1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29397
(51) C01F 1/00 (2006.01)
C22B 35/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1925.1
(22) 23.12.2013
(45) 25.12.2014, бюл. №12
(72) Оспанов Хабибулла Кусаинович; Мутанов
Галимкаир Мутанович; Оспанова Назира
Хабибулловна; Байболдиева Айшакуль
Батырбековна
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Казахский
национальный университет им. аль-Фараби"
Министерства образования и науки Республики
Казахстан
(56) Плющев В.Е., Степина С.Б., Федоров П.И.
Химия и технология редких и рассеянных
элементов. Часть 1./ под.ред. Болыпакова. -М.:
Высшая школа, 1976. с.186.221
(54) СПОСОБ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
БЕРИЛЛИЯ ИЗ ГРУППЫ БЕРТРАНДИТА И
ФЕНАКИТА В УСЛОВИЯХ ПЕРЕРАБОТКИ
МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
(57) Изобретение относится к области цветной
металлургии и может быть использовано для
извлечения бериллия из группы бертрантидов и
фенакита в условиях переработки минерального
сырья (руд, концентратов способами кучного,
чанового выщелачивания).
(19)KZ(13)A4(11)29397

2. 29397
2
Изобретение относится к области цветной
металлургии и может быть использовано для
извлечения бериллия из группы бертрантидов и
фенакита в условиях переработки минерального
сырья (руд, концентратов способами кучного,
чанового выщелачивания)
В основе изобретения положена задача
разработать способ извлечения бериллия из группы
бертрантидов (Be4(Si2O8)(OH)2)} и фенакита
(Be2(SiC4)), позволяющий расширить диапазон
вовлекаемого в переработку минерального сырья и
обеспечивающего экономичность и улучшение
экологии производства за счет использования
эффективного действующего реагента при
низкотемпературном режиме гидрохимическим
методом.
Современные способы извлечения бериллия из
выше указанных минералов, в частности из руд и
концентратов, осуществляются только
пирометаллургическим методом при высокой
температуре.
К недостаткам пирометаллургического
производства извлечения бериллия относятся
выделения вредных токсических газов, высокие
энергозатраты, необходимости огнеупорных
материалов, что не выгодно как в экономическом,
так и экологическом отношении (Эверест Д. Химия
бериллия. - М.: Химия, 1968 г.; Плющев В.Е.,
Степина С.Б., Федоров П.И. Химия и технология
редких и рассеянных элементов. Часть 1. / под. ред.
Болыпакова. - М.: Высшая школа, 1976. с.186-221;
Силина Г.Ф., Зарембо Ю.И., Бертина Л.Э. Бериллий.
Химическая технология и металлургия / под. ред.
В.И. Спицина. - М.: Атомиздат, 1960. с.20-35).
Замена высокотемпературного способа
извлечения бериллия из бериллсодержащего сырья,
представленного в основном в виде минералов:
бертрандитовые (Be4(Si2O8)(OH)2), фенакитовые
(Be2SiO4) концентраты на более дешевый
гидрохимический метод с использованием
эффективно действующих растворителей весьма
актуальна.
В основу изобретения положена задача
разработки нового способа извлечения бериллия из
бертрандита и фенакита, позволяющего расширить
диапазон вовлекаемого в переработку минерального
сырья и обеспечивающего экономичность и
улучшение экологии производства за счет
использования эффективно действующего реагента
гидрохимическим методом при низкотемпературном
режиме, который не имеет аналогов в мировой
практике.
Относительно близким по техническому
решению к изобретению является способ
растворения бертрандитово-фенакитового
концентрата путём обработки его сульфатным
методом (разновидности метода Brush-Beryllium)
после термической обработкой концентрированной
85%-ной серной кислотой при температуре 300°С в
термостатированных условиях (УМЗ, г. Усть-
Каменогорск) (Плющев В.Е., Степина С.Б., Федоров
П.И. Химия и технология редких и рассеянных
элементов. Часть 1. / под. ред. Болыпакова. - М.:
Высшая школа, 1976. с.186-221). Недостатком этого
известного способа является соблюдение правил
техники безопасности и трудоёмкость процесса
разрушения серной кислоты.
