CC BY
12
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2018, том 61, №5_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 546.273-521.633
Д.О.Давлатов, Р.Шамсулло, Б.Ш.Назаров, А^.Курбонов, Ш.Б.Назаров
АЗОТНОКИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ СПЁКА, ПОЛУЧЕННОГО СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКОЙ НЕФЕЛИНОВЫХ СИЕНИТОВ ТУРПИ И БОРОСИЛИКАТНЫХ РУД АК-АРХАРА С СУЛЬФАТОМ НАТРИЯ
Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 26.03.2018 г.)
Приведены результаты исследований азотнокислотного разложения спёка от совместной переработки нефелиновых сиенитов месторождения Турпи и боросиликатов Ак-Архарского месторождения с сульфатом натрия. Изучено влияние различных физико-химических факторов на процесс извлечения компонентов состава спёка при его азотнокислотном разложении. Установлены оптимальные параметры проведения процесса кислотной обработки.
Ключевые слова: нефелиновые сиениты, боросиликаты, сульфат натрия, спёк, азотная кислота.
Интерес к азотнокислотному вскрытию алюминийсодержащего сырья связан с его свойством легко регенерировать при термическом гидролизе, так как нитратные соли разлагаются легче, чем сульфатные и хлоридные. Кроме того, благодаря окислительным свойствам НК03 в процессе разложения сырья, железо со степенью окисления +2, входящее в состав минералов, переходит в железо +3, что намного упрощает разделение железа от алюминия, которое определяет качество глинозёма для алюминиевого производства.
Сущность азотнокислых способов, разработанных в ГИПХе [1-3], заключается в том, что измельченный каолин обжигают при 650-750°С, после чего обрабатывают НК03 в перколяторе или диффузоре при 90°С. Раствор отделяют от шлама фильтрацией. Образующиеся соли, затем обжигают во вращающихся печах при 400°С. Оксиды азота вместе с дымовыми газами поступают на производство НК03.
В Институте химии им. В.И.Никитина АН Республике Таджикистан азотнокислотный способ переработки минерального сырья был применен к нефелиновым сиенитам Турпи и боросиликатным рудам Ак-Архарского месторождения [5,6].
В настоящей работе изучено азотнокислотное разложение спёка, полученного при совместной переработке бор- и алюминийсодержащих руд Таджикистана с Отличительной чертой совме-
стного спекания бор- и алюминийсодержащих руд является получение комплексных азотсодержащих удобрений с включением микроэлементов бора и его соединений.
Нефелиновые сиениты, боросиликатные руды и сульфат натрия смешиваются в массовом соотношений 1:1:3.5 и спекаются при температуре 900 - 950°С при продолжительности процесса спекания 40 - 50 мин и крупности частиц исходных сырьевых материалов 0.16 мм и менее. Далее получен-
Адрес для корреспонденции: Назаров Шамс Бароталиевич, Давлатов Дилшод Облокулович 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул.Айни, 299/2, Институт химии АН РТ. E-mail: shams_63@list.ru; d-dilshod92@mail.ru
ный спёк подвергается водной обработке, а затем азотнокислотному разложению в кислотоупорных реакторах.
Анализы проводились в основном на содержание оксидов алюминия, железа, кальция, калия, натрия, бора, магния и силиция по известным методикам. Содержание А1203, Fe2O3, В203, MgO и СаО определяли титриметрическими методами, №20, К2О - пламенно-фотометрическим, а содержание SiO2 весовым методами.
Изучено влияние различных физико-химических факторов на степень извлечения компонентов. Результаты опытов представлены на рисунке.
Влияние концентрации азотной кислоты (рис. а) на степень извлечения компонентов состава спёка изучали в пределе концентрации от 5 до 30%. С увеличением концентрации НК03 от 5 до 20% наблюдается постепенное увеличение степени извлечения всех компонентов спека в раствор.
Ё
0
1 эа -
^ 90 о
5
X
¡3° 5
Л В
41 с
ё 70 -
5 10 15 20 25
Концентрация кислота, %
| и
в 50
20 ¡10 60 ЕС 100
Температура кн^лртной (И■>•*•• "С
£
£
0
г эо
и
о
1
И 85
■ В203 И
§
■АЙОЗ £
■ Ре203 .а X и 80
в
■СаО 1
20 30 «О 50 ВО
Продолжительность кисгютнсй разложении , мин
100 110 120 130 Дозировка кислота
Рис. Зависимость степени извлечения компонентов состава спёка при его азотнокислотной обработке от: а - концентрации азотной кислоты; б - температуры кислотного разложения; в - продолжительности обработки; г - дозировки кислоты.
