Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новой технологии и создание оборудования для получения наноразмерных магнезиальных порошков при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита для различных отраслей промышленности

Номер контракта: 14.577.21.0111

Руководитель: Селеменев Владимир Федорович

Должность: Заведующий кафедрой

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
аморфный магнезит, наноразмерные магнезиальные порошки, оксида магния, утилизация отходов добычи

Цель проекта:
Разработка и экспериментальная реализация новой технологии утилизации отходов, образующихся при добыче и переработке аморфного магнезита с получением востребованных товарных продуктов в виде наноразмерных магнезиальных порошков и композиционной периклазовой керамики, что обеспечит снижение экологической нагрузки на окружающую среду на территориях, прилегающих к горным и обогатительным предприятиям. Разработка научно-технических основ технологии получения наноразмерных магнезиальных порошков и композиционной периклазовой керамики при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита для металлургической и химической промышленности, медицины и сельского хозяйства.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения работ по проекту будут:
1. Разработаны научно-технические основы технологии обогащения, переработки аморфного магнезита и утилизации серпентинита как хвостов обогащения с чистотой обогащенного магнезитового концентрата не менее 95%.
2. Установлены:
-закономерности электромагнитного обогащения аморфного магнезита для получения магнезитового концентрата с чистотой не менее 95%;
- закономерности процесса выщелачивания серпентинита раствором азотной кислоты в ультразвуковом поле;
- закономерности процесса кристаллизации нитрата магния и термогидролиза расплава нитрата магния;
- определена структура и механические свойства композиционной периклазовой керамики высокой частоты;
- критерии оценки цитотоксичности магнезитового концентрата;
- критерии оценки общетоксического действия магнезитового концентрата;
- критерии оценки фармакокинетики магнезитового концентрата.
3. Разработаны конструкционная схема, реализовано проектирование установки для утилизации отходов добычи и переработки аморфного магнезита, методом выщелачивания серпентинита раствором азотной кислоты в ультразвуковом поле, кристаллизации нитрата магния и термогидролиза расплава нитрата магния и изготовлен опытно-промышленный образец этого устройства.
4. Создан опытно-промышленный участок по обогащению аморфного магнезита и переработке хвостов его обогащения.
5. Определена возможность использования продуктов переработки и утилизации хвостов обогащения в качестве сырья для фармацевтической промышленности, биологически активных пищевых добавок корректирующих баланс магния в организме, как человека, так и сельскохозяйственных животных.
6. Разработан пакет эскизной технической документации на экспериментальную установку получения наноразмерного порошка оксида магния в соответствии с требованиями национальных стандартов, в том числе Системы разработки и постановки продукции на производство (СРПП), Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), Единой системы программной документации (ЕСПД), Единой системы технологической документации (ЕСТД).
7. Разработан проект технического задания на проведение последующей ОТР по теме «Разработка конструкции установки для получения наноразмерного порошка оксида магния методом термического разложения дисперснораспыленного концентрированного раствора нитрата магния»
8. По результатам исследований, выполненных сотрудниками ВГУ и опытных работ, проведенных на ООО «Завод – ФММ» будут разработаны технические регламенты получения обогащенного аморфного магнезита, нитрата магния и композиционной периклазовой керамики.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Магнезиальное сырье является стратегическим сырьем. Месторождения магнезиального сырья известны во многих странах мира. Наиболее полные сведения имеются по магнезиту, как по самому распространенному и наиболее широко используемому минералу. Наиболее крупными разведанными запасами магнезита обладают Китай (33,9%), КНДР (12,6%), Россия (23,2%), Словакия (13,9%), Турция (1,7%) и Австралия (7,4%). На долю этих стран приходится более 90% от общих мировых разведанных запасов.
Сырьевая нехватка высококачественных сортов магнезита с чистотой более 92% наблюдается во всем мире и требует разработки высокоэффективных и энергосберегающих методов обогащения и переработки магнезиального сырья.
Дефицит качественного магнезиального сырья отечественного производства в российской огнеупорной отрасли превышает 100 тыс.т в год, что подтверждают данные ГТК РФ по импорту спеченного и плавленого периклаза.
Также большой объем неудовлетворенного спроса на оксид магния наблюдается в производстве особых сортов цемента, сухих строительных смесей, и других стройматериалов. Объемы спроса в производстве строительных материалов на качественные марки оксида магния оцениваются на уровне 30-50 тыс.т в год.
Потребности российских предприятий резинотехнической, шинной, электротехнической, химической, огнеупорной, металлургической и других отраслей промышленности в высококачественных магнезиальных материалах покрываются за счет импорта из Израиля, Китая, Франции, Германии и других стран.
Весьма ценным типом сырья для получения магнезиальных продуктов является морская вода и рассолы, эти источники занимают значительное место в структуре получения магнезиальных порошков.
Продукция, получаемая из морской воды и рассолов, характеризуется высоким качеством – содержание MgO составляет 96-99%, порошки имеют высокую плотность и микрозернистый состав (40-80 микрон), что очень важно для качества огнеупоров. В ряде стран (США, Нидерландах, Японии, Мексике, Израиле, Ирландии, Иордании) оксид магния получают из морской воды путем смешивания ее с
обожженным доломитом или известняком. Образующийся в результате этой реакции гидроксид магния выпадает в осадок и затем обжигается до оксида магния. Однако, этот способ получения дорог, энергозатратен и имеет невысокую производительность. Основное преимущество этого способы, это высокая чистота магнезиального продукта. По оценке Геологической службы США, на долю Японии, Нидерландов и США в настоящее время приходится 56% мирового производства магнезиальных порошков из морской воды.
