, стекольной и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ получения буры из гидроборацитового концентрата, включающий прокладку сырья, 2- стадийное разложение содой, отделение продукционного раствора, кристаллизацию из него буры, фугование и сушку полученного продукта [1] Недостатком известного способа является узкое выделение из сырья одного компонента оксида бора и связанное с этим получение лишь одного вида продукта- буры. Поэтому после изобретательного выделения оксида бора остальные компоненты концентрата выбрасываются в отвал.

Наиболее близким техническим решением является способ получения буры, включающий прокладку датолитовой руды, разложение прокаленного боросиликатного сырья содой в присутствии углекислоты, отделение раствора буры от шлама, промывку шлама, кристаллизацию буры, фуговку и сушку готового продукта [2] Основным недостатком прототипа также является получение лишь одного вида товарного продукта буры.

Оксид кремния, содержание которого в сырье в 2 3 раза превышает содержание оксида бора, и другие ценные компоненты уходят в отвал.

Выход буры при этом составляет 0,333 т/т буры.

Целью изобретения переработки сырья является увеличение выхода товарного продукта за счет дополнительного получения побочного-боросиликата натрия.

Цель достигается изменением pH среды до 10,6 11,6 на стадии разложения боросиликатного сырья и высаждением, выделенного при этих условиях в раствор оксида кремния, в товарный продукт боросиликата натрия путем карбонизации горячих растворов до pH 10,0 8,0.

Согласно предлагаемому способу боросиликатное сырье прокаливают во вращающейся барабанной печи при температуре 900 1000^oC по противоточной схеме. Полученный спек размалывается в мельнице мокрого помола и подается в реактор, куда поступает оборотный содовый раствор и щелочь (NaOH) для создания заданного pH среды.

После обработки раствор, содержащий в своем составе оксиды бора и кремния, отделяют от кока и направляют на ступенчатое избирательное выделение боросиликата натрия и буры.

На первой ступени горячий раствор корбонизируют до pH 10,0 8,0. При этом по достижению оптимальной области pH боросиликат натрия начинает коагулировать. Выделенный боросиликат натрия отфильтровывают, в случае необходимости промывают, сушат и затаривают.

Раствор после выделения боросиликата натрия охлаждают и направляют на кристаллизацию буры. Создаваемое pH раствора на стадии карбонизации (10,0 - 8,0) обеспечивает достаточно полное выделение как боросиликата натрия, так и буры. Откристаллизированная бура отфуговывается, сушится и затаривается.

Как после 1 стадии разложения репульпируют маточным раствором буры и направляют на II-ую стадию разложения путем одновременной обработки содой и углекислотой. После фильтрации шлам направляют в отвал, а фильтрат поступает на 1-ую стадию разложения спека.

В известном способе (прототипе) выделение SiO₂ в раствор не происходит, т. к. разложение боросиликатного сырья осуществляется в более низкой области pH 9,5.

Совокупность существенных признаков предложенного способа обеспечивает получение побочного товарного продукта боросиликата натрия без больших капитальных затрат.

Отличительными существенными признаками от прототипа являются разложение прокаленного сырья при pH 10,6 11,6, карбонизация горячего раствора до pH 10,0 8,0 перед стадией кристаллизации буры, выделение боросиликата натрия в качестве товарного продукта следующего состава (мас.): SiO₂ 80 40% B₂O₃ 5 20% Na₂O 2 20% H₂O остальное Пример. 100 г прокаленной датолитовой руды репульпируют 500 г оборотных растворов и вводят содово-щелочную смесь в количестве 20 г по Na₂O для создания pH среды 11,2. Полученную пульпу выдерживают в течение 1,5 ч при 80^oC.

После реакции, в результате которой из спека в раствор переходят оксиды бора и кремния, 469 г раствора, содержащего 3,98% B₂O₃ и 3,5% Na₂CO₃ избыточной, отделяют от шлама и подают на стадии последовательного выделения боросиликата натрия и буры. Первоначально из растворов выделяют боросиликат натрия, для чего раствор без предварительного охлаждения подвергают карбонизации до pH 9,0. При изменении pH среды с 11,2 до 9,0 происходит с одной стороны коагуляция SiO₂ и переход его из растворенного состояния в осадок, а с другой перевод содержащегося в растворе метабората натрия в буру. Выпавший осадок боросиликата натрия отделяют от раствора буры, содержащего 3,98% B₂O₃ и 0,041% SiO₂ остаточного, промывают, сушат.

Полученный продукт (5,54 г) содержит 80% SiO₂; 7,3% B₂O₃ и 8,1% Na₂O. После выделения боросиликата натрия раствор направляют на охлаждение до 18 20^oC и кристаллизацию буры. Высажденная бура (32,19 г) содержит 36,5% B₂O₃ и соответствует марки "А" по ГОСТ 8429-77(Е). В маточном растворе буры содержится 1,3% B₂O₃ остаточного. Маточные растворы буры (387,15 г) и 150,85 г промывных растворов с содержанием 0,99% B₂O₃ после промывки боросиликата натрия собирают и направляют на репульпацию кека после I-й стадии разложения. Полученную пульпу отправляют на II-ю стадию разложения, которую производят остаточной содой, содержащейся в оборотных растворах и кеке после I-й стадии разложения и углекислым газом, подающимся в количестве 0,4 л. При разложении кека в течение 1 ч доразлагается 10% B₂O₃ (считая от исходного содержания в сырье); концентрация B₂O₃ в растворе возрастает до 1,50% Далее 133 г шлама с влажностью 30% (93 г сухих шламов) отправляют в отвал, а 500 г раствора на I-ю стадию разложения.

Выход буры составляет 32,19 г Выход боросиликата натрия 6,54 г.

