CC BY
21ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ УДК 546:666.762.1
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФЕЛИНОВЫХ СИЕНИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТУРПИ ТАДЖИКИСТАНА МИНЕРАЛЬНЫМИ
КИСЛОТАМИ
МИРЗОЕВ ДАВЛАТМУРОД ХАЙРУЛЛОЕВИЧ
Ведущий научный сотрудник, Института химии им. В.И.Никитина НАН Таджикистана,
к.т.н. Душанбе, Республика Таджикистан
ДЖАМОЛОВ НУМУХАМАД МАХМАДЖОНОВИЧ
Научный сотрудник Института химии им. В.И.Никитина НАН Таджикистана,
Душанбе, Республика Таджикистан
ХОЛМАТОВ ТУЙЧИ БУРИХОНОВИЧ
Докторант PhD Института химии им. В.И.Никитина НАН Таджикистана, Душанбе, Республика Таджикистан
МИРСАИДОВ УЛМАС МИРСАИДОВИЧ
Главный научный сотрудник Института химии им. В.И.Никитина НАН Таджикистана, д.х.н., проф., акад. НАН Таджикистана, Душанбе, Республика Таджикистан
Аннотация. В данной работе приводятся результаты изучения физико-химических основ переработки нефелиновых сиенитов месторождения Турпи фосфорной кислотой, найдены оптимальные параметры разложения руды в зависимости от температуры процесса, продолжительности и концентрации фосфорной кислоты. Определены степени извлечения оксидов металлов при повышении концентрации кислоты, приводится расчёт материального баланса на 1 килограмм руды, количество израсходованной кислоты для получения минеральных солей. Приведены результаты рентгенофазового анализа (РФА) исходной руды - нефелинового сиенита и остатка после фосфорнокислотной обработки руды с указанием минералов, которые при термобоработке и фосфорнокислотной переработке переходят в раствор, а также определён состав нерастворимых минералов. Разработана принципиальная технологическая схема переработки нефелиновых сиенитов месторождения Турпи Таджикистана, условия разделения продуктов переработки и их применение.
Ключевые слова: фосфорнокислотное разложение, месторождение Турпи, Таджикистан, оксид алюминия, оксид железа.
Введение
В работах [1-12] изучены физико-химические основы переработки низкокачественных алюмосодержащих руд - нефелиновых сиенитов месторождения Турпи Таджикистана. Описано разложение указанных руд минеральными кислотами, показано, что минеральные кислоты при обычной температуре оказывают незначительное действие на нефелиновые сиениты. Найдены оптимальные условия процессов разложения. Предложены принципиальные технологические схемы переработки нефелиновых сиенитов кислотным и хлорным способами.
В настоящей работе изучены физико-химические основы фосфорнокислотного разложения нефелиновых сиенитов месторождения Турпи Таджикистана с предварительным обжигом.
Результаты исследований
При обжиге нефелиновых сиенитов при температуре 500-600оС и продолжительности 1 час, с последующим фосфорнокислотным разложением в раствор переходит 41-43% AhOз и 53-55% Fe2Oз.
В табл.1 и на рис.1 приводятся результаты извлечения AhOз и Fe2Oз из нефелинового сиенита в зависимости от температуры процесса фосфорнокислотного разложения, продолжительности процесса и концентрации кислоты.
Как видно из рис.1а, максимальная степень извлечения компонентов достигается при температуре 98оС и составляет: для AhOз - 43%, для Fe2Oз - 55%.
Таблица 1. Извлечение AhOз и Fe2Oз в зависимости от продолжительности, температуры процесса фосфорнокислотного разложения и концентрации кислоты
Температура разложения, °С Извлечение, в %
Al2O3 Fe2O3
20 22.3 10.23
40 29 15.92
60 34.8 28.4
80 40.53 47.8
98 43.43 55.55
Продолжительность разложения, мин Al2O3 Fe2O3
10 27.5 34.4
20 36 43.8
30 40 50
40 42.5 53.2
50 43.4 54.5
60 43.43 55.55
Концентрация кислоты, % Al2Os Fe2O3
10 32.5 38.9
20 39.37 49.53
30 43.43 55.55
40 42.8 54.5
50 41.3 51.3
60 39.5 47.8
70 37.8 44.3
80 35.9 40.9
о-
10 20 30 40 50 60 70
Концентрация Н3Р04. %
Рис.1. Зависимость извлечения оксидов алюминия и железа от температуры процесса фосфорнокислотного разложения (а), продолжительности процесса (б) и концентрации фосфорной кислоты (в).
