CC BY
89
УДК 662.772
В.С. Римкевич, А.А. Пушкин, И.В. Гиренко
КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА АНОРТОЗИТОВ ФТОРИДНО-АММОНИЕВЫМ МЕТОДОМ
Исследованы физико-химические особенности процессов фторид-но-аммониевого обогащения анортозитов. Описаны термодинамика и кинетика реакций взаимодействия исходного сырья под действием гидродифторида аммония при температурах 100-200 °С с образованием порошкообразного спека, термической обработки полученного спека в температурном интервале 350-550 °С с извлечением летучего гексафторосиликата аммония высокой химической чистоты, выщелачивания из полученного остатка хорошо растворимых в воде фторидов натрия и калия, спекание нерастворимого осадка с гидродифторидом аммония до образования гексафтороа-люмината алюминия и фторида кальция. Выявлены основные закономерности гидролизации фторидно-аммониевых солей кремния и алюминия под действием аммиачной воды с получением высокочистого нанодисперсного аморфного кремнезема и тонкодисперсного гидроксида алюминия. В результате проведенных исследований разработан инновационный метод получения глинозема с комплексным извлечением различных полезных компонентов. Ключевые слова: анортозиты, фторидно-аммониевое обогащение, комплексное извлечение, инновационный метод, глинозем, аморфный кремнезем, полезные компоненты.
Широко распространенные мономинеральные плагио-клазовые породы — анортозиты считаются практически неисчерпаемым алюмосиликатным природным сырьем для получения глинозема, алюминия и других полезных компонентов. На территории РФ выделяют семь областей, в которых анортозиты распространены достаточно широко: Кольская, Прибалтийская, Южно-Уральская, Волго-Уральская, Анабар-ская, Алданская и Охотская [1]. Общим для анортозитов нашей страны являются обширные площади массивов и близповерх-ностное залегание, что делает их благоприятными для добычи и переработки. Наиболее богаты глиноземом анортозиты Джуг-джурского массива (Охотская область), которые имеют средний состав, мас.%: 28,1 Al2O3; 53,7 SiO2; 1,3 Fe2O3; 11,2 CaO и 4,6 Na2O. Анортозиты широко распространены в США, Норвегии и Канаде, в которых они занимают площадь более 70 тыс. км2.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 6. С. 113-124. © 2017. В.С. Римкевич, А.А. Пушкин, И.В. Гиренко.
На северо-западе Амурской области находится Каларский анортозитовый массив, который расположен в юго-западной части Алданского щита и входит в состав Олекмо-Становой мине-рагенической провинции [2]. Площадь массива около 3000 км2, что ставит его в ряд крупнейших анортозитовых массивов мира. Общие прогнозные ресурсы анортозитов Каларского массива оцениваются в 34 млрд т с глубиной подсчета 30 м. Близость анортозитов к Байкало-Амурской магистрали, обеспеченность района электроэнергетическими ресурсами и разработка экономически рентабельной технологии — все перечисленное создаст благоприятные условия для развития алюминиевой промышленности в Амурской области. Существующие способы переработки анортозитов отличаются сложностью и многоста-дийностью процесса, большими энергетическими затратами, значительным расходом материальных ресурсов, и широко не применяются в алюминиевой промышленности РФ.
В последнее время важное значение принимает переработка минерального сырья методами фторидной металлургии. Еще недавно фториды использовали, в основном, в атомной промышленности для производства гексафторида урана, а сейчас крупнейшей областью их использования является производство фторполимеров. Условием рентабельности фторидных методов является многократное использование газообразного фтора, фтористого водорода и плавиковой кислоты, которые характеризуются множеством недостатков в области экологии и требуют повышенного обеспечения технологической безопасности.
В настоящее время получило развитие фторидно-аммоние-вое обогащение алюмосиликатов и силикатов под действием гидродифторида (NH4HF2) и фторида ^Н^) аммония, которые в нормальных условиях представляют собой экологически и технологически безопасные вещества [3, 4, 5 и др.] и позволяют проводить глубокую переработку вышеуказанного сырья при значительном уменьшении материальных и энергетических затрат [6, 7, 8 и др.].