Наиболее распространенным типом промышленного сырья для получения магнезиальных продуктов является кристаллический магнезит, на долю которого приходится около 70% производства, еще 15% приходится на аморфный (скрытокристаллический) магнезит. По различным оценкам, из морской воды и рассолов получают около 15% всего объема мирового производства магнезиальных порошков. В
мире насчитывается пять крупных месторождений аморфного магнезита: в Австралии, Греции, Словакии, Турции и Россия. На сегодняшний день наша страна обладает серьезными запасами аморфного магнезита.
По предварительным оценкам месторождение аморфного магнезита в Оренбургской области обладает ресурсами не менее 100 млн. тонн. Это месторождение является уникальным и пока еще единственным разведанным на территории Российской Федерации. Вопрос о создании ресурсной базы высокомагнезиального сырья в Оренбургской области обсуждался в комитете РФ по металлургии (Протокол совещания у Президента Международного Союза металлургов от 10 июня 2003 г.). Однако проблема обогащения аморфного магнезита до сих пор остается открытой. Сложность получения высокочистого магнезита связана с тем, что данная порода загрязнена примесями серпентинита и карбоната кальция. В практике эксплуатации месторождений аморфного магнезита обогащение добытого минерального сырья осуществляется способами ручной рудоразборки и рудоразработки с применением оптических и рентгенометрических сепараторов. К существенным недостаткам такого обогащения относятся низкий выход магнезита. В частности, из материала эксплуатации Халиловского месторождения аморфного магнезита следует, что доля его извлечения в концентрат колеблется от 3.5 до 5.1% при среднем его содержании в залежах 25-30% (Отчет о разведке Халиловского месторождения аморфного магнезита в Гайском районе Оренбурской области. 1999-2002. Росгеолфонд. 2003). Однако практика
использования данных способов обогащения показала, что в полученном концентрате присутствуют большие количества засоряющих вредных минералов: серпентинита до 5.9%, карбоната кальция до 3.5% и прочих до 4.5%.
Анализ современных тенденций развития науки и техники в получения наноразмерных магнезиальных порошков показывает, что проблема комплексной переработки аморфного магнезита и утилизации серпентинита как хвостов обогащения стоит актуально во многих странах мира. В частности месторождение в Словакии было законсервировано в связи с низким качеством добываемого магнезита и невозможностью его обогащения и очистки от хвостов, содержащих в основном карбонат кальция, серпентинит и оксид железа с использованием современных технологий. Предложенные попытки получения серпентинопериклазовых огнеупоров не имеют перспективы по причине низких
технологических характеристик серпентинита.
Все вышесказанное диктует потребность в создании новых способов переработки аморфного магнезиального сырья и создание на их основе уникального технологического оборудования с улучшенными технологическими параметрами, обеспечивающих конкурентное преимущество данной технологии благодаря ряду факторов:
MgO+2HNO3=Mg(NO3)2+H2O
Fe2O3+6HNO3=2Fe(NO3)3+3H2O
Cr2O3+6HNO3=2Cr(NO3)3+3H2O
MnO+2HNO3=Mn(NO3)2+H2O
Al2O3+6HNO3=2Al(NO3)3+3H2O
CaO+2HNO3=Ca(NO3)2+H2O
NiO+2HNO3=Ni(NO3)2+H2O
– отделение азотно-кислотного раствора от кремнеземистого остатка фильтрованием;
– магнитная сепарация кремнезема с получением чистого высокодисперсного кремнезема ("белой сажи") и железо-хром-марганцевой шпинели;
– нейтрализация азотнокислотного раствора водной суспензией оксида магния до рН 8–9 с выделением ионов тяжелых металлов и алюминия в виде гидроксидов, которые далее идут на смешение с полученной магнитной фракцией;
– выделение ионов кальция в виде карбоната;
– выпаривание чистого раствора и кристаллизация гексагидрата нитрата магния;
– термический гидролиз гексагидрата нитрата магния в атмосфере перегретого водяного пара по реакции:
Mg(NO3)×6H2O = MgO + NO2 + NO + O2 + 6H2O,
в результате чего получается чистый оксид магния и нитрозные газы, которые идут на конденсацию и регенерацию азотной кислоты.
В ходе реализации проекта будет разработана конструкционная схема, реализовано проектирование установок для отработки процессов выщелачивания серпентинита раствором азотной кислоты, кристаллизации нитрата магния и термогидролиза расплава нитрата магния и изготовлены опытные опытно-промышленные образцы этих устройств. Будет создан опытно-промышленный участок по обогащению аморфного магнезита, получению наноразмерного порошка оксида магния и керамических композиционных материалов на его основе. Будет определена возможность использования полученных материалов в качестве сырья для разработки биологически активных пищевых добавок корректирующих баланс магния в организме, как человека, так и сельскохозяйственных животных.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Различные соединения магния широко применяются в виде порошков во многих отраслях промышленности, а именно: в производстве периклазовых порошков; в изготовлении высококачественных огнеупорных изделий; в производстве трансформаторной стали; в изготовлении цемента и ряда других строительных материалов; в электротехнической промышленности для производства электроизоляционных материалов; при изготовлении электротермического оборудования, необходимого для точной термообработки черных и цветных металлов; в производстве катализаторов; в люминесцентной дефектоскопии, в качестве проявляющего порошка при проверке деталей на трещины; в качестве химического реактива в научных и учебных целях; в медицине и фармацевтике; в ветеринарии; в производстве косметических средств; в производстве удобрений.
В ходе реализации проекта будут разработаны технические регламенты получения обогащенного аморфного магнезита, нитрата магния и композиционной периклазовой керамики, кроме того будет создан опытно-промышленный участок по обогащению аморфного магнезита, получению нитрата магния и изделий из композиционной периклазовой керамики.

Текущие результаты проекта:
за счет средств субсидии:
Проведен аналитический обзор научных и информационных источников (научно-технической, нормативной, методической литературы, публикации в научных журналах, монографии и др.), затрагивающих получение наноразмерных магнезиальных порошков и композиционной периклазовой керамики при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита, а также влияние методов переработки данного сырья на структуру и свойства полученных материалов.
Проведены патентные исследования по утилизации и переработке хвостов обогащения аморфного магнезита, получению наноразмерных магнезиальных порошков для различных отраслей промышленности.
Обоснован выбор направления исследований для создания технологии получения наноразмерных магнезиальных порошков при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита.
Установлены закономерности влияния гранулометрического состава отходов обогащения и интенсивности магнитного поля на степень отделения слабомагнитной фракции при использовании метода магнитной сепарации для утилизации таких отходов.
Разработаны программы и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов магнезиального концентрата, порошков нитрата и оксида магния, композиционной периклазовой керамики высокой чистоты.
Разработана математическая модель, предназначенная для прогнозирования технико-экономических показателей и обоснования оптимального сочетания технических решений при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита с получением обогащенных магнезиальных наноразмерных порошков и наноструктурных композиционных керамических материалов на их основе.
Разработан лабораторный технологический регламент получения наноразмерных магнезиальных порошков и композиционной периклазовой керамики высокой чистоты при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита.
Разработана эскизная техническая документация на экспериментальный образец установки для получения наноразмерных магнезиальных порошков при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита.

за счет внебюджетных средств:
Закуплено необходимое технологическое и контрольно-измерительное оборудование.
Закуплены материалы и подготовлено минеральное сырьё для обогащения аморфного магнезита.
Проведены исследования по определению технико-экономических показателей существующих технологий переработки отходов обогащения аморфного магнезита.
Проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив коммерциализации РИД, полученных при выполнении ПНИ.
Приняли участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных и окончательных результатов ПНИ.