Зависимость степени извлечения оксидов алюминия и железа от продолжительности фосфорнокислотной обработки изучали в интервале 10-60 мин (рис.1б). Максимальная степень извлечения оксидов достигается при обработке нефелиновых сиенитов 30% HзPO4 в течение 60 мин.
Влияние концентрации HзPO4 на разложение руды изучали в интервале 10-80%, неизменными факторами процесса являлись: температура 98оС, время обработки 60 мин. Как видно из рис.1в, максимальное извлечение оксидов достигается при обработке руды 30% фосфорной кислотой.
Проведён расчёт материального баланса фосфорнокислотного разложения на 1 кг нефелиновых сиенитов месторождения Турпи. Разложение проводили 30% НзPO4, было израсходовано 3061.6 г 30% НзPO4, при пересчёте на 100% НзPO4 что составляет 918.48 г (табл.2)
Таблица 2. Расчёт материального баланса фосфорнокислотного разложения нефелиновых сиенитов месторождения Турпи_
Приход В граммах % Расход В граммах %
Al2O3 223 11.62 Al2(HPO4)з 324.73 16.93
Fe2O3 64 3.34 Fe2(HPO4)з 88.88 4.63
Na2O 65 3.39 NaзPO4 114.62 5.98
K2O 66 3.44 KзPO4 99.23 5.17
CaO 25 1.3 CaHPO4 60.71 3.16
SiO2 530 27.63 SiO2, в том числе непрореагировавшие элементы 684.6 35.68
Кристалли- 27 1.4 Н2О 129.83 6.77
зационная вода
H3PO4, 30% 918.48 (2.58 л) 47.88 избыток 415.88 21.68
ИТОГО: 1918.48 100 ИТОГО: 1918.48 100
При использовании указанного количества НзPO4 из нефелиновых руд извлекается AhOз - 43.43%, то есть в опытах было получено 324.73 г Ah(HPO4)з, а количество извлекаемого Fe2Oз составляет 55.55%, при взаимодействии нефелинового сиенита с НзPO4 образуется Fe2(HPO4)з - 88.88 г или 44.45%. В раствор также переходят ^ Ca, при этом избыток НзPO4 в расходной части баланса составляет 415.88 г.
Штрих-диаграмма исходного нефелинового сиенита и остатка после прокаливания приводятся на рис.2. Как видно из рис.2, после обжига и фосфорнокислотной обработки в остатке остаются только минералы ортоклаз, микроклин, альбит и кварц. Другие минералы переходят в раствор.
Рисунок 2. Штрих-диаграмма исходного нефелинового сиенита (а) и остатка после прокаливания при температуре 500-600°С и разложения 30% Н3РО4 (б) нефелинового сиенита месторождения Турпи: б - биотит; ал - альбит; н - нефелин; к - кальцит; о - ортоклаз; м -микроклин; ан - анортит, кв - кварц.
Разработана принципиальная технологическая схема переработки нефелиновых сиенитов Турпи фосфорнокислотным разложением. Способ переработки включает в себя следующие основные стадии:
- измельчение сырья до размера частиц 0,1 мм;
- обжиг при температуре 500-600оС;
- кислотное разложение 30% HзPO4;
- разделение пульпы отстаиванием и фильтрованием (рис.3).
Рис.3. Принципиальная технологическая схема переработки нефелиновых сиенитов Турпи фосфорнокислотным разложением.
При кислотном разложении нефелиновых сиенитов в раствор извлекаются гидрофосфаты алюминия и железа, в осадок выпадают нерастворимые SiO2, соли тяжёлых металлов и п.п.
Из раствора, содержащего гидрофосфаты алюминия и железа и незначительное количество натрия и калия, при переработке гидроксидом натрия выпадают в осадок гидроксиды алюминия и железа, в растворе остаются фосфаты натрия и калия.
