CC BY
12
УДК 661.152.3
Шмелева А.А., Почиталкина И.А.
ИЗУЧЕНИЕ СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ОБОСНОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ОБОГАЩЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ
Шмелева Анна Андреевна - студентка 4-ого курса кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; annashmel15899@mail.ru.
Почиталкина Ирина Александровна - доктор химических наук, профессор кафедры Технологии неорганических веществ и электрохимических процессов; pochitalkina@list.ru. ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, 9.
В статье рассмотрены перспективы сухого и мокрого обогащения представительного образца фосфорита Вятско-Камского месторождения, приведены результаты фракционного и химического состава образца, а также методы определения основных компонентов.
Ключевые слова: фосфатное сырье, сухое обогащение, фракционный состав, химический состав, Вятско-Камское месторождение.
STUDY OF THE COMPOSITION OF NATURAL CALCIUM PHOSPHATES AND SUBSTANTIATION OF THE PROSPECTS OF THEIR ENRICHMENT AND PROCESSING
Shmeleva A.A., Pochitalkina I. A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The article discusses the prospects for dry and wet enrichment of a representative sample of phosphorite from the Vyatka-Kama deposit, presents the results of the fractional and chemical composition of the sample, as well as methods for determining the main components.
Key words: phosphate raw materials, phosphate ores, dry and wet dressing, Vyatka-Kama deposit, Vyatka-Kama phosphorite.
Введение
Темпы роста химической промышленности и производства фосфорных удобрений увеличиваются с каждым годом (рис. 1) [1]. Это обусловлено ростом численности населения и необходимостью их обеспечения продуктами питания. Россия занимает 4-е место в мире по разведанным запасам фосфатного сырья, на базе которого разработаны и совершенствуются технологии получения фосфорсодержащих удобрений. Выпускаемая продукция активно экпортируется по всему миру и используется внутри страны. Увеличение производства фосфорных удобрений в России происходит за счет модернизации действующих схем и введения в эксплуатацию новых.
Основным источником сырья для производства фосфорсодержащих удобрений
являются апатитовые и фосфоритовые руды. В нашей стране на сегодняшний день активно перерабатываются апатитовые руды, поскольку содержат большее количество целевого компонента -Р2О5. Однако, источники богатого сырья истощаются, что приводит к рассмотрению перспективы использования более бедных руд - фосфоритов. Вятско-камское месторождение фосфоритов является одним из самых крупных на территории РФ. Его площадь составляет 1,9 тыс. км2, а запасы сырья оцениваются в 2,1 млрд.т. Несмотря на это, вятско-камский фосфорит (ВКФ) до сих пор не перерабатывается промышленным способом, поскольку рудный массив отличается нестабильным химическим составом [1].
29,17 2?,19 30,20 31.20 34,11
14,81 14.53 14.98 U.98 14.98
2019 2020 2021 2022 2023
■ МАФ "ДЙФ
Рисунок -1. Прогноз изменения мировых мощностей по производству фосфорсодержащих
удобрений, млн тонн д. в [1].
Целью работы являлось исследование фракционного и химического состава образца для обоснования перспективности его обогащения. В задачу работы входило определение фракционного состава исследуемого образца в процессе его обогащения сухим и мокрым способом, и определение химического состава выделенных фракций. Экспериментальная часть
Для исследования была взята представительная проба полидисперсного образца
ВКФ, который представляет из себя мелкодисперсный порошок серого цвета. Исходный образец был классифицирован с помощью сухого и мокрого обогащения на следующие фракции: +0,18; -0,18+0,15; -0,15+0,1; -0,1+0,074; -0,07+0,05; -0,05+0,036; -0,036.
Результаты классификации приведены в таблице 1. Следует отметить, что фракционный состав образца не соответствует ГОСТ 5716-74.
Таблица - 1. Результаты фракционирования исследуемого образца ВКФ.
№ п/п 1 2 3 4 5 6 7
Фракция +0,18 -0,18+0,15 -0,15+0,1 -0,1+0,074 -0,07+0,05 -0,05+0,036 -0,036
Выход, % (СФ) 9,7 2,7 16,8 14,5 16,3 7,2 32,9
Выход, % (МФ) 8,7 2,0 14,5 11,5 10,2 3,7 49,4
СФ и МФ - сухое и мокрое фракционирование.
После сухого фракционирования был проведен химический анализ каждой выделенной фракции на основные компоненты: Р2О5, Са2+, М§2+, (Ре/Л1)2Оз, ЗЮ2. Результаты эксперимента приведены в таблице 2.