Более близким по характеру является ранее нами
предложенный новый способ извлечения бериллия
из бериллиевого концентрата, содержащего в
основном минералов бертрандита и фенакита с
использованием чрезвычайно труднодоступного
дорогостоящего и токсичного реагента горячим
раствором бифторида калия (KHF2) в присутствии
НСl:Н2О =1:1 при продолжительности нагрева до
80°С в течение 8 часов.
В связи с вышеизложенным, с целью устранения
вышеуказанного недостатка весьма важными
являются поиски более дешевого, менее токсичного
и эффективного действующего реагента -
растворителя для минералов бериллия, которые
могли бы успешно заменить бифторида калия при
гидрометаллургической переработке
бериллсодержащего сырья.
В основе разработки положена задача
разработать способ извлечения бериллия из группы
бертрандитов (Be4(Si2O8)(OH)2)) и фенакита
(Be2(SiO4)), позволяющий расширить диапазон
вовлекаемого в переработку минерального сырья и
обеспечивающего экономичность и улучшение
экологии производства за счет использования
эффективного действующего реагента при
низкотемпературном режиме гидрохимическим
методом, который не имеет аналогов в мировой
практике.
Поэтому проведено дополнительное
исследование для разработки более эффективные и
дешевые способы вскрытия бериллия из группы
бертрандита и фенакита в условиях переработки
минерального сырья (руд, концентрата).
Выщелачивание бериллсодержащего сырья из
минералов бериллия из группы бертрандитов и
фенакита осуществляется путем контактирования
мономинеральных образцов, руды или концентрата,
с выщелачивающими реагентами: соляная кислота с
водой (1 : 1), как в отсутствии, так и в присутствии
фторида аммония в пределах 1-8 г в солянокислой
среде с последующим извлечением бериллия,
использовали 0,5 литра растворов в пределах
концентрации соляной кислоты от 2 до 12% в
присутствии вышеуказанных реагентов при Т : Ж =
1 : 5 в условиях постепенного нагрева в течение 8-10
часов при температуре нагрева от 25°С до 80°С.
Эффективное действие растворителей, как
комплексообразующих реагентов, так и
окислителей, зависит от pH раствора. Поэтому
выбор соляной кислоты в качестве среды и
растворяющего реагента (растворителя) обусловлен
тем, что соляная кислота, являясь кислотным
реагентом, одновременно выполняет функцию
комплексообразующего реагента, т.е. поставщика
хлор-иона в реакционную среду для связывания
ионов металлов в комплекс. В этом основное
преимущество соляной кислоты по сравнению с
широко используемой серной. В случае
использования серной кислоты на практике

3. 29397
3
скорость перехода ионов бериллия из твердой фазы
в раствор резко уменьшается из-за блокировки
поверхности минералов, содержащей выше
указанные металлы, образующимися
труднорастворимыми сульфатами сопутствующих
металлов, таких, как кальций, барий, свинец,
магний.
Использование солянокислотного и хлоридного
методов выщелачивания ионов бериллия основано
на высокой растворимости образующихся
комплексных хлоридов.
Роль соляной кислоты сводится к тому, что она
не только подавляет гидролиз, но и образует
устойчивое соединение ВеСl (Эверест Д. Химия
бериллия. - М.: Химия, 1968 г.; Плющев В.Е.,
Степина С.Б., Федоров П.И. Химия и технология
редких и рассеянных элементов. Часть 1. / под. ред.
Болыпакова. - М.: Высшая школа, 1976. с.186-221;
Силина Г.Ф., Зарембо Ю.И., Бертина Л.Э. Бериллий.
Химическая технология и металлургия / под. ред.
В.И. Спицина. - М.: Атомиздат, 1960. с.20-35).
Нами были проведены вначале
экспериментальные исследования по растворению
только в соляной кислоте при последовательном
нагревании реакционной смеси от 25 до 80°С
мономинеральных образцов вышеуказанных
бериллийсодержащих минералов (чистота
минералов: бертрандит - 98,5, фенакит: - 98.3).