Твёрдый осадок, состоящий из нерастворимых солей тяжёлых металлов, SiO2, и п.п., может быть использован, как сырьё для производства строительных материалов.
После отделения твёрдого осадка гидроксидов алюминия и железа от солей натрия и калия фильтрованием и при изменении рН раствора в осадок выпадает нерастворимый Fe(OH)з, а в раствор переходит NaAl(OH)4, который при нагревании разлагается на AhOз и H2O. Полученный глинозём может быть использован, как сырьё для получения металлического алюминия.
Выводы
Таким образом, можно рекомендовать следующие условия разложения нефелиновых сиенитов месторождения Турпи: обжиг при температуре 500-600оС, продолжительность 1 час, температура фосфорнокислотного разложения 98оС, продолжительность обработки 60 мин, концентрация фосфорной кислоты 30%, размер частиц 0,1 мм. При этих условиях извлечение AhOз составляет 43%, Fe2Oз - 55%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мирсаидов, У.М. Комплексная переработка аргиллитов и каолиновых глин Таджикистана / У.М. Мирсаидов, Д.Х. Мирзоев, Х.Э. Бобоев. - Душанбе: Дониш, 92 с.
2. Мирзоев, Д.Х. Сернокислотное разложение зелёных глин месторождения Чашма-Санга / Д.Х. Мирзоев, Х.Э. Бобоев, М.С. Пулатов, У.М. Мирсаидов // ДАН РТ. - 2005. - Т. 48. - №1112. - С. 61-64.
3. Мирзоев, Д.Х. Разработка технологии переработки каолиновых глин месторождения Чашма-Санг Таджикистана азотной кислотой / Д.Х. Мирзоев, М.С. Пулатов, А.М. Каюмов, М.М. Худойкулов // ДАН РТ. - 2012. - Т. 55. - № 1. - С. 35-38.
4. Мирзоев, Д.Х. Кинетика солянокислотного разложения аргиллитов месторождения Чашма-Санг / Д.Х. Мирзоев, А.М. Каюмов, М.Х. Мирзоев, М.М. Худойкулов, М.С. Пулатов, У.М. Мирсаидов // ДАН РТ. - 2012. - Т. 55. - № 4. - С. 317-321.
5. Мирзоев, Д.Х. Азотнокислотное разложение аргиллитов месторождения Зидды Республики Таджикистан / Д.Х. Мирзоев, М.М. Худойкулов, А.М. Каюмов, У.М. Мирсаидов // ДАН РТ. - 2012. - Т. 55. - № 2. - С. 141-144.
6. Мирзоев, Д.Х. Кинетика солянокислотного разложения каолиновых глин месторождения Чашма-Санг Республики Таджикистан / Д.Х. Мирзоев, Ш.Д. Отаев, М.М. Худойкулов, С.М. Гафорзода, У.М. Мирсаидов // ДАН РТ. - 2017. - Т. 60. - № 3-4. - С. 164-167.
7. Сафиев, Х. Солянокислотное разложение минералов нефелинового сиенита Турпи / Х. Сафиев, Б. Мирзоев, К. Рахимов, У. Мирсаидов // ДАН РТ. - 1995. - Т. 38. - № 5-. - С. 52-57.
8. Сафиев, Х. Солянокислотное разложение нефелиновых сиенитов / Х. Сафиев, Б. Мирзоев, К. Рахимов, У. Мирсаидов // Изв. АН РТ. Отд. физ.-мат., хим. и геол. наук. - 1995. - № 3. - С. 66-68.
9. Конов, Л.П. Нефелиновое сырьё Средней Азии / Нефелиновое сырьё / Л.П. Конов. - М.: Наука, 1978. - 54 с.
10. Лайнер, Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами / Ю.А. Лайнер. - М.: Наука, 1982. - 208 с.
11. Михеев, В.И. Рентгенометрический определитель минералов / В.И. Михеев. - М.: Гостехнико- теоретическое изд-во, 1959. - 868 с.
12. Гиллер, Я.Л. Таблица межплоскостных расстояний / Я.Л. Гиллер. - М.: Недра, 1966. 180 с.