Для извлечения фосфора отбирали по 2 г каждой фракции, разложение производили смесью соляной и азотной кислот в соответствии с ГОСТ в течение ~1 часа [2]. Приборы и реактивы: Фотоэлектроколориметр КФК-3-01; Бюретка ГОСТ 20292-74, вместимостью 25 мл; Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72; Кислота азотная ГОСТ 4461-67, плотностью 1,4 г/см3 и разбавленная 1:2;
Растворы для определения фосфорных соединений: Аммоний ванадиевокислый мета ГОСТ 9336-75, ч.д.а.;
Аммоний молибденовокислый ГОСТ 3765-72, 5%-ный;
Реактив на фосфат;
Раствор сравнения - дистиллированная вода [2].
После разложения осадок отделяли фильтрованием, а фильтрат подвергался химическому анализу.
1. Титриметрический анализ на содержание ионов
Са2+, Мб2+
Реактивы:
Хлорид железа III, 5%-ый раствор. Растворяют 5 г РеС1з"6 Н2О в воде и разбавляют водой до 100 мл; Аммиак, 1:1;
Ацетат натрия, 10%-ый раствор. 10 г СНзСООКа растворяют в 90 мл воды;
Гидроксид натрия, 20 %-ый раствор. 20 г КаОН
растворяют в 80 мл воды;
Аммиачный буфер, рН = 8^10;
Индикатор ЕТОО 1%;
Индикатор МКХ 1%;
(КН2)2С2О4, раствор 4%-ый;
ЭДТА, раствор 0,05 н;
MgSО4, фиксонал, 0,05 н [3].
2. С помощью комплексонометрического метода анализа определяли содержание оксидов алюминия и железа (III). Реактивы: Аммиак, 1:1; ЭДТА, раствор 0,05 н; Ацетатный буфер, рН=4,6^4,9, Сульфосалициловая кислота; Железоаммонийные квасцы [3].
Результаты определения содержания основных компонентов приведены в таблице 1.
Таблица - 2. Химический состав выделенных фракций (СФ)
№ фракции Содержание, %
P2Ü5 CaO MgO Fe2O3 AI2O3 SiO2 пр. примеси
1 23,90 41,35 0,49 4,27 3,29 13,9 12,8
2 23,50 40,66 0,49 4,19 3,23 12,3 15,9
3 25,20 43,59 0,52 4,50 3,47 14,1 9,2
4 21,60 37,37 0,45 3,86 2,97 13,9 11,1
5 20,97 36,28 0,44 3,76 2,88 17,1 10,9
6 20,10 33,89 0,45 3,52 2,94 19,2 11,2
7 22,43 38,80 0,46 4,02 3,09 11,1 9,3
Среднее значение 22,53 38,58 0,45 3,99 3,07 14,3 11,4
Заключение
Образец характеризуется достаточно равномерным распределением компонентов по фракциям, что согласуется с литературными данными о химическом составе фосфатов осадочного происхождения Полпинского, Вятско-Камского, Кимовского, Кызылкумского месторождений [4-6]. Соответственно, обогащение исследуемого образца ВКФ простейшим методом сухой классификации неперспективно, так как выделение более бедных фракций обеспечит незначительное увеличение содержания целевого компонента в обогащенном продукте - всего 5,1%.
Список литературы
1. Государственный доклад «О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов российской федерации в 2019 году» / под общ. ред. Е.А. Киселева - Москва, 2020. - 494 с.
2. ГОСТ 20851.2-75 Удобрения минеральные. Методы определения фосфора. - М.: ИПК издательство стандартов. 1997 - 39 с.
3. Винник М. М., Ербанова Л. Н., Зайцев П. М., Кротова И. К., Левшина А. А., Ошерович Р.Х.
Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. М.: Химия, 1975. - 215 с. Смирнов Ю.М. О получении фосфатного сырья для производства сложных удобрений из железистых фосфоритов Егорьевского и Вятско-Камского месторождений. Смирнов Ю.М., Бражник И.С., Холомянский И.Я., Торский Г.А. / Химическая промышленность сегодня, №1. 2011, с. 18-25. Богатырева Н.Н. Состав и возможные варианты переработки хвостов обогащения фосфоритов Вятско-Камского месторождения. / Утилизация отходов производства и потребления: инновационные подходы и технологии. 2019, с. 39-42.
Сырчина Н.В. Глаукониты хвостов обогащения фосфоритов Вятско-Камского месторождения / Сырчина Н.В., Богатырева Н.Н, Ашихмина Т.Я, Козвонин В.А., Малышева А.В., Потапова И.А., Мельникова А.Е. / Утилизация отходов производства и потребления: инновационные подходы и технологии. 2019, с.59-62.
