СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА МАГНИЯ И ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ

Название	СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА МАГНИЯ И ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ
Разработчик (Авторы)	Добровольский И.П., Капкаев Ю.Ш., Бархатов В.И., Костюнин С.В., Костюнина И.Л., Абызов В.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2634017
Дата регистрации	06.04.2016
Правообладатель	Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)", Костюнин Сергей Владимирович, Добровольский Иван Поликарпович

Описание изобретения

Изобретение относится к технологии получения вяжущего, в частности кристаллического сульфата магния и железооксидных пигментов, применяемых в производстве строительных и огнеупорных материалов и изделий, а также для изготовления лакокрасочных материалов, пластмасс, кожи, резины и т.д.

Известен способ получения концентрированных растворов сульфата магния путем взаимодействия магнийсодержащего сырья с сульфатом аммония, в качестве магнийсодержащего сырья используют гипсомагнезиальную массу, а сульфат аммония используют в твердом состоянии при 1,1…1,3-кратном избытке по отношению к гидроксиду магния в гипсомагнезиальной массе [а.с. №1724576, 5 C01F 5/40. Опубл. в БИ №12, 1992. И.И. Желтова, А.М. Андрианов].

Этот способ имеет следующие недостатки:

1) не экономично Использовать для изготовления указанных материалов дорогостоящие сульфат аммония и гипсомагнезиальной массы;

2) получаемые отходы не применяются в промышленности.

Известен также способ получения технического хлорида или сульфата магния, а также их смеси путем взаимодействия отработанной соляной и серной кислоты, а также их смеси с концентрацией не менее 16% с магнийсодержащим сырьем - магнезитовой пылью, уловленной при термообработке магнезитовой руды, применяемой для изготовления огнеупорного футеровочного материала [пат. ЧССР №115819, МПК C01F 5/40, заявл. 15.03.65, опубл. 15.08.65. Josef Semecky, Vaclow Syrovy].

Этот способ также имеет существенные недостатки:

1) значительные энергетические затраты при кристаллизации и сушке получаемых продуктов и потери по процессу;

2) недостаточная прочность и термостойкость огнеупорных изделий, получаемых с использованием смеси хлорида и сульфата магния и сложность их разделения.

Наиболее близким по сущности и достигаемым результатам является способ получения сульфата магния, включающий взаимодействие магнийсодержащего сырья - тонкодисперсной пыли магнезита с отработанной серной кислотой, кристаллизацию целевого продукта и сушку его [пат. РФ №2078041, C01F 5/40, опубл. 1997, Кулинич А.П., Добровольский И.П., Попова С.В., Кныш А.Н., Кривинский Б.Я., Мещанов С.Е]. 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°С в течение 1,5-2,0 ч.

Однако и этот способ также имеет следующие недостатки:

1) низкий выход получаемых сульфата магния и пигмента;

2) в процессе производства высокие энергозатраты на выпарку раствора;

3) качество получаемых сульфата магния и железооксидных пигментов не соответствуют требования для производства некоторых видов материалов.

Технический результат предлагаемого решения - повышение выхода по процессу и качества получаемых продуктов, снижение энергозатрат в процессе переработки сернокислого отработанного травильного раствора (СОТР).

Поставленная задача достигается применением для получения кристаллического сульфата магния и железооксидных пигментов СОТР, содержащего 3-5% серной кислоты и 15-20% сульфата железа, отходного щелочного реагента (магнийсодержащего сырья) с последующем разделением суспензии на железо и магнийсодержащие осадки, которые затем подвергали гидротермальной обработке с целью получением указанных выше продуктов.

Гидротермальный процесс - кристаллизация из перегретых под давлением водных растворов различных неорганических продуктов: сульфатов железа, меди, цинка, свинца, сурьмы, ртути, мышьяка (Краткая химическая энциклопедия, М., 1961 г., т. 1, с. 843).

Согласно литературным данным [Технология минерального сырья. Позин М.Е. Л.: Химия, 1961. - 1008 с., с. 181-190, Энциклопедия (краткая химическая). М.: Мир, 1997 г. Т. 2, с. 396, 1024 с.], магнийсодержащее сырье состоит из магнезита (MgCO₃) и доломита (MgCO₃⋅СаСО₃), которые взаимодействует с разбавленной серной кислотой только в тонкодисперсном состоянии при нагревании (например, магнезит с размером частиц 0,1…0,2 мм растворяется в серной кислоте 28%-ной концентрации при нагревании острым паром до температуры кипения 120°С и более). Оксид магния активно взаимодействует с кислотами, но его получать прокаливанием магнезита при высокой температуре (900°С) и применять экономически не выгодно для переработки отработанных травильных растворов. Поэтому предложен способ их нейтрализации указанного ниже состава тонкодисперсной доломитовой пылью (порошок пыли с размером частиц менее 1 мк), образуемой при термообработке доломитовой руды и применяемой в доменном процессе (Краткая химическая энциклопедия. М., 1961, т. 1, с. 1151).

