Переработка железомарганцевых конкреций Балтийского моря на соединения марганца Бабкин Виталий Станиславович

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА I АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 9

1.1 Анализ состояния вопроса 9

1. Особенности состава и свойства основных минералов, слагающих железомарганцевые конкреции балтийского бассейна

2. Особенности геохимического формирования и строения желе-зомарганцевых конкреций и корок

1.4. Сравнительная характеристика существующих методов химической переработки бедных марганцевых руд

1.5 Переработка марганцевых руд с использованием операции
восстановительно - сульфатизирующего обжига

6. Возможности термодинамического метода исследования систем, образующихся при переработке марганцевых руд

7. Требования к марганецсодержащим концентратам (получаемым из руд балтийского бассейна)

8. Цель и постановка задач исследования 34

ГЛАВА II ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ 38 СИСТЕМ

2.1 Термодинамическая постановка задачи 3 8

2.2. Методология расчета фазово-химических превращений 39

2.2.1. Проблематика вопроса и основные аспекты решения 39

2.2.2. Природа фазово-химических равновесий и проблема
эффективности методов их расчета

2.2.3. Общая стратегия и основные процедуры расчета фазово-
химического состава

2.3 Структура и требования к качеству термодинамического опи- 45

сания

1. Аппарат термодинамического описания 45

2. Структура и критерии качества информации 48 2.4 Моделирование и расчет фазово-химического состава на основе комплекса ASTICS

ГЛАВА III. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

РАСЧЕТОВ ПО ПРОГНОЗИРОВАНИЮ ФАЗ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В СИСТЕМАХ РУДА-ВОССТАНОВИТЕЛЬ ПРИ ОБЖИГЕ ЖМК

3.1 Применение термодинамического подхода к исследованию

процессов выщелачивания и прокалки ЖМК

3.2. Фазовые переходы в системе Mn0₂- FeS₂ 57

3.3 Химические взаимодействия в системе M11O2- FeS₂ в атмосфе
ре воздуха в замкнутом объеме

3.4 Фазовые переходы в системе Мп0₂ - FeS₂-Fe(OH)3-
FeP0₄-2H₂0 - воздух

5. Химические взаимодействия в системе Мп0₂ - FeS₂ - Fe(OH)3 -FeP0₄-2H₂0 -воздух

6. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - S 76

7. Химические взаимодействия в системе Мп0₂ - S в атмосфере воздуха в замкнутом объеме

8. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - S - Fe(OH)₃ - FeP0₄-2H₂0 -воздух

9. Химические взаимодействия в системе Мп0₂ -S -Fe(OH)₃-FeP0₄-2H₂0 в атмосфере воздуха

10. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - (NH₄)₂S04 89

11. Химические взаимодействия в системе Мп0₂ - (NH₄)₂S0₄ -воздух

12. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - (NH₄)₂S0₄-Fe(OH)₃-FeP0₄-2H₂0 - воздух

13. Химические взаимодействия в системе Мп0₂ - (NH₄)₂S0₄ - 96

Fe(OH)₃ - FeP0₄-2H₂0 - С в атмосфере воздуха

3.14 Влияние количества воздуха на протекание превращений в

системах диоксид марганца - пирит (сера, сульфат аммония)

1. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - FeS₂ в зависимости от количества воздуха

2. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - S в зависимости от количества воздуха

3. Фазовые переходы в системе Мп0₂ - (NH₄)₂S0₄ в зависимости от количества воздуха

Выводы по главе 106

ГЛАВА IV ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

РАСТВОРЕНИЯ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ В РАСТВОРАХ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ В ПРИСУТСТВИИ ВОССТАНОВИТЕЛЯ

4. Применение термодинамического подхода к исследованию процессов выщелачивания ЖМК

5. Результаты по выщелачиванию непрокаленных конкреций в

среде серной кислоты с сульфит-бисульфитным раствором аммо- 109 ния

4.3 Результаты по выщелачиванию огарков, образующихся после
прокалки конкреций с твердофазными восстановителями в среде 112
серной кислоты

Выводы по главе 115

ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ ФИНСКОГО ЗАЛИВА ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ИСХОДНОЙ РУДЫ И РУДЫ ПОСЛЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ОБЖИГА

5.1 Методика проведения экспериментов и описание схемы экспериментальной установки выщелачивания и прокалки