Проверка этих данных на мономинеральных
образцах бертрандита и фенакита в пределах
концентрации соляной кислоты от 0,8 до 12% (по
массе) показала, что при концентрации соляной
кислоты 0,8% из бертрандита извлекается не более
5% бериллия, а из фенакита - 2% (табл. 1). И только
лишь увеличение концентрации до 12% и выше
приводит к почти полному их растворению.
Таблица 1
Извлечение бериллия (в %) из группы бертрандита, фенакита в зависимости от концентрации соляной
кислоты. Навеска минералов по 100 мг. Объем раствора 200 мл. В течение 8 часов при последовательном
нагреве от 25°С до 80°С.
Концентрация соляной кислоты, %Минералы
0,8 1,2 2,4 5,0 8,0 12,0
Извлечение бериллия из минералов, %
Бертрандит 5 6 35 52 80 98
Фенакит 2 2,2 16 48 78 95
Наши предварительные экспериментальные
результаты по изучению поведения бертрандита,
фенакита в зависимости от концентрации соляной
кислоты позволили получить информацию об
основных факторах, влияющих на изучаемый
процесс: концентрация соляной кислоты,
продолжительность перемешивания, температура.
С целью нахождения наиболее эффективных
вариантов оптимальных условий полного
растворения бертрандита, фенакита использовано
ортогональное планирование эксперимента 2-го
порядка со «звездным плечом» α=±1,215.
Соотношение компонентов в том числе
концентрации соляной кислоты, используемых при
выщелачивании, подобрано экспериментально с
использованием метода многофакторного
ортогонального планирования эксперимента.
Отклонение от него приводит к снижению степени
извлечения бериллия из бериллсодержащего сырья.
Для подтверждения полученного технического
результата предлагаемым способом приводим
примеры осуществления: эксперименты проводили
в объеме выщелачивающего раствора 500 мл
соответственно при соотношении Т : Ж = 1 : 5,
степень извлечения определяли по существующей
методике.
Пример 1. К навеске 0,500 г мономинерала
бертрандита и фенакита (раздельно) приливали
холодный раствор 500 мл технической соляной
кислоты концентрации 12% (по массе). Компоненты
постепенно нагревали от 25°С до 80°С в течение 8
часов. Результаты эксперимента приведены в
таблице 2.
Пример 2. Опыт проводят аналогично примеру 1,
но со значением концентрации технической соляной
кислоты 8% (по массе). Результаты также
приведены в таблице 2.
Пример 3. Опыт проводят аналогично примерам
1-2, но со значением концентрации технической
соляной кислоты 0,8% (по массе). Результаты также
приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты многофакторного эксперимента с использованием ортогонального планирования эксперимента
2-го порядка α=±1,215. Эксперименты проводились раздельно для бертрандита и фенакита по одной и той
же матрице планирования. Навеска 500 мг.
Условия опыта: холодный раствор соляной кислоты различной концентрации; при
постепенном нагревании от холодного до 80°С в течении 8 часов. Извлечение
бериллия в %
№ Минералы
бериллия, %
Пример 1 (12% НСl по
массе)
Пример 2 (8% НСl по массе) Пример 3 (0,8% НСl по
массе)
1 Бертрандит 98,0; 96,0; 97,0; 81,0; 82,0; 80,5 5,7; 5,5; 5,2
2 Фенакит 95,0; 94,0; 94,5 78,0; 77,0; 76,8 2,0; 2,5; 2,3

4. 29397
4
На основе полученных экспериментальных
данных (таблица 2) по предлагаемому способу
выбраны следующие наиболее эффективные
оптимальные условия извлечения бериллия из
бертрандита и фенакита: 500 мл 12 % холодного
раствора соляной кислоты по массе при
последовательном нагреве в течение 8 часов от 25°С
до 80°С. В этих условиях определялись степени
извлечения бериллия из бертрандита и фенакита, и
они составляют соответственно 97-98% и 94-95%.
Использование 12%-ного холодного раствора
НСl:Н2О - 1:1 по массе при постепенном нагревании
от от 25°С до 80°С в течение 8 часов связано с тем,
что при использовании горячего раствора
образуется большое количество кремневой кислоты
которые затормаживают процесс растворения
минералов бериллия из-за блокировки из
поверхности. Это приводит к снижению извлечения
бериллия из бертрандитово-фенакитового
концентрата. Ранее горячий раствор соляной
кислоты 1:1 использовался для извлечения бериллия
из групп гентгельвина (Инновационный патент РК
№26589, МПК C01F 1/00, С22В 35/00, опубл. бюлл.
№12 от 25.12.2012 г.). Однако группы гентгельвина
обладают большой реакционной способностью,
нежели группы бертрандита и фенакита
(Оспанов Х.К. Общие принципы прогнозирования
различия реакционной способности минералов и
растворителей в условиях переработки
минерального сырья (по материалам трех
международных научных открытий). Учебное
пособие. - Алматы: ТОО «BTS paper», 2012. с.367).
Предлагаемый способ выщелачивания бериллия
из группы бертрандитовых и фенакитовых
минералов также был проверен непосредственно на
бертрандитовом и фенакитовом концентрате
представленного УМЗ (г. Усть-Каменогорск) с
исходным содержанием 4,18%.
Методика выщелачивания: к навеске концентрата
массой 25 г приливали по 500 мл холодного
раствора соляной кислоты различной концентрации
и постепенно кипятили на плите в течение 10 часов
при температуре от 25°С до 80°С, поскольку объект
является бертрандитовый и фенакитовый
концентрат. Охлаждали, отфильтровывали,
содержание бериллия определяли физическим
методом. Оно составило 90-91%. Результаты
приведены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты проверки достоверности извлечения бериллия из бертрандитово-фенакитового концентрата с
исходным содержанием 4,18%. Навеска 25г концентрата. Объем раствора 500 мл соляной кислоты 12% по
массе при постепенном кипячении от 25°С до 80°С в течение 8 часов. Результаты являются средними по 4
экспериментам
Общее содержание Be в концентрате, в % по массе Найденное значение Be из концентрата в %
4,18 91,0; 90,5; 90,7; 90,8; 90,6; 91,0
На следующем этапе для интенсификации, т.е.
увеличения степени извлечения бериллия из
бертрандитово-фенакитового концентрата
использовали менее токсичный, легко доступный,
дешевый реагент фторид аммония (NH4F).
Концентрацию фторида аммония изменяли в
пределах от 1 до 8%, оставляя те же концентрации и
объемы соляной кислоты и условия выщелачивания.
Методика выщелачивания бертрандитово-
фенакитового бериллового концентрата: К навеске
концентрата массой 25 и 10 г. приливали по 500 мл.
холодного раствора (25°С) соляной кислоты
НСl:H2О = 1:1 и добавляли 1-8 г фторида аммония
(NH4F) и постепенно нагревали на плите в течение
10 часов при температуре от 25°С до 80°С.
Поскольку разовое введение растворяющего
реагента (NH4F) фторида аммония в солянокислой
среде не обеспечивает высокого извлечения
бериллия, проведены дополнительные
эксперименты с порционным введением фторида
аммония по 2 г через каждые 2 часа, что, как
предполагалось, позволили поддерживать более
высокую концентрацию фторида аммония в
растворе в течение 10 часов при постепенном
нагреве от 25°С до 80°С.
Затем реакционную смесь охлаждают и
отфильтровывают. Фильтрат сохранили для
осаждения ионов бериллия. Часть раствора (в
объеме 15 мл. каждого из 4 параллельных опытов)
отдавали на определение содержания бериллия,
перешедшего из твердой фазы в раствор. Это
показало, что порционные введения фторида
аммония в солянокислой среде 1:1 с поддержанием
определенной кислотности раствора эффективнее,
чем одноразовое. Извлечение бериллия,
перешедшего из твердой фазы в раствор, в этих
условиях составило 93-94%.
