CC BY
15«ШУШМИМ-ШИТМаУ» 2022 / CHEMICAL SCIENCES
57
CHEMICAL SCIENCES
УДК 546.05
Ханбердиева Бахаргуль Курбангельдыевна старший преподаватель Туркменский государственный архитектурно-строительный институт
DOI: 10.24412/2520-6990-2022-33156-57-60 ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ЦЕЛЕСТИНОВЫХ РУД ТУРКМЕНИСТАНА
Hanberdieva Bahargul Kurbangeldiyevna
Senior lecturer
Turkmen State Architecture and Construction Institute
CHEMICAL FEATURES OF THE PROCESSING OF TURKMENISTAN CELESTITE ORES
Аннотация.
Статья посвящена краткому описанию научного эксперимента в результате, которого был разработан приемлемый химический способ обогащения целестиновых минералов с помощью растворов азотной кислоты. Целестин - природный сульфат стронция. Крупнейшее скопление природного сульфата стронция находится в Арикском месторождении на юго-востоке Туркменистана. Руда в среднем состоит из 20% целестина и 80% доломитовых известняков.
Доломит в растворах азотной кислоты разлагается полностью, а целестин остается в первоначальном кристаллическом виде. Таким образом, получен концентрат, содержащий не менее 98% SrSO4. Изучена возможность получения из образующихся при разложении доломита нитратных растворов индивидуальных соединений магния и кальция. Разработан способ комплексной переработки исходных целестиновых руд с извлечением всех составляющих компонентов.
Abstract.
The article is devoted to a brief description of the scientific experiment, which resulted in the development of an acceptable chemical method for the enrichment of celestite minerals using nitric acid solutions. Celestine is natural strontium sulfate. The largest accumulation of natural strontium sulfate is located in the Arik deposit in the southeast of Turkmenistan. The ore is on average 20% celestite and 80% dolomitic limestone.
Dolomite in nitric acid solutions decomposes completely, while celestite remains in its original crystalline form. Thus, a concentrate containing at least 98% SrSO4 was obtained. The possibility of obtaining individual compounds of magnesium and calcium from nitrate solutions formed during the decomposition of dolomite was studied. A method has been developed for the complex processing of initial celestite ores with the extraction of all constituent components.
Ключевые слова: сульфат стронция, целестиновые руды, концентрат, доломитовый известняк, комплексная переработка.
Keywords: strontium sulfate, celestite ores, concentrate, dolomite limestone, complex processing.
В наши дни, одним из приоритетных направлений экономического развития Туркменистана является диверсификация промышленности направленная на превращение страны в индустриально-экспортно-ориентированное развитое государство.
Туркменистан обладает богатейшими природными ресурсами, что и обуславливает наличие необходимой сырьевой базы для стабильного развития экономики Туркменистана. Одним из основных сегментов экономики Туркменистана является химическая промышленность. Этой отрасли отводится важная роль в реализации масштабных программ по диверсификации и наращивания экспортных возможностей страны. Большой опыт работы, высокий уровень снабжения сырьем (обширные природные ресурсы), что позволяет выпускать продукцию из местного сырья, конкурентоспособные технологии, основные элементы производственной и коммуникационной инфраструктуры (цифровиза-ция экспортной направленности). Планомерное ис-
пользование имеющегося производительного потенциала, строительство современных комплексов, диверсификация ассортимента продукции в соответствии с требованиями международного рынка, способствуют увеличению экспорта химической продукции, рациональному использованию потенциала этой отрасли. На сегодняшний день химическими комплексами страны производятся десятки видов экспортно-ориентированной продукции (йод, стекло, удобрение, строительные материалы и многое другое) [5].
Поэтому, охрана окружающей среды, бережное отношение к природе, эффективное и рачительное использование природных ресурсов, сохранение её красоты и богатства для будущих поколений - важные направления реализуемой главой Туркменистана стратегии государственного развития. В эпоху передовых технологий в стране освоение и использование этих ресурсов на основе современных новых технологий создает условия для достижения народным хозяйством больших высот.
CHEMICAL SCIENCES / «ШУУШУУМ-ЛШШаИ» #ШМШХ 2022
58
Юго-восток Туркменистана (Лебапский ве-лаят, Койтендагский район) богат полезными ископаемыми. Этот уникальный уголок Родины богат химическим сырьем, природными солями, строительными материалами, декоративными камнями, рудами редких металлов и др. Наличие огромных запасов калийных солей, целестина, поваренной соли, гипса, доломита, известняка и других полезных ископаемых в перспективе дает широкие возможности для их промышленного освоения. В основном в этом районе расположены рудники Арик, Сакыртма и Акдаш. Руда состоит примерно на 20% из целестина и примерно на 80% из доломита.
Соли целестина в настоящее время широко используются в вычислительной технике, взрывчатых веществах, ядерной технике и многих других областях.
Большинству технических отраслей промышленности требуются соли стронция, не содержащие кальция и бария. Но из-за близких химических свойств этих элементов они часто вместе встречаются в природе, что вызывает сложности в получении чистого стронция, то есть требуется полная очистка. В основном это относится к целестиновым рудам, апатитам, высокоминерализованным природным водам, стронций содержащим промышленным отходам и другим объектам, содержащим в составе первичного сырья другие дополнительные земные металлы.
Однако растущий спрос на соли стронция в государственном секторе, ограниченность их запасов, необходимость комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов, необходимость защиты окружающей среды от техногенного загрязнения требуют разработки способов получения стронция из различного сырья. [2].
Из них наиболее пригодными для промышленной переработки являются целестиновые рудники в Магданлы-Койтендагском районе. Известно, что почти везде, где были обнаружены месторождения серы, были обнаружены месторождения целестина. Горизонт целестиновых отложений Говурдака (Гаурдак) состоит из трех слоев: первый находиться на глубине 5-10 м, второй от 5 до 35 метров, третий от 5 до 40 метров.
Целестиновый горизонт залегает на 50-60 метров ниже поверхности. Более того, в 1970 году геолог В.В. Целестиновые залежи Арикского месторождения в этом районе, открытые Смирновым, имеют большое производственное значение. Эта залежи имеет огромные запасы целестина. Морфология основного рудного месторождения слоистая. Они увеличиваются в толщине в среднем от 0,5 до 4,0 метров и в высоту от 9 до 10 метров.
Минерал имеет простую минералогическую структуру. Объем обнаруженных здесь запасов целестина составляет 2,3 млн. тонн. На сегодняшний день также открыты запасы Сакыртма и Акдаш, являющиеся продолжением этого месторождения. Залежи целестина в Магданлы-Койтендагском районе являются крупнейшими среди стран СНГ, запасы сырой нефти составляют 5, 4 млн. тонн.
Как известно, еще одним естественным источником стронция и других редких металлов являются высокоминерализованные подземные воды. Об этом свидетельствуют йодобромные подземные воды Юго-Западного Туркменистана. В этих местах работают Каспийский химический и Балкана-бадский йодный заводы. Они содержат макрокомпоненты: хлориды натрия, кальция, магния, а также большое количество йода, брома, стронция, бора и др. Извлечение всех ценных веществ из этих вод комплексной очисткой является одной из актуальнейших экономических и экологических задач [1].
При переработке целестиновых руд их обогащают с получением концентрата, содержащего не менее 95% SrSO4. Механические методы часто используются при обогащении целестиновых минералов. Он основан на соотношении плотностей расщепляемых минералов. Но этот способ требует больших материальных и трудовых ресурсов и допускает потери целестина. Поскольку концентрат целестина мало используется сам по себе, он химически перерабатывается в другие соединения стронция. Таким образом, получают карбонат, нитрат, хромат и оксид стронция. Металлический стронций получают из нитрата стронция. В производстве применяют два метода обработки целести-нового концентрата: угольный и содовый. Углеродно-термический метод основан на извлечении целестина при высокой температуре с помощью нефтяного кокса (1100-1200°):
SrS04+2C = SrS+2CO2.
srs+2нa = Sra2+H2S.
После полученного раствора карбонат стронция отделяют с помощью кальцинированной соды. При взаимодействии выделяющегося сероводорода с едким натром гидросульфида натрия (-NаHS) является ценным химическим продуктом.
Но эти способы требуют высокой температуры, поэтому содовый способ, требующий меньшей температуры, более экономичен. Этот метод основан на превращении целестина с помощью содового раствора. То есть тогда содовый раствор и целестин должны находиться в определенном сте-хиометрическом соотношении, а работа ведется при температуре 90-100°С в зависимости от давления в системе. Общее уравнение реакции:
SrS04+Na2COз= SrCOз+Na2SO4
Этот метод характеризуется простотой аппаратуры, дешевизной и низкими температурными требованиями. В последнее время разработаны автоклавные варианты с целью снижения расхода соды и сокращения продолжительности процесса.
Целестиновая руда Арикского и Сакыртмин-ского рудников состоит в среднем из 17-20% SrSO4 и 83-80% доломита (CaCOз•MgCOз). Поэтому экономически выгодно получать из этих минералов не только соединения стронция, но и продукты магния и кальция. Это позволяет полностью - комплексно
«ШУШМИМ-ШИТМаУ» #33(156), 2022 / CHEMICAL SCIENCES
59
использовать минерал целестина. Для этой цели больше подходит химическое обогащение целести-новой руды [3]. Потому что SrSO4 не растворяется в кислотах, а доломит растворяется в них при соответствующих условиях. Исходя из этого, в данной работе изучено растворение доломита первичного целестинового рудника в растворах различных концентраций кислот HCl, H2SO4 и HNO3. В этих кислотах происходит диссоциация доломита следующим образом:
CaCO3MgCO3+4HCl=CaCl2+MgCl2+2CO2+2H2O (1)
CaCO3-MgCO3+2H2SO4 = CaSO4+MgSO4+2CO2+2H2O (2)
CaCO3 MgCO3+4HNO3 = Ca (NO3)2+Mg (NO3)2+2CO2+2H2O (3)
Результаты обогащения руд разной крупности, содержащих 80 % SrSO4 и 20 % доломита, растворами соляной и серной кислот различной концентрации представлены в таблице 1 (а, б). Согласно данным, с увеличением концентрации кислоты в растворах HCl от 0, 25% до 1, 0% количество SrSO4
в концентрате увеличивается и уже через 30-40 минут превышает 99%. Таким образом, можно растворить доломит в целестиновой руде с помощью соляной кислоты. Однако растворы СаСЪ и MgQ2, полученные по реакции (1), не представляют большого практического интереса. Поэтому возможность обогащения целестинового рудника соляной кислотой осложняется образованием дополнительных отходов. При обогащении целестиновой руды растворами серной кислоты степень ее обогащения снижается с увеличением крупности руды и концентрации кислоты от 1% до 10%. Это связано с тем, что использование более высокой концентрации раствора H2SO4 (2) связано с риском образования труднорастворимого в реакции (2) CaSO4. Это загрязняет коммерческий продукт SrSO4. Поэтому этот метод имеет мало практического применения, а получаемые растворы CaSO4 и MgSO4 не пользуются большим спросом. Растворимость доломита в азотной кислоте мы изучали при их стехиометриче-ском соотношении 1,0:1,3. Сначала была исследована зависимость растворимости от времени в 10% растворе HNOз. Полученные результаты представлены в таблице 1 (а).
Таблица 1(а)
Доломит в 10% кислоте НКОз в зависимости от времени результаты растворимости
№ Размер доломита мм Стехиометрическое Соотношение HNO3: доломит Продолжительность растворимости мин. Растворимость доломита %
1 - 0,25 1,1 : 1 10 95,5
2 - 0,25 1,1 : 1 20 95,9
3 - 0,25 1,1 : 1 30 96,8
4 - 0,25 1,1 : 1 40 98,8
5 - 0,25 1,1:l 1 50 98,9
6 - 0,25 1,1 : 1 60 98,9
кислоты, чтобы определить уровень влияния и параметры растворимости соотношения жид-кость:твердое (Ж:Т) суспензии и стехиометриче-ского соотношения кислоты к доломиту. Полученные результаты представлены в таблице 1 (б).