Максимальные значения степени извлечения компонентов наблюдаются при значении концентрации кислоты, равной 15-20%, которую можно считать оптимальной. При этом степень извлечения компонентов достигает следующих значений, в %: А1203 - 98.6; Fe2O3 - 99.4; В203 - 97.5 и СаО - 98.5.
Влияние температуры на кислотное разложение (рис. б) изучено в интервале от 20 до 100°С. Начало заметного разложения минералов состава руд наблюдается при температуре 40°С, где степень извлечения компонентов достигает, в % : В203- 81.3; А1203 - 93.2; Fe2O3 - 95.4; СаО - 90.9. С увеличением температуры степень извлечения компонентов в раствор увеличивается. Оптимальным условием данного фактора можно считать 90-100°С, которое обеспечивает максимальное извлечение компонентов в жидкую фазу: В2О3 - 98.2%, А12О3 - 98.4%, Fe2Oз - 99.5%, СаО - 98.4%.
Влияние продолжительности азотнокислотного разложения показано на рис. в. Влияние этого фактора изучено в интервале от 20 до 60 минут. При этом неизменными параметрами являлись: концентрация НКО3 - 15%; температура обработки - 95°С; дозировка кислоты - 115% от стехиометри-чески необходимого для образование азотнокислых солей компонентов состава спека.
Значительное извлечение оксидов начинается при продолжительности процесса от 40 до 60 мин. Степень извлечения компонентов возрастает в пределах,% : В2О3 - 83.8, А12О3 - 94.1, Fe2O3 -96.5, СаО - 97.6 и В2О3 - 97, А12О3 - 98, Fe2Oз - 99.3, СаО - 98.2 соответственно.
На рис. г приведены результаты влияния фактора дозировки азотной кислоты на степень извлечения компонентов состава твердого остатка в раствор. При дозировке азотной кислоты, равной 130% от стехиометрически необходимого для солеобразования, максимальное извлечение компонентов состава спека достигает следующих значений: В2О3 - 97.2%, А12О3 - 98.7%, Fe2O3 - 99.6%, СаО -98.9%.
Что касается вопроса извлечения оксидов натрия и калия состава нефелиновых сиенитов Тур-пи и Ак-Архарских боросиликатов, то при спекании в присутствии сульфата натрия они извлекаются в количестве от 96.4 - 98.3 % и 96.5 - 96.5%, соответственно, что свидетельствует о разрушении таких упорных минералов, как альбит, микроклин, ортоклаз и данбурит, входящих в состав нефелиновой и боросиликатной руды. Данные по степени извлечения щелочных составляющих сырья представлены в таблице.
Содержание извлеченных из состава спёка шелочных металлов определяли пламенно-фотометрическим методом на приборе ПФМ-1. Результаты представлены в таблице.
Оптимальными условиями физико-химических факторов, влияющих на процесс разложения спёка и обеспечивающих максимальное извлечение щелочных металлов при его азотнокислотном разложении, можно считать: концентрация азотной кислоты - 15-20%; температура кислотного разложения 90-100°С; продолжительность азотнокислотного разложения - 60-70 мин и дозировка кислоты - 120-130% от стехиометрически необходимого для получения азотнокислых солей натрия, калия, кальция алюминия, железа, магния и др. При этом бор извлекается в виде Н3ВО3 и степень его извлечения достигает 97-98%.
Таблица.
Влияние физико-химических факторов на степень извлечения оксидов натрия и калия
№ Условия кислотного разложения спёка от переработки боро- и алюмосиликатного сырья с №2804 Степень извлечения оксидов, масс.%
Концентрация кислоты, % Температура кислотного разложения, °С Продолжительность кислотного разложения, мин Дозировка кислоты,% №20 К20
1 5 100 60 130 88.5 85.56
2 10 100 60 130 93.95 92.54
3 15 100 60 130 98.3 97.2
4 20 100 60 130 98.2 97.1
5 25 100 60 130 98.02 96.89
6 15 20 60 130 63.25 60.95
7 15 40 60 130 72.5 69.25
8 15 60 60 130 83.65 79.65
9 15 80 60 130 93.25 90.1
10 15 100 60 130 98.2 96.5
11 15 100 20 130 59.85 55.65
12 15 100 30 130 70.12 67.45
13 15 100 40 130 80.32 77.25
14 15 100 50 130 89.85 87.65
15 15 100 60 130 97.94 96.95
16 15 100 80 130 98.3 97.45
17 15 100 60 90 62.58 61.3
18 15 100 60 100 72.45 69.87
19 15 100 60 110 83.25 80.3
20 15 100 60 120 94.45 92.65
21 15 100 60 130 98.12 96.9
22 15 100 60 150 98.64 97.59
Одним из сложных этапов кислотных способов переработки высоко-кремнезёмных руд является разделение жидкой от твёрдой фазы. В большинстве случаев разделение фаз в промышленности осуществляют фильтрацией, центрифугированием и осаждением, конкретный выбор которых зависит от свойства самой пульпы.