Для составления материального баланса осадок
после выщелачивания бертрандитово-фенакитового
концентрата раствором соляной кислоты 1:1 в
присутствии 8 г NH4F (фторида аммония) (дробным
методом) при нагревании от 25°С до 80°С в течение
10 часов высушивали. Затем сплавляли 1 г. осадка в
платиновом тигле со смесью Na2СО3 + K2СО3. Сплав
охладили, перевели в раствор. Определили
содержание бериллия. Найденные содержания
бериллия в осадке колеблется от 1,9 до 4,03%.
Фактически подтвердили, что степень извлечения
бериллия из раствора действительно соответствует
93-94%. Вышеприведенные данные получены в
лаборатории элементного анализа ЦКЭИ в
институте ядерной физики (п. Алатау, Алматы) с
использованием метода масс-спектрометрии с
индуктивно-связанной плазмой.
Степень извлечения бериллия из указанного
бертрандитово-фенакитового концентрата резко
увеличилась до 93-94%. Это связано с тем, что в
случае использования бифторида калия создается
весьма вязкая среда, что затрудняет подвижность
ионов бериллия, создаются благоприятные условия

5. 29397
5
осаждения кремниевой кислоты, что приводит, в
свою очередь, к торможению процесса растворения
минералов бериллия. В то же время, в присутствии
фторида аммония, это явление исключается. Кроме
того, как сказано выше, при использовании горячего
раствора образуется большое количество
кремниевой кислоты, которая затормаживает
процесс растворения минералов бериллия из-за
блокировки их поверхности.
Таблица 4
Результаты извлечения бериллия из бертрандитово-фенакитового концентрата с использованием
растворяющего реагента фторида аммония в пределах концентрации 1-8% по массе (NH4F). Навеска 25 г
концентрата. Объем раствора 500 мл. Соляная кислота 1 : 1 при последовательном нагреве в течение 8 часов
при температуре от 25°С до 80°С. Исходное содержание Be в концентрате 4,18%.
Концентрации фторида аммония, в % по массе Степень извлечения Be, %
1 90,5; 91,0; 91,3; 91,2; 90,5
2,5 90,8; 90,6; 91,5
5 91,0; 91,3; 91,5; 91,0; 91,1; 91,8
8 93,0; 93,5; 93,6; 93,8; 94,0; 94,1
Таким образом, как в экономическом так и в
экологическом отношениях наиболее выгодным и
эффективным растворяющим реагентом для
извлечения бериллия из бертрандитово-
фенакитового концентрата являются согласно
формуле изобретения пункт 1 и пункт 2. Следует
отметить, что в условиях растворения бертрандита и
фенакита растворяются все минералы бериллия,
кроме берилла.
1) Постепенное нагревание раствора соляной
кислоты НСl:Н2O=1:1 в течение 8 часов от 25°С до
80°С. Извлечение бериллия составляет 90-91%.
2) Использование 8% раствора (по массе)
фторида аммония (дробным методом) в том же
солянокислом растворе 1:1 при последовательном
нагреве в течение 10 часов от 25°С до 80°С.
Извлечение бериллия составляет 93-94%.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ выщелачивания бериллия из группы
бертрандита и фенакита в условиях переработки
минерального сырья, путем контактирования
концентрата или руды с выщелачивающим
раствором, содержащим техническую соляную
кислоту и с последующим извлечением бериллия,
отличающийся тем, что в качестве растворяющего
раствора используют техническую соляную кислоту
в количестве от 0,2-12% на литр выщелачивающего
раствора при последовательном кипячении в
течение 8 часов при 80°С.
2. Способ растворения бертрандитово-
фенакитового концентрата или руды путем
обработки растворителем с последующей
фильтрацией, промывкой, отличающийся тем, в
качестве растворителя используют 12% по массе
раствор соляной кислоты в присутствии 8% по
массе раствора фторида аммония при
последовательном нагреве в течение 10 часов от 25
до 80°С.
3. Способ растворения бертрандита и фенакита
из бертрандитово-фенакитового концентрата путем
обработки растворителем с последующей
фильтрацией и промывкой, отличающийся тем, что
в качестве растворителя используют 12% по массе
раствор соляной кислоты НCl:Н2O=1:1, содержащий
4-8% бифторида калия.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова