Оналбаева Ж.С.

 

Восточно-Казахстанский государственный технический университет

им. Д. Серикбаева, г. Усть-Каменогорск, Казахстан

 

Современное состояние сульфатной технологии производства гидроксида бериллия из минерального сырья

 

Сульфатный способ извлечения бериллия основан на том, что при обработке берилла серной кислотой образуются растворимые в воде сульфаты бериллия и алюминия и нерастворимый оксид кремния. Берилл взаимо­действует с серной кислотой очень медленно, но при определенных условиях можно добиться заметного ускорения реакции. Так, взаимодействие берилла с концентрированной серной кислотой при температуре 400 °С в автоклаве поз­воляет перевести за несколько часов в водорастворимую форму до 50÷60 % бериллия. Реакция ускоряется в присутствии фторидов благодаря воздействию фтористого водорода. Так как скорость реакции в этом случае всё же остается малой и, кроме того, при этом возникают трудности, сопряжённые с коррозией аппаратуры, этот способ вскрытия промышленного применения не нашёл. Для всех промышленных сульфатных процессов с целью повышения его активности берилл приходится подвергать его предварительной обработке, пользуясь термической обработкой, которая изменяет его кристаллическое строение. Технологическая схема переработки концентрата по сульфатному способу приведена на рисунке 1.

В процессе термической обработки берилл плавят и затем охлаждают в воде. Если закалку провести достаточно быстро, то кристаллическое строение берилла изменяется, что значительно упрощает его вскрытие серной кислотой. Однако при этом с серной кислотой взаимодействует всего 50÷60 % бериллия, поскольку нерастворимый остаток представляет собою твердый раствор оксида бериллия в кремнеземе, не поддающийся вскрытию серной кислотой. При пос­ледующем нагреве такого берилла при 900 °С из твердого раствора выпадает оксид бериллия, при взаимодействии которого с серной кислотой до 90–95 % бериллия превращается в сульфат. После сплавления берилл уже растворяется в серной кислоте. Термически обработанный берилл реагирует только с горячей концентрированной кислотой  при нормальном давлении [1-11].

Рисунок 1 – Технологическая схема переработки бериллового концентрата по сульфатному способу

Сульфатный раствор от выщелачивания содержит, г/дм3: 35,1 ВеО, 40,0 Al2O3, 3,0 Fe2O3, 0,2 SiO2 [10].

Раствор сульфатов обычно содержит большое количество сульфатов алюминия и заметное количество сульфатов железа, поскольку алюминий всегда входит в состав берилла, а железо всегда присутствует в нём. Кроме того в растворе всегда содержатся и другие примеси в небольшом количестве. Для очистки этого раствора предлагалось много методов. Обычно большую часть алюминия удаляют в виде алюмоаммонийных или алюмокалиевых квасцов, образующихся при добавлении избытка сульфата аммония или калия к горячему раствору. При охлаждении выпадают кристаллы квасцов, которые отделяют фильтрованием [3]. В данном способе переработки сульфатного раствора гидроксида бериллия осаждается с помощью гидролиза, не прибегая к специальным способам удаления примесей из раствора. К сульфатному раст­вору после отделения квасцов добавляют комплексообразователь трилон Б (ЭДТА – этилендиаминтетрауксусная кислота); при этом примеси железа, марганца, кальция и магния связываются в комплексы и остаются в растворе.

Для осуществления гидролиза раствор после отделения квасцов непре­рывно перекачивают через дозирующий счётчик в реактор из нержавеющей стали. Туда же вливают необходимое количество разбавленного раствора едкого натра и трилона Б. Образовавшийся раствор бериллата и алюмината натрия непрерывно поступает в гидролизатор, где доводится до кипения. При этом в осадок выпадает кристаллический β-гидроксид бериллия. Алюминат натрия в данных условиях гидролиза (высокая температура, большой избыток щелочи) не гидролизуется и остается в щелочном маточном растворе. 

Гидроксид бериллия отделяют от маточника на центрифуге. Извлечение бериллия на этой операции составляет 97 %.

Положительной стороной сульфатного способа является простота технологии – все химические операции проводятся непрерывно и полностью автоматизированы. Очень удачно решены вопросы, связанные с разложением концентратов без флюсов и очисткой растворов  от примесей. Применением комплексообразователя предельно упростились переделы, связанные с очисткой от примесей.

Недостатком процесса является большой расход щелочи, которую невозможно регенерировать, так как в результате гидролиза щелочной маточник содержит значительное количество сульфата натрия, образованного на стадии нейтрализации [10].

 

Литература:

 

1. Силина Г.Ф., Зарембо Ю.И., Бертина Л.Э. Бериллий, химическая технология и металлургия. – М.: Атомиздат, 1960. – 120 c.

2. Уайт Д., Берк Дж. Бериллий. – М.: ИЛ, 1960. – 616 c.

3. Дарвин Дж., Баддери Дж. Бериллий. – М.: ИЛ, 1962. – 324 c.

4. Химия и технология редких и рассеянных элементов: В 2 т. / Под ред.   К.А. Большакова. – Т. 2: Технология редких и рассеянных элементов. – М.: Высшая школа, 1969. – 640 c.

5. Хлебникова Е.Н. Определение физико-химических характеристик минералов бериллия и лития, и выбор оптимальных условий их вскрытия в гидрометал­лургии: Дис. … магистра техн. наук. Усть-Каменогорск, 2013. – 87 с.

6. Зеликман А.Н., Меерсон Г.А. Металлургия редких металлов. – М.: Метал­лургия, 1973. – 608 c.

7. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г. Металлургия редких металлов. – М.: Метал­лургия, 1991. – 432 с.

8. Самойлов В.И. Экспериментальная разработка перспективных химических методов извлечения бериллия и лития из минерального сырья. – Усть-Камено­горск: Медиа-Альянс, 2006. – 551 с.

9. Самойлов В.И., Борсук А.Н. Методы совместной переработки фенакита, бертрандита и берилла в гидрометаллургии бериллия. – Усть-Каменогорск: Медиа-Альянс, 2006. – 200 с.

10. Коленкова М.А., Крейн О.Е. Металлургия рассеяных и легких редких металлов. – М.: Металлургия, 1977. – 360 с.

11. Химическая технология и металлургия бериллия и его сплавов: Сб. переводов / Под ред. М.Б. Борисова. – М.: ИЛ, 1953. – Ч. I. – С. 5-25.