Исследование разделения жидкой от твёрдой фазы пульпы, полученных при переработке нефелиновых сиенитов и боросиликатного сырья, проводилось с применением метода отстаивания и фильтрования.
Опыты показали, что процесс отстаивания не дает положительных результатов в связи с повышенным содержанием кремнезёма в рудах, при переработке которых образуется густая однородная суспензия, которая плохо отстаивается.
Процесс фильтрации пульпы, полученной от азотнокислотного разложения спёка, из-за наличия геля кремниевой кислоты также протекает медленно и трудно. Активная кремнекислота в кислом растворе образуется за счёт частичного растворения Si02 при разрушении кремнезёмсодержащих минералов спёка и имеет следующую структуру:
НО-БЮ-ф-ОН
Исследования показали, что удельная производительность фильтрации составляет 1.32 м3/м2-час.
Таким образом, получений спёк от переработки нефелиновых сиенитов и боросиликаного сырья легко вскрывается при азотнокислотном разложении, обеспечивая комплексную и безотходную переработку сырья.
Поступило 28.3.2018 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вайтнер В.В., Калиниченко И.И. Выщелачивание аргиллита азотной кислотой. - Вестник УГТУ-УПИ, 2003, № 3 (23), с 185-191.
2. Пат. 2202516 Российская федерация, МПК С01Р7/24. Способ получения оксида алюминия. И.И. Калиниченко, В.В. Вайтнер и др. - № 2002111603/12 от 29.04.2002; опубл. 20.04.2003.
3. Китлер И.Н., Лайнер Ю.А., Исматов Х.Р. и др. - Металлургия цветных и редких металлов. - М.: Наука, 1967, с.234.
4. Яковкин А.А.Получение глинозема из глин. - Природа, 1936, № 12, с. 30-39.
5. Мирсаидов У.М., Маматов Э.Д. - Комплексная переработка бор- и алюминийсодержащих руд Таджикистана. - Душанбе: Дониш, 2013, 116 с.
6. Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С - Комплексная переработка низкокачественного алюминийсодер-жащего сырья. - Душанбе: Дониш, 1998, 238 с.
Д.О.Давлатов, Р.Шамсулло, Б.Ш.Назаров, А.С.^урбонов, Ш.Б.Назаров
ТАЧ,ЗИЯИ ГУДОХТА БО КИСЛОТАИ НИТРАТ, КИ АЗ КОРКАРДИ ЯК^ОЯИ НЕФЕЛИЩОИ СИЕНИТИИ ТУРПИ ВА МАЪДАЩОИ БОРОСИЛИКАТИИ КОНИ АК-АРХАР БО СУЛФАТИ НАТРИЙ БА ДАСТ
ОВАРДАШУДААСТ
Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илмхои Цум^урии Тоцикистон
Дар макола натичадои тадкикоти тачзияи гудохта аз коркарди якчояи нефелиндои сие-нитии Турпи ва боросиликатдои кони Ак-Архар бо сулфати натрий оварда шудааст.Таъсири гуногуни омилдои физикавй - химиявй дар раванди коркарди гудохта бо кислотаи нитрат омухта шуда, шароитдои муносиби гузаронидани раванди коркарди кислотагй муайян карда шудаанд.
Калима^ои калиди: нефелищои сиениты, боросиликатуо, сулфати натрий, гудохтан, кислотаи нитрат.
D.O.Davlatov, R.Shamsullo, B.Sh.Nazarov, A.S.Kurbonov, Sh.B.Nazarov NITRATE ACID DECOMPOSITINING OF THE SINTER RECEIVED BY JOINT TREATMENT OF NEPHELINE SYENITE OF TURPI AND BOROSILICATE ORES OF AK-ARKHAR WITH SODIUM SULPHATE
V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan
In this article the results of the investigations of the nitrate acid treatment of a sinter, which is obtained by the joint processing of the daburite raw material of the Ak-Arkhar deposit and nephelin esyenites of Turpy deposit with sodium sulfate are presents. The influence of various physicochemical factors on the extracting process of components of the sinter components has been studied during its nitric acid decomposition. The optimal parameters for the acid treatment process have been established. Key words: nepheline syenites, boron-silicate, sodium sulfate, sinter, nitrate acid.
