лейкоксеновый концентрат что это
Лейкоксеновый концентрат что это
ФГБУ «ИНХС им. А. В. Топчиева» РАН, РФ
Занавескин К. Л., старший научный сотрудник, канд. хим. наук, zakon82@mail.ru
Занавескин Л. Н., заведующий сектором, канд. хим. наук, zanaveskin@ips.ac.ru
АО «НИФХИ им. Л. Я. Карпова», РФ
Масленников А. Н., младший научный сотрудник, anmaslennikoff@gmail.com
Махин М. Н., старший научный сотрудник, канд. хим. наук, makhin.maxim@gmail.com
Приведены результаты исследований представительной пробы чернового флотационного кварц-лейкоксенового концентрата крупнейшего в России месторождения титана — Ярегского. Исследования проводились методами АЭС-ИСП, РСА, РЭМ и РСМА. Основными минералами концентрата являются рутил, анатаз, кварц, в меньшей степени измененные алюмосиликаты. Более 90 % TiO2 в концентрате входит в состав самостоятельных зерен лейкоксена, представляющего собой полиминеральный агрегат, в основе которого лежит сетчатый каркас кристаллов рутила игольчатой формы, образующих сагенитовую решетку. Другими компонентами зерен лейкоксена являются мелкие зерна кварца и зерна алюмосиликатов, равномерно распределенные по объему зерен лейкоксена в пустотах сагенитовой решетки. С зернами лейкоксена связано более половины количества SiO2, содержащегося в концентрате. Показано, что в силу особенностей минерального строения лейкоксена дообогащение чернового концентрата механическими методами невозможно. Наиболее рациональным путем использования концентрата является создание новой гидрометаллургической технологии его глубокой переработки.
1. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2013 году». М., Министерство природных ресурсов и экологии РФ, 2014. С. 219–226.
2. Пат. 2216517 РФ. Способ получения искусственного рутила из лейкоксенового концентрата / Г. Б. Садыков, И. М. Зеленова, В. К. Баканов, М. П. Федун. Опубл. 20.11.2003.
3. Пат. 2090509 РФ. Способ комплексной переработки лейкоксенового концентрата / Г. Н. Кожевников, А. Г. Водопьянов, Н. А. Ватолин, Л. И. Леонтьев. Опубл. 20.09.1995.
4. Пат. 2334799 РФ. Способ переработки нефтетитановых лейкоксеновых концентратов / А. В. Аладьин, В. В. Пастихин, Г. В. Ардасов, С. В. Агеев, Ю. П. Москвичев, И. А. Молодов. Опубл. 21.06.2007.
Способ переработки лейкоксенового концентрата
Владельцы патента RU 2623564:
Изобретение относится к переработке титановых концентратов с высоким содержанием кремния, например лейкоксеновых концентратов. Cпособ переработки лейкоксеновых концентратов включает плавление концентрата совместно с содой. При этом содержащийся в концентрате диоксид кремния взаимодействует с содой с образованием растворимых в воде силикатов. Продукт плавления подвергают измельчению и выщелачиванию водой. В результате образуется шлам на основе диоксида титана, пригодный для дальнейшей переработки по традиционным технологиям с получением пигментного диоксида титана, металлического титана и другой титановой продукции. Техническим результатом является снижение экологической опасности за счет исключения использования кислот и щелочей. 1 табл.
Изобретение относится к переработке рудных концентратов, а более конкретно титановых концентратов с высоким содержанием кремния, например лейкоксеновых концентратов Ярегского месторождения. Ярегский концентрат содержит в среднем около 50% оксидов титана и 45% диоксида кремния, остальное примеси оксидов железа, алюминия и других элементов. Выделение титана из упомянутого концентрата осложнено тем, что оксиды титана и кремния образуют взаимопроникающую структуру и трудно поддаются разделению. В данном изобретении предложен способ, позволяющий отделить от концентрата кремний и получить синтетический рутил.
Известен способ разделения оксидов титана и кремния, составляющих лейкоксеновый концентрат, гидродинамическим методом. Для этого концентрат измельчают механически или ультразвуком до размера частиц 600 К), концентрат должен быть подвергнут плавлению, происходящему при температуре 2000-2300 К. Плавление необходимо, так как известно, что образование силикатов натрия наиболее эффективно происходит именно при сплавлении диоксида кремния с карбонатом натрия (Глинка Н.Л. Общая химия. Л., Химия, 1977, 720 с.).
Нагрев концентрата до температуры выше 2300 К нежелателен, так как он приводит к существенному увеличению содержания диоксида кремния в продуктах плавки (таблица 1).
При выщелачивании плава силикаты натрия и остатки соды перейдут в раствор и будут удалены. Синтетический рутил в виде оставшегося шлама согласно расчету будет включать всего 1-4% SiO2.
Используемые термины и определения
Предлагаемое изобретение позволяет получить из лейкоксенового концентрата синтетический рутил, при этом упрощается способ переработки концентрата, улучшаются экологические показатели процесса, улучшаются условия труда, повышается ресурс работы оборудования и улучшается экономичность процесса в целом.
Изобретение может быть использовано в титановой промышленности для переработки лейкоксенового концентрата с получением синтетического рутила как сырья для производства по известным технологиям пигментного диоксида титана, металлического титана и другой титановой продукции.
Способ переработки лейкоксенового концентрата, включающий плавление концентрата, измельчение плава и выщелачивание, отличающийся тем, что плавление концентрата осуществляют при температуре 2000-2300 К совместно с содой, масса которой в 1,8 раз превышает массу диоксида кремния, содержащегося в концентрате, а измельченный плав выщелачивают водой с получением синтетического рутила.
Цены на лейкоксеновый концентрат растут вместе с ценами на другое титановое сырье
Российская Федерация, г. Москва
Дата опубликования: 23 октября 2013 г.
Дата вступления в силу: 23 октября 2013 г.
ДОГОВОР-ОФЕРТА
на оказание информационных услуг
Юридическое или физическое лицо, желающее заключить настоящий договор на указанных в нем условиях, именуемое в дальнейшем «Заказчик», действующее от своего имени, с одной стороны, и Общество с ограниченной ответственностью «Информационно-аналитический центр «Минерал», именуемое в дальнейшем «Исполнитель», в лице Генерального директора Ставского Анатолия Петровича, действующего на основании Устава, с другой стороны, вместе именуемые «Стороны», заключили настоящий Договор (далее также – Договор) о нижеследующем.
| Фамилия: * | |
| Имя: * | |
| Отчество: | |
| Email: * | |
| Адрес: Адрес: * | |
| Примечание: | |
| Количество копий: | |
| *Цена первой копии печатного издания соответствует указанной для материала, а вторая и следующие копии стоят по р. | |
| Наименование: * | |
| ИНН: * | |
| КПП: | |
| Email: * | |
| Адрес: Адрес: * | |
| Примечание: | |
| Количество копий: | |
| *Цена первой копии печатного издания соответствует указанной для материала, а вторая и следующие копии стоят по р. | |
Символом * отмечены поля, обязательные для заполнения.
Свойства и область применения
Используется в качестве титансодержащего компонента покрытий сварочных электродов.
По органолептическим и физико-химическим показателям концентрат должен соответствовать нормам, приведённым в таблице
Массовая доля диоксида титана, %, не менее
Массовая доля железа в пересчёте на оксид железа (III), %, не более*
Массовая доля фосфора, %, не более*
Массовая доля серы, %, не более*
Массовая доля алюминия, в пересчёте на оксид алюминия,%, не более*
Массовая доля влаги (за балансом), %, не более
Остаток на сетке №04 по ГОСТ 6613
Массовая доля частиц класса минус
от жёлтых до коричневых тонов
Преимуществом лейкоксенового концентрата является экономическая эффективность, достигающая 30% при использовании данного материала в качестве альтернативы рутиловому концентрату.
Способы упаковки и транспортировки
Лейкоксеновый концентрат упаковывается по желанию Заказчика в мягкие контейнеры типа «биг-бег» с полиэтиленовым вкладышем или в бумажные многослойные мешки с внутренним ламинированным слоем.
Допускается использование другой транспортной тары, обеспечивающей сохранность продукта и отвечающей требованиям нормативной документации.
Транспортирование концентрата осуществляться в упаковке предприятия-изготовителя любыми видами крытых транспортных средств или в контейнерах в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на используемом виде транспорта.
При погрузочно-разгрузочных работах необходимо руководствоваться требованиями безопасности, установленным действующим законодательством РФ.
Условия хранения и срок годности
Концентрат хранят в упаковке изготовителя в крытых, сухих, проветриваемых складских помещениях на поддонах или стеллажах, защищённых от попадания влаги, атмосферных осадков и прямых солнечных лучей. Срок хранения упакованного концентрата не ограничен.
Выход кремнисто-титанового концентрата довольно значителен и составляет около 30% от общего выхода титановых концентратов.
И лейкоксеновый и кремнисто-титановый концентрат могут подвергаться дальнейшему химическому обогащению в автоклавах с использованием растворов NaOH. В результате получают титановые автоклавные концентраты с содержанием TiO2 82%, которые предназначены для переработки в пигментный диоксид титана по хлоридной технологии [2]. Помимо пигментного диоксида титана, товарными продуктами являются нанодиоксид титана, диоксид кремния (аэросил), цветные титановые пигменты (получают на основе кремнисто-титановых концентратов). Имеются и другие способы переработки лейкоксеновых руд, обзоры можно найти в работах [1, 3].
Сравнительная оценка предложенных технологических решений позволяет утверждать о большом потенциале в реализации иных способов переработки лейкоксеновых руд Ярегского месторождения. Вторым важным обстоятельством является целесообразность наиболее эффективной утилизации кремнисто-титановых отходов обогащения и переработки лейкоксеновых руд, а также извлечение редких металлов и редких земель из концентратов.
В Институте геологии Коми НЦ УрО РАН разрабатывается новая технология обескремнивания лейкоксена с использованием фторидных компонентов. В результате применения такой технологии из товарных флотационных лейкоксеновых концентратов, содержащих 55-65% TiO2 и 30-35% SiO2, получают высокотитановые продукты с содержанием 88-95% TiO2 и 0.5-1.0% SiO2 [4]. Комбинация этой технологии с хорошо отработанными процессами золь-гель синтеза позволяет получать новые композиционные (бинарные) материалы на основе оксидов титана и кремния. Такие сложные композиты находят широкое применение в специальных красках, композитных материалах, сплавах, а также могут выступать в роли прекурсоров для получения микро- и нанопористых каркасных титаносиликатов.
В данной работе представлены результаты синтеза титаносиликатов из продуктов переработки лейкоксена Ярегского месторождения гидротермальным способом.
В качестве исходного материала был использован флотационный лейкоксеновый концентрат Ярегского месторождения (табл. 1).
Таблица 1 Химический состав лейкоксенового (1) и титанового (2) концентратов
Содержание оксидов, мас. %
Al2O3
Fe2O3
K2O
Y2O3
Nb2O5
Минеральный состав лейкоксена по результатам рентгенофазового анализа представлен в основном рутилом и кварцем. Для проведения гидротермального синтеза в качестве прекурсоров использовался кремнисто-титановый концентрат, полученный по оригинальному фтораммонийному способу переработки лейкоксенового концентрата, описанному нами в работе [4].
В результате фтораммонийного способа обескремнивания лейкоксенового концентрата получаются высокотитановые концентраты (табл. 1), пригодные для переработки в пигментный диоксид титана по хлорному способу и для других направлений использования.
Минеральный состав обескремненного титанового концентрата, по данным РФА, представлен преимущественно фазами рутила и анатаза, с незначительным количеством кварца, оставшимся, очевидно в виде микроскопических, невскрытых включений. Важным моментом является устойчивое накопление в титановых концентратах оксидов редких металлов и редких земель.
Для перевода неразложившихся фторидных комплексов кремния и титана в раствор проводилось водное выщелачивание. Получение гидратированного осадка из фильтрата осуществлялось путем гидролиза с контролем значения pH и состава образующегося осадка. В качестве гидролизующего агента выступал водный раствор аммиака. Химический состав гидратированного осадка приведен в табл. 2. На содержание основных оксидов влияет степень механоактивации исходного лейкоксенового концентрата, данные эффекты рассмотрены в работе [5].
Таблица 2 Химический состав гидратированного осадка
Содержание оксидов, мас. %
концентрат, активированный в центробежном истирателе
флотационный концентрат, без активации
В качестве основного метода синтеза титаносиликатов был выбран гидротермальный автоклавный синтез. Навеску порошка гидратированного осадка с разным мольным соотношением xTiO2 : ySiO (1:1, 1:3) смешивали с 1.5 раствором NaOH. Гидротермальный синтез проводили в автоклаве с тефлоновой ячейкой на 100 мл, степень заполнения ячейки составляла 80%. Синтезированные образцы исследовали методами рентгеновского анализа на дифрактометре XRD-6000 фирмы SHIMADZU и сканирующей электронной микроскопии на микроскопе Tescan Vega 3 LMH. Химический состав был определен методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии (в пересчете на основные оксиды).
Результаты рентгеновского анализа показали наличие групп дифракционных линий, отвечающих структурам ситинакита и натисита.
Основные пики полученных образцов хорошо согласуются с кристаллографическими данными (рис. 1, 2).
Рис. 1. Рентгенограмма образца Sit-ситинакита Рис. 2. Рентгенограмма синтезированного STS-натисита
(образец №1, 1TiO2:1SiO) (образец № 2, 1TiO2:3SiO)
По химическому составу полученные продукты также соответствуют фазам ситинакита и натисита. Отмечаются также примеси циркония и иттрия. Размер полученных кристаллов варьирует от 4 до 7 мкм.
Синтезированные титаносиликаты стабильно формируется в процессе гидротермального синтеза в щелочной среде за 12 часов. Мольное отношение оксидов титана и кремния влияет на формирование структуры получаемых продуктов.
Таким образом, в лабораторных условиях на основе кремнисто-титановых отходов переработки лейкоксеновых концентратов Ярегского месторождения синтезированы гетерокаркасные титаносиликаты. Это значительно расширяет перечень потенциально получаемых из лейкоксеновых руд новых функциональных материалов, обеспечивая более глубокую и безотходную переработку минерального сырья.
Работа выполнена при финансовой поддержке проекта фундаментальных исследований УрО РАН № 12-5-027-КНЦ, молодых ученых УрО РАН №13-5-НП-231.
ЛИТЕРАТУРА
1. Игнатьев В.Д., Бурцев И.Н. Лейкоксен Тимана: минералоги и проблемы технологии. СПб: Наука, 1997. 213 с.
2. Реализация проекта по комплексной переработке нефтетитановых руд Ярегского месторождения в целях создания горно-химического комплекса с заводом по производству пигментного диоксида титана, аэросила и материалов с наноструктурой и перспективой
использования сырья месторождения для производства металлического титана / А.А.Пранович, А.С.Клямко, В.В.Коржаков, В.И.Власенко. Титан, №1, 2010. С.11-17.
3. Разработка научных основ технологий комплексной переработки кварц-рутилового сырья для функциональных наноматериалов на основе соединений титана и кремния / Ю.И. Рябков, П.В.Истомин, А.В.Надуткин и др. / Известия Коми научного центра УрО РАН, выпуск 1(13). Сыктывкар, 2013. С.19-24.
4. Перовский И.А., Игнатьев Г.В. Фтораммонийный способ обескремнивания лейкоксенового концентрата Ярегского месторождения // Прогнозная оценка технологических свойств полезных ископаемых методами прикладной минералогии: Сборник статей по материалам докладов VII Российского семинара по технологической минералогии. Петрозаводск: Изд-во КарНЦ, 2013. С.110-116.
5. Перовский И.А. Эффективность применения механоактивации лейкоксенового концентрата при его обескремнивании фтораммонийным способом // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 20-ой научной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2012. С.176-183.