2. Степень извлечения марганца из непрокаленной руды 124

3. Извлечение марганца из прокаленной руды без восстановителя 125

4. Прокалка ЖМК с пиритом 129

1. Восстановление марганца при прокалке ЖМК с пиритом 129

2. Выщелачивание огарков, полученных после прокалки 137 руды с пиритом

5.5 Прокалка ЖМК с серой 140

5.5.1 Восстановление марганца при прокалке ЖМК с серой 140

5.5.2 Выщелачивание огарков, полученных после прокалки 147
руды с серой

5.6 Прокалка ЖМК с сульфатом аммония 149

3. Восстановление марганца при прокалке ЖМК с сульфа- 149 том аммония

4. Выщелачивание огарков, полученных после прокалки 155 руды с сульфатом аммония

7. Содержание примесей в растворах выщелачивания 156

8. Получение опытного образца марганцевого концентрата при 159 переработке ЖМК с использованием операции восстановительного обжига

9. Предлагаемые технические решения 161

1. Материальный баланс производства 1т марганцевого концентрата по предложенной технологической схеме с исполь- 162 зованием серы в качестве восстановителя

2. Сравнительный расчет экономических затрат на производство 1т марганцевого концентрата при гидрометаллургической 163 переработке ЖМК

ВЫВОДЫ 165

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 167

Введение к работе

В настоящее время в России остро стоит проблема обеспечения промышленности марганцевым сырьем. Ввиду практически полного отсутствия богатых, разработанных месторождений марганцевых руд, проблема недостачи марганцевого сырья для российской промышленности решается сейчас в следующих направлениях: за счет разработки бедных месторождений на Урале, которые характеризуются сложным составом, удаленностью от мест переработки и потребления и отсутствием надлежащей инфраструктуры [1,2]; за счет импорта [3]; за счет переработки относительно недавно обнаруженных и только начинаемых промышленно использоваться подводных железомарганцевых конкреций Балтийского моря и российской части района Кларион-Клиппертон в Тихом океане [4,5].

Данные подводные руды отличаются от континентальных крайне сложным минеральным составом и структурой. Зерна минералов, находящихся в них, слабо окристаллизованы. Отмечено взаимное прорастание и малые (порядка 1 мкм) размеры зерен [4,5]. Кроме марганца в конкрециях присутствуют соединения железа и фосфора. Их присутствие усложняет переработку данных руд, так как существующими требованиями к марганцевым концентратам содержание в товарном продукте железа и фосфора резко ограничено. Марганец же в конкрециях представлен в основном в виде Мп02*Н₂0, который практически не разлагается растворами разбавленных кислот, и для его извлечения требуется применение восстановителя [4,5]. Кроме того, конкреции являются хорошими сорбентами катионов тяжелых металлов из морской воды и поэтому могут быть переработаны на концентраты соответствующих металлов [4-7].

Все эти особенности затрудняют переработку этих руд обычными методами: пирометаллургический и физико-механические способы не позволяют извлечь марганец из этих руд в достаточной степени [4,5]. В связи с этим переработка этих руд в мире ведется преимущественно химическими и биохимическими способами [4-14].

Данная работа посвящена исследованию переработки железомарганцевых конкреций Финского залива Балтийского моря с применением восстановитель-

ного обжига.

Целью работы является разработка технологии переработки железомар-ганцевых конкреций сернокислотным способом с применением операции вос-становительно-сульфатизирующего обжига с рядом восстановителей (пирит, сера, сульфат аммония) с целью получения марганцевого концентрата, удовлетворяющего требованиям металлургической промышленности.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи исследования:

1. Изучение в лабораторных условиях процесса восстановления диоксида марганца, присутствующего в руде, при обжиге с твердыми восстановителями (пирит, сера, сульфат аммония) при различных температурах;

2. Изучение в лабораторных условиях процесса извлечения марганца из обожженной руды водными растворами серной кислоты;

3. Проведение термодинамического моделирования и расчетов фазовых и химических превращений, происходящих в исследуемых системах в широких интервалах значений параметров состояния;

4. Составление прогноза поведения реальных систем, включающих соединения марганца, в широком интервале условий, и оптимизация параметров технологического режима получения марганцевого концентрата;

5. Получение опытного образца марганцевого концентрата.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

6. Способ переработки железомарганцевых конкреций сернокислотным способом с применением операции восстановительно-сульфатизирующего обжига с рядом восстановителей (пирит, сера, сульфат аммония) с целью получения марганцевого концентрата.

7. Результаты по влиянию параметров состояния на степень восстановления и сульфатизации марганца для систем: ЖМК- пирит, при прокалке в интервале температур 400-800С; ЖМК- сера, при прокалке в интервале температур 300-800С; ЖМК- сульфат аммония, прокалка при температурах 400-550С.

8. Результаты опытов по влиянию параметров состояния на степень извлечения соединений марганца в раствор в системах: ЖМК-раствор сульфит-бисульфита аммония и серной кислоты в интервале времени выщелачивания

(от 1 до 4 часов); Огарок после обжига с пиритом (серой, сульфатом аммония)-раствор серной кислоты в интервалах условий обжига и времени выщелачивания.

4. Термодинамические модели систем: при прокалке: Mn02-FeS2 (S,
(NH^SC^) - Fe(OH)₃ -FeP04-2H₂0 -С-воздух в широкой области составов и
температур в изобарном и изохорном процессе; при выщелачивании ЖМК рас
твором серной кислоты: Mn0₂-Fe(OH)3-FeP04*2H₂0- NH4HSO3- (NH4)₂S0₃; при
выщелачивании основных компонентов из продуктов прокалки конкреций в
присутствии восстановителей: MnS - MnS04- Мпз(Р04)г в среде сернокислотно
го раствора при 25 и 100С.

5. Результаты расчетов влияния параметров состояния на равновесный состав и фазово-химические превращения при прокалке ЖМК с FeS2 (S, (N114)2804) в интервале температур 298 - 1600К, мольном соотношении Мп (в ЖМК): S (в восстановителе) от 1: 0,5 до 1:1 в воздушной атмосфере и без дос-тупа воздуха. Влияние воздуха (в интервале объемов 0-0,3 м /моль МпОг) на процесс восстановительной прокалки ЖМК в исследованных системах при типичных температурах прокалки (в области 500-700С, восстановители - пирит, сера, сульфат аммония). Выбор оптимальных условий прокалки.

6. Результаты расчетов влияния параметров состояния на равновесный состав и фазово-химические превращения при выщелачивании: основных компонентов ЖМК - 0 n2 2, Fe(OH)₃ и FeP04"2H20 в среде раствора серной кислоты H2SO4 и сульфит-бисульфита аммония ((NFLO2SO3 + NH4HSO3) в интервале температур 25-100С; огарков после обжига ЖМК с FeS2 (S, (№14)2804) в растворе серной кислоты в интервале температур 25-100С. Выбор оптимальных условий выщелачивания.

Работа выполнена на кафедре технологии неорганических веществ Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета).

Похожие диссертации на Переработка железомарганцевых конкреций Балтийского моря на соединения марганца

Осаждение железа и марганца из сульфатных растворов с примением газового реагента при переработке марганецсодержащих материаловСмирнов Александр Всеволодович

Повышение эффективности гидромеханизированной добычи железомарганцевых конкреций на шельфе Балтийского моря Шишкин Павел Витальевич

Обоснование и разработка технологии получения некоторых биологически активных соединений из гидробионтов Баренцева моряШаповалова Людмила Анатольевна

Эколого-гигиеническая оценка железомарганцевых конкреций Балтийского моря и продуктов их переработки [Электронный ресурс]Мокроусова Ольга Николаевна

Координационные соединения марганца(II), кобальта(II), никеля(II) и меди(II) с диизобутилдитиофосфинат-ионами и азотистыми гетероциклами Кокина Татьяна Евгеньевна

Превращения 4-арил-1,2,3,6-тетрагидропиридинов и 2-арилпропенов в присутствии карбонилсодержащих соединений и разновалентных соединений марганцаПолянский Кирилл Борисович

Воздействие соединений марганца на иммунобиологические и биохимические процессы в организме цыплят-бройлеров в онтогенезеРучий Олег Сергеевич

Каталитические свойства координационных соединений марганца (II) с ацетилацетоном и гистидином Чан Тхи Тхань Фыонг 0

Содержание и динамика соединений марганца и железа в подзолистых почвах южно-таежной подзоны Кировской областиЗубкова, Ольга Александровна

Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металламиКоролёв Александр Николаевич