Особенность предлагаемого способа получения кристаллического сульфат магния и железооксидных пигментов заключается во взаимодействии серной кислоты и сернокислого железа СОТР с отходом щелочного реагента пылью уноса, получаемой при прокаливании доломита при температуре 600-750°С и содержащей 80…85% MgO, 3…5% СаО и 7…10% MgO⋅СаСО₃, взятых в соотношении 1:1,2-1,3 при температуре 80…100°С в течение 1,0…1,5 ч до рН, равного 7,0…7,5, продувая суспензию воздухом, кислород которого окисляет железо Fe⁺² в Fe⁺³. При этом в реакторе в зависимости от количества подаваемого воздуха протекают следующие реакции(1-5):

После окончания реакции (прекращение выделения газов) полученную суспензию подают на автоматический фильтр-пресс в горячем виде, отмывают от пасты на поверхности фильтра остатки сульфата магния химочищенной водой или конденсатом. Далее осадок с поверхности фильтр-пресса передают в комбинированную сушилку, в которой паста одновременно сушится и измельчается до заданной дисперсности при температуре в зависимости от состава получаемого пигмента: при получении желтого железоокисного пигмента (FeOOH) паста сушится при температуре 110…120°С, при получении красного железоокисного пигмента (Fe₂O₃) - при температуре 240…320°С;

Отделенный от осадка на фильтр-прессе фильтрат и промывную воду, содержащие сульфат магния, подают в реактор, в котором, для исключения в дальнейшем высокозатратной стадии выпарки избыточной воды, повышают в растворе содержание сульфат-ионов до 35…40% в получаемом продукте добавкой концентрированной серной кислоты и проводят нейтрализацию раствора указанной доломитовой пылью при температуре 90…100°С до рН, равного 7,0…7,5. При охлаждении горячего раствора в кристаллизаторе, охлаждаемом технической водой, происходит в зависимости от температуры образование кристаллогидратов сульфата магния различного состава согласно приведенным ниже данным в табл. 1.

Примечания: *В интервале температур 87…92°С MgSO₄⋅6H₂O плавится с образованием метастабильных MgSO₄⋅5H₂O и MgSO₄⋅4H₂O.

**Твердый MgSO₃⋅4H₂O при температуре 106°С переходит в MgSO₄⋅3H₂O, который при температуре 161…169°С превращается в MgSO₄⋅2H₂O.

При охлаждении полученной горячего раствора в кристаллизаторе при температуре ниже 48°С начинается кристаллизация соли с образованием кристаллогидрата сульфата магния по реакции (5).

Формула изобретения

1. Способ получения сульфата магния и железооксидных пигментов из отходов производств, включающий взаимодействие тонкодисперсного магнийсодержащего сырья с сернокислым отработанным травильным раствором, содержащим сульфат железа, с последующей гидротермальной обработкой полученной суспензии, отделением на фильтр-прессе осадка, который отмывают от водорастворимых соединений, термообработкой осадка в железооксидный пигмент, и кристаллизацию сульфата магния, отличающийся тем, что применяют магнийсодержащее сырье, включающее доломитовую пыль, отделенный на фильтр-прессе фильтрат и промывную воду, содержащие сульфат магния, подают в реактор, повышают в растворе содержание сульфат-ионов до 35…40% добавкой концентрированной серной кислоты и проводят нейтрализацию указанной доломитовой пылью при температуре 80…100°С до pН, равного 7,0…7,5, продувая раствор воздухом, кислород которого окисляет железо Fe⁺² в Fe⁺³, причем доломитовую пыль получают прокаливанием доломита при температуре 600…750°С, соотношение сульфат-ионы : доломитовая пыль в травильном растворе составляет 1:1,1, сушку и измельчение железооксидного пигмента осуществляют одновременно в комбинированной распылительной сушилке, а кристаллизацию сульфата магния проводят в кристаллизаторе.

2. Способ п. 1, отличающийся тем, что термообработку пигментных паст проводят при получении желтого железооксидного пигмента при температуре 110…120°С, а при получении красного железооксидного пигмента - 240…320°С.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА МАГНИЯ И ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВ" (Добровольский И.П., Капкаев Ю.Ш., Бархатов В.И., Костюнин С.В., Костюнина И.Л., Абызов В.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога