CC BY
38
№ 12 (81)
ÄUNi j-ш, те:
UNIVERSUM:
технические науки
декабрь, 2020 г.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ ВЯЖУЩИХ СОЕДИНЕНИЙ МАГНИЯ И КАЛЬЦИЯ РАСТВОРЕНИЕМ ДОЛОМИТА В АЗОТНОЙ КИСЛОТЕ
Тожимаматова Мукаддам Ермахамматовна
ст. преподаватель, Ферганский политехнический институт, Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: m tojimamatova@mail.ru
STUDY OF THE PROCESS OF ISOLATION OF MAGNESIUM AND CALCIUM COMPOUNDS BY DISSOLUTION OF DOLOMITE IN NITRIC ACID
Mukaddam Tojimamatova
Senior Lecturer, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana
АННОТАЦИЯ
В данной статье даны сведения о природном магнийсодержащем минерале-доломит, о его разложении на соли кальция и магния при действии на него азотной кислотой. Описан процесс проведения данного эксперимента. В статье имеется таблица, в которой даны сведения о составе минерала доломит. Описаны стадии процесса разложения доломита с получением солей магния и кальция и области применения полученных продуктов. В статье также приведены формулы химических реакций, происходящих в процессе разложения.
ABSTRACT
This article provides information on the natural magnesium-containing mineral dolomite, on its decomposition into calcium and magnesium salts when exposed to nitric acid. The process of conducting this experiment is described. The article has a table that gives information about the composition of the dolomite mineral. The stages of the decomposition of dolomite with obtaining salts of magnesium and calcium and the scope of the products obtained are described. The article also provides formulas for chemical reactions that occur during decomposition.
Ключевые слова: сульфат кальция, доломит, гигроскопическая точка, влажность.
Keywords: calcium sulfate, dolomite, hygroscopic point, humidity.
Доломит - природный магний содержащий ма- залегания пластов природного сырья. Перед исполь-
териал, в состав которого входят карбонаты магния, зованием в производстве необходимо проведение
кальция и примеси придающие цвет. Состав доло- анализов [1].
мита не однороден. Содержание компонентов колеблется, зависит от месторождения, а также уровня
Таблица 1.
Состав доломита месторождений Шорсу
№ Наименование компонента Содержание, %
1 Массовая доля кальция, в пересчете на СаСО3 42,1 - 50,9
2 Массовая доля магния, в пересчете на MgCOз 33,5 - 40,3
3 Массовая доля железа, в пересчете на Fe2Oз 0,9 - 1,2
4 Массовая доля влаги 3,1 - 10,0
5 Массовая доля остатка не растворимого в азотной кислоте 4,1 - 9,8
Соединения магния находят широкое применение. Доломит может быть хорошим сырьем для получения чистых соединений магния и кальция. Разделить магний и кальций механическим путем невозможно. Одним из направлений переработки магний содержащих минералов является химический
метод, который заключается в растворении доломита в азотной кислоте и дальнейшем химическом осаждении целевых компонентов. Метод химического разделения магния и кальция основан на сходстве и различии химических и физических свойств кальция и магния. Так карбонаты и гидроксиды магния и
Библиографическое описание: Тожимаматова М.Ё. Изучение процесса выделения вяжущих соединений магния и кальция растворением доломита в азотной кислоте // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11022 (дата обращения: 25.12.2020).
№ 12 (81)
ÄUNi j-ш, те:
UNIVERSUM:
технические науки
декабрь, 2020 г.
кальция не растворимы в воде, воздействие на раствор нитратов магния и кальция растворами щелочей не приведет к разделению элементов. Необходимо поочередно осаждать нерастворимые в воде соединения магния и кальция. При воздействии на раствор нитратов магния и кальция раствором сульфата в результате обменной реакции образуется и выпадает в осадок сульфат кальция. После отделения сульфата кальция и очистки раствора от примесей железа возможно осаждение магния в виде гидрок-сида или карбоната.
Процесс получения MgО проходит в несколько стадий:
1. Растворение доломита в азотной кислоте.
2. Фильтрование прореагировавшей смеси.
3. Осаждение кальция.
4. Отделение осадка сульфата кальция и его сушка.
5. Осаждение примесей железа.
6. Осаждение магния.
7. Отделение карбоната магния и его сушка.
8. Прокаливание карбоната магния с получением оксида магния.
9. Использование конечного фильтрата.
Растворение доломита в азотной кислоте протекает по следующим основным реакциям
Mg Ш3 + 2HNOз = Mg (N03)2 + Н2О + Ш2Т
CaCOз + 2НШз = Са(№Эз)2 + Н2О + С02|
Основываясь на вышеизлаженной теории проведены эксперименты. Опыт проводил следующим образом: в стакан с 56%-ой азотной кислотой небольшими порциями при постоянном перемешивании вносили измельченный доломит. Предварительно был произведён расчет расхода реагентов. При внесении первых порций доломита признаки протекающей реакции наблюдались через 30-40 секунд. Начинает
выделяться углекислый газ. При дальнейшем внесении доломита газ выделяется более интенсивно и образуется пена коричневого цвета. Объем пены больше объема взятой для опыта азотной кислоты в три-четыре раза и зависит от массы очередной порции доломита. В начале растворения пена оседает достаточно быстро, за 20-30 секунд. После внесения 50-60% доломита от расчетного количества образуется более устойчивая пена. Если внести большую порцию, наблюдается сильное пенообразование, которую невозможно удалить даже при интенсивном перемешивании и пена переливается через край стакана. После внесения последней порции доломита и оседания пены определен уровень рН среды, который был равен рН=3-4. Добавляя доломит в стакан достигается рН=5-6. Процесс проводится в течение 6 часов. Много времени занимает оседание пены. В итоге в стакане образовалась достаточно густая смесь темно-коричневого цвета, на дне стакана осели не растворившиеся частицы.