Данные, характеризующие процесс выделения оксидов кремния и бора из прокаленной датолитовой руды при содово-щелочном ее разложении в зависимости от pH среды, представлены в табл.1.

Данные показывают, что при разложении оптимальной областью pH, в которой одновременно достигается максимальный выход двух компонентов оксида кремния и оксида из прокаленной датолитовой руды в раствор, является область pH 10.6 11.6. Причем при увеличении pH со значения 10.6 до 11.1 содержание SiO₂ в 1 м³ раствора возрастает с 5,4 кг до 11 кг, а затем начинает падать до значений 4,4 кг SiO₂ в 1 м³ раствора при pH 11.6. Снижение pH среды до значения 10.5 и ниже приводит к резкому уменьшению, выхода SiO₂ до 1,8 кг/м³. Аналогичная картина наблюдается и при выходе за верхние границы. При Ph 11.7 содержание SiO₂ составляет 1,7 кг/м³.

Выход оксида в раствор при разложении боросиликатного сырья согласно предлагаемому способу в области pH 10.6- 11.6 находится на уровне 85% Это согласуется с показателями во выходу B₂O₃, достигаемыми в прототипе при разложении сырья в сопоставимых условиях (табл.1). Увеличение pH свыше 11.6 приводит к снижению выхода оксида бора (до 80% при Ph 11.7).

Таким образом, нижней границей области pH среды при разложении прокаленной датолитовой руды определяем величину pH 10,6, а верхней 11.6.

В этой области pH возможно выделить два компонента SiO₂ и B₂O₃ с достаточной полнотой.

Проведение содово-щелочного разложения прокаленной датолитовой руды в области pH 10.6-11.6, кроме обеспечения наиболее максимальной степени вскрытия сырья и перевода полезных компонентов (В₂O₃ и SiO₂) в раствор, решает задачу сохранения растворов в стабильном состоянии без самопроизвольного выпадения буры и боросиликата натрия. Это важно при реализации технологии в производство, т. к. позволяет отделить как от продукционного раствора без потерь полезных компонентов (B₂O₃ и SiO₂).

Для выделения товарных продуктов боросиликата натрия и буры требуется снизить pH раствора углекислым газом. Причем для выделения SiO₂ достаточно снизить pH без охлаждения раствора, а для выделения буры необходимо еще и понизить температуру до 25 15^oC. Это обстоятельство дает возможность раздельно выделить боросиликат натрия и буру, не загрязненную примесями.

В табл. 2 приведены данные, характеризующие полноту прохождения процессов коагуляции SiO₂ на стадии выделения боросиликата натрия и высаждения буры в зависимости от pH карбонизации продукционного раствора.

Данные свидетельствуют, что наиболее оптимальной областью pH при карбонизации продукционного раствора, позволяющей за один прием обеспечить полноту прохождения процессов на 2 стадиях (выделения боросиликата натрия и высаждение буры), является область 10,0, 8,0 единиц.

При снижении pH карбонизации продукционного раствора от значения 10,0 до 8,0 полнота коагуляции SiO₂ возрастает и, как следствие, остаточное содержание SiO₂ в растворе снижается от 0.080 0.037% При увеличении pH карбонизации свыше значения 10,0 полнота коагуляции снижается, увеличивается остаточное содержание SiO₂ при pH 10.2 0.15% SiO₂.

Полнота высаждения буры, максимально достигается при pH 9.4- 9.6% (B₂O₃ остаточное 1.08 1.12), несколько снижается как при увеличении pH за пределы значений 10.0 (1,88% B₂O₃ остаточное при pH 10.2), так и при снижении pH за пределы 8.0)2.23% B₂O₃ остаточного при pH 7.8). Причем в более низкой области pH (ниже значений 8.0) процесс высаждения буры значительно замедляется. Кроме того, карбонизация раствора до pH ниже 8,0 требует больших затрат газа, которые нецелесообразны, т.к. существенного снижения содержание SiO₂ не отмечается, а высаждение буры ухудшается.

Таким образом, наиболее оптимальной областью pH на стадии карбонизации продукционного раствора, удовлетворяющей оба процесса (выделение боросиликата натрия и буры), является область 10.0 8.0.

Таким образом содово-щелочное вскрытие прокаленной датолитовой руды в области pH 10.6 11.6 с последующей карбонизацией отделенного от кека продукционного раствора до pH 10.0 8.0 позволяет получить два товарных продукта:
буру, соответствующую по качеству продукту марки "А" ГОСТ 8429-777 (Е);
боросиликат натрия, содержащей SiO₂ 80 40; Na₂O 5 - 20; В₂O₃ 2 20.

Показатели способов переработки по прототипу и предлагаемому решению представлены в табл. 3.

Данные табл. 3 показывают, что предлагаемое решение позволяет комплексно использовать датолитовое сырье и получать два вида продукта, что приводит к увеличению выхода товарных продуктов на 13% Кроме того, предлагаемое решение экологически более чистое, т.к. за счет снижения количества отходов производства на 4 5% можно уменьшить площадь, необходимую для их складирования.

Ведение процесса на стадиях разложения сырья и выделения боросиликата натрия по заданному значению pH позволяет автоматизировать производство.

Формула изобретения

Способ получения буры из боросиликатного сырья, включающий прокалку сырья, разложение содой и углекислотой, отделение нерастворимого остатка от раствора, кристаллизацию продукта, отделение продукта от маточного раствора, возврат маточных и промывных растворов в процесс, отличающийся тем, что разложение прокаленного сырья проводят раствором соды в присутствии щелочи при рН 10,6 11,6, как отделяют от раствора, последний подвергают карбонизации до рН 10,0 8,0, отделяют боросиликат натрия в качестве побочного продукта, а раствор направляют на стадию кристаллизации буры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2