Таблица 1(б)
Растворимость Доломита в растворах с различной концентрацией кислоты HNOз
Как видно из этих данных, растворимость доломита в азотной кислоте высокая и завершается за 40-50 минут. Далее мы исследовали растворимость доломита в более высоких концентрациях азотной
HNO3, % Стехиометрическое соотношение Объем добавляемой кислоты HNO3, мл Соотношение Ж:Т Растворимость доломита %
HNO3: доломит
1,0 1 13,02 13,02:1 87,85
10 1,1 1 14,3 14,3:1 99,03
1,2 1 15,6 15,6:1 99,45
1,3 1 .17,0 17,0:1 99,5
1,0 1 6,14 6,14:1 98,90
20 1,1 1 6,7 6,7:1 98,95
1,2 1 7,4 7,4:1 99,07
1,3 1 8,0 8,0:1 99,28
1,0 1 . 3,88 3,88:1 98,10
30 1,1 1 4,3 4,3:1 99,87
1,2 1 4,6 4,6:1 99,30
1,3 1 5,0 5,0:1 99,90
1,0 1 2,74 2,74:1 98,89
40 1,1 1 3,0 3,0:1 99,57
1,2 1 3,3 3,3:1 99,50
1,3 1 3,6 3,6:1 99,8
CHEMICAL SCIENCES / «ШЦУШШУМ-ЛШШаИ» #33(156), 2022
60.
Продолжительность растворения 10 минут, размер доломита 0,25 мм. Данные показывают, что уменьшение соотношения Ж:Т в системе с 10 % HNOз до 40 % HNOз не влияет на растворимость. Удобно растворять доломит в высококонцентрированных растворах HNO3 для получения так называемых более высоких концентраций ионов Mg2+ и Ca2+. Это позволяет экономить объем раствора азотной кислоты и воды, необходимых для его приготовления.
Поэтому доломит из целестиновых руд удобнее растворять азотной кислотой. Магний можно удалить из полученных растворов нитратов Са и Mg, добавив Са(ОН)2 в форме Mg(OH)2. Затем из него можно извлечь MgO путем нагревания [4]. Остаточный раствор Са^03)2 можно использовать в качестве жидкого азотного удобрения. SrSO4 - целестин, очищенный от доломита, может быть превращен химическим путем, например, содовым методом, для получения необходимых соединений стронция. Таким образом, первичный целестин и смешанный с ним доломит полностью перерабатываются и получаются товарные соединения стронция, магния и кальция. Это обеспечивает комплексное и безотходное использование сырья.
Вывод. Способы обогащения целестиновых минералов Арикского рудника Койтендагского района Туркменистана, в частности, результаты, полученные экспериментальным способом обогащения 10%-ным раствором азотной кислоты, позволяют обеспечить использование полного набора полезных ископаемых без выброса доломита, содержащегося в целестиновой руде.
Список литературы
1. Евжанов Х. Переработка стронций содержащих промышленных вод и минералов //Ашхабад: Ылым. - 1994.
2. Евжанов Х., Андриясова Г.И. Извлечение стронция из целестиновых руд. Химическая промышленность. 1996, №7, С. 411-413
3. Черняк А.С. Химическое обогащение руд. -М.: Недра, 1965.
4. Yowjanow H., Yollyyewa G. Magniy oksidinin selestinli dolomitden
alny§y, Türkmenistanda ylym we tehnika, 2006, №6, sah. 20-25.
5. Аманов М.Э., Ханбердыева Б.К. Высшее профессиональное образование в эпоху информационных технологий. Наукосфера. №9 (2). 2022. С.31-36.