Фильтрование прореагировавшей смеси проводят с целью отделения примесей не растворимых в азотной кислоте. Фильтрование вели с применением вакуума, так как фильтрование под действием собственного веса оказалось практически невозможным. На фильтре остался осадок из небольших кусочков серо-коричневого цвета, кристаллов от прозрачных бесцветных до молочно белых разного размера (от размеров песчинки до горошины), и очень тонкий осадок коричневого цвета похожий на глину. Осадок на фильтре промыли тремя порциями горячей дистиллированной воды, промывные воды собрали в фильтрат. Получили фильтрат соломенно-желтого цвета. В состав фильтрата входят в основном растворимые в воде нитраты кальция и магния, и небольшие количества солей железа, которые и придают желтую окраску раствору.
Таблица 2.
Состав доломита месторождений Шорсу после прокаливания
Наименование компонента
После прокаливания в течении 1 часа
при 700-750°С
при 1100°С
Массовая доля магния в пересчете на MgO, %
19.5
26.68
Массовая доля кальция в пересчете на СаО, %
36.4
31.54
Кальций из растворов можно осадить в виде сульфата раствором водорастворимого сульфата, например сульфатом натрия.
Процесс протекает по реакции
Са(№Эз)2 + (N^^04 = Са804| + 2 N^N03
Если в качестве осадителей кальция и магния применять сульфат натрия и гидроксид натрия конечный фильтрат будет содержать нитрат натрия и небольшое количество ионов кальция, магния, сульфатов. Нитрат натрия можно выделить, для этого фильтрат упаривают до влажной соли, отделяют ее фильтрованием и высушивают.
Mg0 образуется при прокаливании гидроокиси и многих других соединений магния. Окись магния плавится при 2800оС, растворимость ее в воде составляет 0,00062 г/100 г при 20оС. Аморфная окись магния, полученная прокаливанием соединений магния при низких температурах, гигроскопична, легко поглощает из воздуха влагу и углекислый газ с образованием основных карбонатов; хорошо растворяется в кислотах и в солях аммония. При прокаливании до 1000оС и выше образуется кристаллическая окись магния (кубическая сингония), которая теряет способность поглощать влагу и растворяться в кислотах.
№ 12 (81)
A, UNI
/ял те:
UNIVERSUM:
технические науки
декабрь, 2020 г.
По литературным данным, прокаленная при 1000оС окись магния не меняет своего веса, если даже оставить на один час на воздухе. Все же желательно охлаждать окись магния при весовых определениях в эксикаторе и взвешивать по возможности быстро.
Оксид магния встречается в природе в виде минерала периклаза. Получаемый прокаливанием природного магнезита оксид магния является исходным продуктом и для получения самого магния, и для получения искусственных строительных материалов ("ксилолит"). В основе ксилолита лежит магнезиальный цемент, получаемый смешиванием прокаленного оксида магния с 30% раствором хлорида магния. Образование полимерной структуры из атомов магния, связанных в цепь -0-Mg-0-Mg-0-, приводит к тому, что смесь через несколько часов образует белую, очень прочную и легко полирующуюся массу. При изготовлении ксилолита к смеси примешивают древесные опилки и другие наполнители. Ксилолитовые плиты используют для покрытия полов [3].
Карбонат магния (MgC0з) - бесцветное кристаллическое вещество, труднорастворимое в воде - растворимость его 0,0094 г/100г при 18оС.
Карбонат из водных растворов выделяется лишь в присутствии большого избытка оксида углерода (IV) СО2; обычно образуются основные карбонаты. Из них основной карбонат 3MgC03*Mg(0H)2*3H20 -соединение, труднорастворимое в воде (0,04 г/100г),
но растворимое в солях аммония. При 900-1000оС разлагается с образованием окиси магния. При пропускании углекислого газа через водную взвесь карбоната магния происходит его растворение, благодаря образованию кислой соли (гидрокарбоната). — МёС03+С02+Н20 Мё(НСОз)2
Двойной карбонат магния и кальция MgC0з*CaC0з - доломит - самое распространенное природное соединение магния, образует огромные залежи, в которых минерал часто бывает окрашен примесями в более или менее темные цвета. Карбонаты магния - магнезит и доломит широко применяют для изготовления огнеупорных материалов путем обжига их до оксидов. Такие материалы идут, например, на обкладку внутренней поверхности конвертеров для производства стали. Полуобожженный доломит - смесь Mg0 и СаС03 используют для изготовления строительных плит и в качестве добавки в почву и воду для уменьшения их кислотности [2].
Искусственно приготовленный основной карбонат магния является исходным материалом для приготовления других соединений магния, он растворяется в кислотах гораздо быстрее, чем магнезит.
Кроме того, его применяют как составную часть пудры, зубных порошков, а так же как наполнитель в производстве красок, бумаги и резины [3].
Список литературы:
1. Мухленов И.П.. Горштейн А.Е.. Тумаркина Е.С.. Кузичкин Н.В. Основы химической технологии // Учебник- М.: Высш.шк., 1991.
2. Тожимаматова М.Ё. Изучение процесса выделения соединений магния из доломитов месторождения Шорсу // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2019. № 11(68). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/8250 (дата обращения: 18.06.2020).
3. Электронный ресурс Режим доступа: URL:https://fialka.tomsk.ru/forum/viewtopic.php?t=34341
