Состав продуктивных растворов зависит от реагентов, используемых в процессе. Разработанная в институте "Уралмеханобр" технология позволяет получить из карбонатной марганцевой руды Полуночного месторождения при однократном обороте выщелачивающего сернокислого раствора продуктивные растворы, содержащие в г/дм3: Mn-20,0; Fe-2,07; Ca-0,43; Mg-1,36; P-0,156; Cu-0,0072; Zn-0,0153; Co-0,0029; Ni-0,035; Al-0,1680; Ti<0,0025; Pb-0,0015; Cr-0,072; Na-0,176; K-0,210. При циркуляции раствора (с доукреплением его серной кислотой) через выщелачиваемый слой руды концентрация Mn повышается до 75,0 г/дм3, Fe - до 6,01 г/дм3 и P - до 0,36 г/дм3, концентрация Ca определяется растворимостью гипса в сернокислом растворе. Следует отметить высокое качество получаемых конечных продуктов и из разбавленных, и из концентрированных растворов. Но переработка концентрированных растворов имеет ряд преимуществ, поскольку снижается объем аппаратов и энергетические затраты, а также снижается расход реагентов за счет большей селективности этих растворов по марганцу.
Важным фактором, определяющим качество конечных продуктов, являются наличие нежелательных примесей, их концентрация и соотношение с марганцем. Поэтому важным этапом в переработке растворов является их очистка с целью снижения концентрации вредных компонентов или их полное удаление.
В зависимости от выбранного назначения марганцевых концентратов определяется способ и условия очистки продуктивного раствора.
Основным потребителем марганцевых концентратов является металлургия. В металлургии ферросплавов используются марганцевые концентраты с массовой долей Mn не менее 47 % (ФMn78) и 43 % (ФMn75); а соотношения P/Mn соответственно не более 0,0040 и 0,0048; SiO2/Mn 0,2 и 0,3; Fe/Mn - 0,11-0,13.
В других отраслях промышленности требования к исходным материалам, содержащим марганец, иные, в одних случаях требования более жесткие, в некоторых случаях кондиционирование продуктивных растворов по фосфору вообще не нужно.
Важной особенностью природных условий почти всех марганцевых месторождений РФ является их расположенность в климатических условиях с холодной продолжительной зимой. Использование отрицательных температур для концентрирования и очистки растворов значительно удешевляет процесс. В летний период подземное выщелачивание предлагается осуществлять с многократным оборотом растворов, а в зимний цикл - концентрирование продуктивных растворов путем вымораживания.
Исследования по очистке продуктивных растворов с целью кондиционирования их по нормируемым примесям показали, что в технологической схеме подземного выщелачивания имеются условия для окисления Fe2+ до Fe3+, которое является необходимой предпосылкой самоочищения растворов от фосфора и железа; эти условия возникают при неизбежном контакте растворов с воздухом (эрлифтная подача, перекачка, дополнительное аэрирование); а повышение рН до значения ≥ 3,5 возможно как на поверхности нейтрализующими реагентами, так и в недрах (при рециркуляции растворов).
Очистка от примесей марганецсодержащего раствора осуществляется путем доведения рН карбонатной рудой, 20 %-ным известковым молоком, известняком или содой до 2,5-5,0 и отделением образующегося осадка, содержащего нежелательные примеси.
При обработке известковым молоком протекают следующие реакции:
|
Ca(OH)2(тв.) + H2SO4 → CaSO4 ∙ 2 H2O↓ |
(1); |
|
Fe2(SO4)3 + 2 H3PO4 + 3 Ca(OH)2(тв.) → 2 FePO4↓ + 3 (CaSO4 ∙ 2 H2O)↓ |
(2); |
|
Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2(тв.) + 6 H2O → 2 Al(OH)3↓ + 3 (CaSO4 ∙ 2 H2O)↓ |
(3). |
Очистка растворов от примесей карбонатом натрия описывается уравнениями:
|
2H3PO4 + Fe2(SO4)3 = 2Fe3PO4¯+ 3H2SO4 |
(4); |
|
H3PO4 + Al2(SO4)3 = AlPO4¯+ 3H2SO4 |
(5); |
|
Fe2(SО4)3 + 3Na2CO3 + 3Н2О → 2Fe(ОН)3↓ + 3Na2SO4+ 3СО2↑ |
(6); |
|
FeSО4 + Na2CO3 + Н2О → Fe(ОН)2↓ + Na2SO4+ СО2↑ |
(7); |
|
CaSO4(р-р) + Na2CO3 = CaCO3¯ + Na2SO4 |
(8); |
|
Al2(SO4)3+ 3Na2CO3 + 3Н2О = 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 3CO2 |
(9). |
При этом частично соосаждается марганец в виде основного карбоната марганца:
2MnSO4 + Na2CO3 +2H2O= Mn(OH)2•MnCO3¯ + 2NaНSO4 (10).
В зависимости от получения того или иного конечного продукта разработаны различные варианты переработки очищенных от вредных примесей растворов.
Использование сульфата и карбоната марганца многообразно, и в виде солей, и в виде сырья для производства высококачественных марганцевых концентратов, ЭДМ и металлического марганца. Получение марганца в виде карбоната предпочтительнее ввиду более простого аппаратурного оформления процесса. Кроме того, при переработке сульфата марганца на концентрат для металлургов требуется очистка от серы.
После сушки и обжига полученных солей марганца массовая доля основного вещества в концентрате повышается до 55-68 % за счет разложения карбоната или сульфата, что ведет к изменению выхода концентрата:
|
MnCO3 =MnO + CO2↑ |
(11); |
|
MnSO4 = MnO + SO3↑ |
(12); |
|
m MnO + n O2 = MnmOm+2n(смесь оксидов) |
(13). |
Различные варианты переработки растворов позволяют получить широкий ассортимент высокосортной марганцевой продукции по технологии подземного выщелачивания.
Библиографическая ссылка
Герасименко А. Н., Мальцев В. А., Заболоцкий, А. И., Кудрявский Ю. П., Видуецкий М. Г. ПЕРЕРАБОТКА ПРОДУКТИВНЫХ РАСТВОРОВ ПОДЗЕМНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МАРГАНЦЕВЫХ РУД // Фундаментальные исследования. – 2004. – № 6. – С. 94-95;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6398 (дата обращения: 23.11.2024).