Цель исследований — разработка инновационного фторид-но-аммониевого метода обогащения анортозитов, при котором осуществляется их глубокая переработка с комплексным извлечением различных полезных компонентов.
Экспериментальная часть
Объектом исследования являлись анортозиты Каларского массива состава, мас.%: SiO2 — 49,06; А1203 — 27,60; Fe2O3 — 3,06;
тю2 - 0,56; MgO - 1,39; СаО - 11,34; п.п.п. - 2,23 и анортозиты Котозерского массива (Карелия) состава, мас.%: SiO2 - 55,14, А1203 - 25,31, Fe2O3 - 0,21; TiO2 - 0,06; MgO - 0,32; СаО - 14,15; №2О - 3,33; К2О - 0,35; п.п.п. - 0,82. По данным минералогического и рентгенофазового анализов анортозиты состоят из плагиоклазов лабрадоритового и андезинитового составов. Перед опытами исходный материал измельчался до размеров менее 0,1 мм.
Для переработки анортозитов применялся гидродифторид аммония (NH4HF2) марки ч. д. а. и аммиачная вода (№Н4ОН) марки х.ч. Исходные компоненты, взятые в заданных соотношениях, растирали, перемешивали и помещали в тефлоновые, стек-лоуглеродные или платиновые тигли или чашки. Фторирование осуществляли на лабораторной установке специальной конструкции с реактором из никелевого сплава, в котором исходное сырье спекали с гидродифторидом аммония и полученные смеси термически обрабатывали при заданных температурах и временах выдержки. Для разделения и сбора летучих продуктов применялся двухзонный конденсатор, изготовленный из нержавеющей стали и фторопласта. Выделяющийся газообразный аммиак и пары воды улавливались во фторопластовом устройстве, заполненном водным раствором, с регенерацией аммиачной воды. Восстановление гидродифторида аммония осуществлялось в лабораторном выпаривателе-кристаллизаторе, синтез аморфного кремнезема и гидроксида алюминия проводился в гидролизном аппарате, выполненном из фторопласта. Для синтеза глинозема применялась электропечь специальной конструкции.
Исходное сырье, промежуточные фазы и конечные продукты исследовались химическим, рентгенофазовым, спектральным и электронно-микроскопическими методами анализов, применяемыми в Аналитическом центре минералого-геохимических исследований ИГиП ДВО РАН.
Перед проведением экспериментальных работ были проведены термодинамические расчеты вероятности протекания химических реакций комплексной переработки анортозитов с использованием данных [9, 10]. По расчетам (таблица) реакции протекают в сторону образования конечных продуктов.
Расчеты кинетических параметров (константы скоростей (Кс) и энергии активации (Еа)) осуществлялись по степенному и экс-потенциальному законам, а также по уравнениям Авраама и Праута-Томпкинса [11]. Для каждого уравнения проводилась линеаризация и вычисление констант скоростей и энергий ак-
тивации, а также погрешностей аппроксимаций и констант скоростей. Ошибки при расчетах кинетических параметров не привышали 3%. Результаты расчетов показывают, что реакции спекания и сублимации протекают в диффузионной зоне по экспотенциальному закону при всех температурах.
Результаты и их обсуждение
При смешивании анортозита с NH4HF2 в стехиометриче-ском соотношении 1:2,6 с повышением температуры начина-
Расчетные значения энергии Гиббса (АО, кДж) для химических реакций комплексной переработки анортозитов
№ Т, Х 25 100 200 300 400 500 600
1 SiO2 + 3КН4ет2 = (КН4)^6 + 2Н2ОТ + кн3Т
АG -34,4 -69,3 -115,9 -162,5 -209,4 -255,6 -348,8
2 А1203 + 6КН4ет2 = 2(КН4)3АШ6 +3 н2оТ
АG -340,4 -339,1 -337,3 -335,5 -333,7 -331,9 -328,3
3 СаО + КН4ОТ2 = CaF2 + Н2ОТ + КН3Т
АG -157,9 -180,2 -208,8 -239,4 -268,0 -298,7 -357,9
4 №20 + КН4ет2 = 2NaF + Н2ОТ + КН3Т
АG -309,7 -331,7 -360,1 -390,5 -419,9 -449,2 -508,0
5 К20 + NH4HF2 = 2KF + Н2ОТ + NH3t
АG -342,5 -247,4 -336,6 -425,8 -486,4 -486,4 -547,0
6 AlF3 + 3NH4HF2 = (NH4)3AIF6 + 3HF
АG 17,0 3,0 -16,0 -35,0 -54,0 -72,0 -91,0
7 (NH4)3AIF6 = AIF3 + 3NH3t + 3ОТТ
АG 268,4 187,0 78,5 -30,1 -138,6 -247,2 -464,3
8 (NH4)2SiF6 + 4NH4ОН = SЮ2¿ + 6NH4F + 2Н20
АG -48,7 -19,1 20,3 59,7 99,2 138,6 217,5
9 (NH4)3AIF6 + 3NH4ОН = Д1(ОН)3^ + 6NH4F
АG -43,0 -71,1 -108,5 -145,9 -183,3 -220,7 -258,1
10 NH3 + Н20 = NH4OH
АG -9,6 -3,4 4,9 13,2 21,5 29,8 38,1
11 NH3 + ОТ = NH4F
АG -39,1 -23,3 -2,1 19,1 40,3 61,5 83,7
12 2NH4F = NH4HF2 + NH3t
АG 0,5 -12,0 -28,7 -45,4 -62,1 -78,8 -95,5
ется процесс спекания с выделением воды и аммиака, который описывается реакциями основных компонентов 1-5 (таблица).
Экспериментально изучены кинетические кривые зависимости количества выделившегося при спекании аммиака от времени выдержки 0,5-4,5 ч при температурах 100, 150, 175 и 200 °С. С учетом констант скоростей и энергии активации процесс протекает в диффузионной области (Еа = 29,8 кДж/моль для реакций 1-5); способ ускорения процесса - повышение температуры. При температурах выше температуры плавления NH4HF2 (126,8 °С) взаимодействие происходит с максимальной скоростью, и при 200 °С (Кс = 0,01816 мин-1) за 3 ч достигается выделение аммиака более 98% от теоретически возможного. Выделяющийся газообразный аммиак и пары Н2О образуют аммиачную воду по реакции 10, которая поступает на стадии гидролиза (реакции 8, 9).
По данным рентгенофазового анализа, полученный порошкообразный спек состоит из смеси гексафтороалюмината (^Н4)3АШ6) и гексафторосиликата ((NH4)2SiF6) аммония, фторидов кальция (CaF2) и натрия (NaF). Результаты наших исследований по влиянию фторирующего реагента (20% от стехиометрии) на выход смеси фторидно-аммониевых солей показал, что оптимальным является расчетное стехиометрическое отношение 1:2,6. Если это соотношение меньше, например 1:2,2, то выход целевых продуктов снижается до 70% по массе; при большем соотношении (1:3) выход продуктов достигает более 98% по массе, однако при этом выделяется повышенное количество NH3 и гидродифторид аммония расходуется не полностью.
Термическая переработка при температурах 350-550 °С полученного в оптимальных условиях порошкообразного спека в восстановительных или инертных условиях приводит к образованию нелетучего остатка, который, по данным рентгенофазо-вого анализа, состоит из фторидов алюминия, кальция и натрия. При термической обработке осуществляется реакция 7, а фторид кальция и фториды щелочных металлов не подвергаются сублимации и остаются в нелетучем остатке.
В результате термической обработки при температурах выше 300 °С происходит сублимация летучего (NH4)SiF6, что согласуется с выводами авторов [3, 5]. Экспериментально исследованы кинетические кривые, рассчитанные по данным убыли массы нелетучего остатка в восстановительных условиях с получением фторида алюминия и других компонентов при температурах 350, 450 и 550 °С и временах выдержки от 7,5 до 60 мин для реакции 7. Процесс характеризуется низкой энергией активации и высоки-
ми константами скорости (Еа = 24,5 кДж/моль, Кс = 0,03047 мин-1 для 550 °С). Установлено, что температура 550 °С является наиболее благоприятной для обескремнивания, и за 30 мин масса нелетучего остатка составляет более 98% от теоретически возможной.
Летучий (NH4)2SiF6 улавливается в первой зоне конденсатора, а пары NH3 и HF, выделяющиеся в результате разложения фторидно-аммониевых солей, взаимодействуют между собой во второй зоне конденсатора с образованием фторида аммония по реакции 11. Фторид аммония направляется в выпариватель-кристаллизатор, где при выпаривании водного раствора NH4F образуется гидродифторид аммония по реакции 12, который поступает в начало технологического процесса.
По данным эмиссионного спектрального анализа, гексафто-росиликат аммония имеет высокую химическую чистоту — содержание металлических примесей не привышает 10-4—10-5 мас.% (Al, Fe, Ca, Mg и другие). Повторная сублимационная очистка позволяет получить (NH4)2SiF6 с содержанием примесей менее 10-6—10-8 мас.%.
Водный раствор гексафторосиликата аммония (3—33 мас.% (NH4)2SiF6) взаимодействует с аммиачной водой (25 мас.% NH3) при температурах 20—80 °С и pH = 8—9 по реакции 8. Образовавшийся гель выпадает в осадок, выдерживается в течение 1 ч, и затем путем фильтрования отделяется от раствора NH4F, который поступает на дальнейшую переработку (реакция 12).
В результате происходит синтез нанодисперсного аморфного кремнезема высокой химической чистоты со средним размером наночастиц 17—89 нм. По данным анализа на атом-но-силовом микроскопе SOLVER R-47, наименьшего среднего значения (17 нм) размер наночастиц достигает в условиях синтеза при исходной концентрации 3 мас.% (NH4)2SiF6 и температуре 80 °С; наночастицы увеличиваются до средних размеров 61 нм и 89 нм при концентрациях 20 и 33 мас.% (NH4)2SiF6 соответственно для аналогичной температуры. При концентрации 3 мас.% (NH4)2SiF6 понижение температуры синтеза до 20 °С способствует увеличение среднего размера наночастиц до 33 нм.
В разбавленных растворах при концентрации 3 мас.% (NH4)2SiF6 и температуре 80 °С достигается максимальное извлечение аморфного кремнезема, равное 92,36 мас.%, которое уменьшается до 71,47 мас.% при концентрации 33 мас.% (NH4)2SiF6 для аналогичной температуры. При концентрации 3 мас.% (NH4)2SiF6 и температуре 20 °С степень извлечения аморфного кремнезема составляет 82,35 мас.%, и она уменьша-
ется до 68,53 мас.% с повышением концентрации (NH4)2SiF6 до 20 мас.% для аналогичной температуры.
Спектральный анализ нанодисперсных порошков аморфного кремнезема подтверждает наличие в них минимального количества примесей (менее 10—4 мас.%); на дифрактограммах наблюдается рентгеноаморфное гало с отсутствием кристаллических фаз. По данным химического анализа, в аморфном кремнеземе содержится 99,99 мас.% SiO2 и обнаружены следы фтора. Извлеченный аморфный кремнезем по техническим характеристикам соответствует высококачественным сортам «белой сажи» и аэросила [12, 13].
Образовавшийся после сублимации нелетучий остаток подвергнут выщелачиванию водой с удалением хорошо растворимых фторидов щелочных металлов (NaF и KF). Полученный нерастворимый осадок, состоящий по данным рентгенофазово-го анализа из АШ3 и CaF2, спекается с NH4HF2 при температуре 180 °С в течение 3 часов с образованием гексафтороалюмината аммония по реакции 6; фторид кальция не подвергается термической обработке. После выщелачивания водой с удалением растворимого ^Н3)3АШ6, образуется концентрат, состоящий из фторида кальция (флюорит).
Далее в водном растворе (0,5—3 мас.% (№Н4)3АШ6) гекса-фтороалюминат аммония взаимодействует с аммиачной водой (25 мас.% NH3) при температурах 20—80 °С до образования осадка гидроксида алюминия при рН = 8—9 (реакция 9), который выдерживался при заданной температуре в течение 1 ч. Затем осадок путем фильтрования отделялся от раствора фторида аммония, который поступал на стадию регенерации NH4HF2 (реакция 12).
В результате прохождения процесса (реакция 9) происходило образование микрочастиц гидроксида алюминия с размерами фракций, по данным седиментационного анализа, от 1 до 10 мкм — 2—10%, от 10 до 50 мкм — 10—60%, микрочастицы крупнее 50 мкм — более 30% по массе. Спектральный анализ микрочастиц гидроксида алюминия показал наличие в них минимального количества примесей (менее 10—1 мас.%), на дифрактограммах фиксируется кристаллическая фаза гиббсит. По данным химического анализа, в гидроксиде алюминия содержится 64,98 мас.% А1203, суммарное содержание щелочей (№20 + + К20) не превышает 0,1 мас.%.
В разбавленных растворах при концентрации 0,5 мас.% ^Н4)3АШ6 и температуре 80 °С достигается максимальное извлечение гидроксида алюминия, равное 97,10 мас.%, которое
уменьшается до 88,91 мас.% при концентрации 3 мас.% ^Н4)3АШ6 для аналогичной температуры. При концентрации 0,5 мас.% ^Н4)3АШ6 и температуре 20 °С степень извлечения гидрокси-да алюминия составляет 91,88 мас.%, и она уменьшается до 77,62 мас.% с повышением концентрации ^Н4)3АШ6 до 2 мас.% для аналогичной температуры.
Математическая обработка результатов экспериментов проводилась в предположении о том, что массовая степень извлечения аморфного кремнезема или гидроксида алюминия зависит от температуры по уравнению Аррениуса [11]:
а = а0 ехр(-Е/К7), а энергия активации вычислялась по формуле:
Еа = RAlnа /Д(1/7).
Средняя величина Еа составляет 1,6 кДж/моль для реакции 8 и 1,75 кДж/моль для реакции 9, что свидетельствует о протекании этих реакций в диффузионной области.
Затем гидроксид алюминия подвергался кальцинации при температурах 1100-1200 °С в течение 20-40 мин с получением кондиционного металлургического глинозема, содержащего, по данным рентгенофазового анализа, 60-80% у-А12О3 и 20-40% а А12О3. По данным химического, электронно-микроскопического и спектрального анализов, полученный глинозем содержит 99,8 мас.% А12О3 и следующие примеси (мас.%): SiO2 - 0,02; Fe2O3 - 0,03; ТЮ2 - следы; СаО, MgO, №2О и К2О не обнаружены, и соответствует маркам ГО и Г1 [14]. Из него путем электролитического восстановления извлекался технический алюминий марок А5-А85.
Был произведен расчет материального баланса и определены расходные коэффициенты для всех химических соединений, участвующих в реакциях комплексной переработки анортозитов Котозерского массива. Материальные потоки показаны на рисунке, где под формулами химических соединений приведены расходные коэффициенты на 100 кг исходного сырья. На схеме в скобках обозначены химические реакции комплексной переработки анортозита, термодинамические расчеты вероятности прохождения которых приведены в таблице. Применяемые дополнительные реагенты легко восстанавливаются с отсутствием твердых, жидких и газообразных отходов, что позволяет многократно использовать их в технологическом процессе (реакции 10-12). В технологическом процессе применяется замкнутый цикл оборотной воды.
38 70 (12) 110,16 1
АЬОэ 25,30 кг Глинозем
Технологическая схема материальных потоков при комплексной переработке анортозитов Котозерского массива с теоретическим извлечением полезных компонентов
Приведенная схема показывает замкнутость материальных потоков, где теоретически можно регенерировать 94,66% гидро-дифторида аммония и 95,13% аммиачной воды. При комплексной переработке анортозита теоретически образуется 55,14 кг аморфного кремнезема, 25,30 кг глинозема, 19,70 кг фторида кальция и другие полезные компоненты — гексафторосиликат аммония, фториды натрия и калия, которые используются в различных отраслях промышленности.
Аморфный кремнезем используется как наполнитель для резины, пластмассы, красок, цветных лаков, лекарственных и косметических веществ, при производстве полупроводникового кремния и других целей. Глинозем широко применяется для производства технического алюминия электролитическим способом, для изготовления специальных видов керамики и электро-
керамики. Обладающий сильными огнестойкими и биоцидными свойствами гексафторосиликат аммония находит применение в деревообрабатывающей, пищевой, химической и других отраслях промышленности. Фторид кальция является компонентом металлургических флюсов при плавке чугуна и стали, применяется для изготовления специальных стекол, керамики, оптических и лазерных материалов и других целей.
Среднемировая стоимость (дол./кг) аморфного кремнезема составляет 5,0, глинозема — 0,45, гексафторосиликата аммония — 4,0, фторида кальция — 2,8. Среднемировая стоимость (дол./кг) анортозита — 0,04, гидродифторида аммония — 2,0 и аммиачной воды — 0,1. Степень регенерации применяемых дополнительных компонентов довольно высокая, что обеспечивает экономическую рентабельность, замкнутый цикл и экологическую безопасность технологического процесса.
Заключение
Теоретическими и экспериментальными исследованиями процессов комплексной переработки анортозитов определены оптимальные условия получения аморфного кремнезема, глинозема, фторида кальция и других полезных компонентов, и разработан инновационный метод физико-химического обогащения этого минерального сырья. Промышленное освоение разработанного авторами инновационного метода позволит перерабатывать большие объемы анортозитов в более экологически чистых и технологически безопасных условиях, и стоимость выпускаемых товарных продуктов будет превышать в десятки и сотни раз стоимость исходного сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богатиков О. А. Анортозиты. — М.: Наука, 1979. — 231 с.
2. Васильев В. А., Капанин В. П., Ковтонюк Г. П. и др. Минерально-сырьевая база Амурской области на рубеже веков. — Благовещенск: Зея, 2000. - 168 с.
3. Макаров Д. В., Беляевский А. Т., Меньшиков Ю. П., Нестеров Д. П., Юсупова М. Ф. Исследование механизма и кинетики взаимодействия порошкового нефелина с гидродифторидом аммония // Журнал прикладной химии. - 2007. - Т. 80. - № 2. - С. 177-182.
4. Zhang W, Hu Z, Liu Y., Chen H., Gao S, Gaschnig R. M. Total rock dissolution using ammonium bifluorude (NH4HF2) in screw-top teflon vials: a new development in open-vessel digestion // Analytical Chemistry. 2012. - Vol. 84. - no 24. - pp. 10686-10693.
5. Римкевич В. С., Сорокин А. П., Гиренко И. В. Фторидная технология переработки кианитовых концентратов с комплексным извлечени-
ем полезных компонентов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - № 7. - С. 137-147.
6. Khalil N. M., Agila R., Othman H. A., Ewais E. M. Improvement of the extraction efficiency of nanosized alumina from libyan clay // InterCeram: International Ceramic Review. - 2009. - Vol. 58. - no 6. - pp. 388-393.
7. Гулюта М. А., Андреев В. А., Буйновский А. С. и др. Исследование процесса активации упорных урансодержащих руд аммонийно-фто-ридными растворами // Известия Томского политехнического университета. - 2014. - Т. 324. - № 3. - С. 53-59.
8. Римкевич В.С., Сорокин А.П., Чурушова О.В. Эффективная технология физико-химического обогащения техногенных угольных отходов предприятий теплоэнергетики // ФТПРПИ. - 2016. - № 4. - С. 177-185.
9. Равдель А. А., Пономарева А.М. Краткий справочник физико-химических величин. - Л.: Химия, 1983. - 234 с.
10. Лидин Р. А., Андреева Л. П., Молочко В. А. Справочник по неорганической химии. - М.: Химия, 1987. - 320 с.
11. Стромберг А. Г. Семченко Д. П. Физическая химия. - М.: Химия, 1999. - 528 с.
12. Tressaud A. Structural architecture and physical properties of some inorganic fluoride series: a review // Journal of Fluorine Chemistry. - 2011. -Vol. 132. - no 10. - pp. 651-659.
13. Demyanova L. P., Rimkevich V. S., Buynovskiy A. S. Elaboration of na-nometric amorphous silica from quartz-based minerals using the fluorination method // Journal of Fluorine Chemistry. - 2011. - Vol. 132. - no 12. -pp. 1067-1071.
14. Лайнер А. И., Еремин Н. И., Лайнер Ю. А., Певзнер И. З. Производство глинозема. - М.: Металлургия, 1978. - 344 с. гтггт^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Римкевич Вячеслав Сергеевич1 - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: [email protected],
Пушкин Александр Андреевич1 - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected], Гиренко Ирина Витальевна1 - научный сотрудник, e-mail: [email protected],
1 Институт геологии и природопользования ДВО РАН.
UDC 662.772
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 6, pp. 113-124. V.S. Rimkevich, A.A. Pushkin, I.V. Girenko COMPLEX PROCESSING OF ANORTHOSITES BY FLUORINE-AMMONIUM METHOD
Physical-chemical peculiarities of the processes fluorine-ammonium concentrations of an-orthosites are studied. The thermodynamics and kinetics of reactions of interaction of initial raw with ammonium hydrodifluoride at 100-200 0C temperatures with the formation of powder cake and further thermal processing of receiving cake in temperature range of 350-550 °C with extraction of volatile ammonium hexafluosilicate of high chemical purity and etching
of well solvable in water sodium and potassium fluorides from receiving residue, and sintering of unsolvable residue with ammonium hydrodifluoride until the formation of aluminium hexafluosilicate and calcium fluoride are described. The principal peculiarities of hydroliza-tion of fluorine-ammonium salts of silicon and aluminium under influence of ammonia water with the receiving high-purity nano-dispersed amorphous silica and fine-dispersed aluminium hydroxide. Conditional metallurgical alumina are extracted from aluminium hydroxide by calcination. Additional reagents are reduced and entered on certain stages of technological process. Innovative method of alumina production with complex extraction of various useful components is developed as a result of carrying investigations.
Key words: anorthosites, fluorine-ammonium concentration, complex extraction, innovative method, alumina, amorphous silica, useful components.
AUTHORS
Rimkevich V.S.1, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences, Senior Researcher, Head of Laboratory, e-mail: [email protected], Pushkin A.A}, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Senior Researcher, e-mail: [email protected], Girenko I.V.1, Researcher, e-mail: [email protected], 1 Institute of Geology and Nature Management, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 675000, Blagoveshchensk, Russia.
REFERENCES
1. Bogatikov O. A. Anortozity (Anorthosites), Moscow, Nauka, 1979, 231 p.
2. Vasil'ev V. A., Kapanin V. P., Kovtonyuk G. P. Mineral'no-syr'evaya baza Amurskoy oblasti na rubezhe vekov (Mineral base of Amur region at the turn of century), Blagoveshchensk, Zeya, 2000, 168 p.
3. Makarov D. V., Belyaevskiy A. T., Men'shikov Yu. P., Nesterov D. P., Yusupova M. F. Zhurnalprikladnoy khimii. 2007, vol. 80, no 2, pp. 177—182.
4. Zhang W., Hu Z., Liu Y., Chen H., Gao S., Gaschnig R. M. Total rock dissolution using ammonium bifluorude (NH4HF2) in screw-top teflon vials: a new development in open-vessel digestion. Analytical Chemistry. 2012. Vol. 84, no 24, pp. 10686—10693.
5. Rimkevich V. S., Sorokin A. P., Girenko I. V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 7, pp. 137-147.
6. Khalil N. M., Agila R., Othman H. A., Ewais E. M. Improvement of the extraction efficiency of nanosized alumina from libyan clay. InterCeram: International Ceramic Review. 2009, vol. 58, no 6, pp. 388-393.
7. Gulyuta M. A., Andreev V. A., Buynovskiy A. S. Izvestiya Tomskogo politekhnich-eskogo universiteta. 2014, vol. 324, no 3, pp. 53-59.
8. Rimkevich V. S., Sorokin A. P., Churushova O. V. Fiziko-tekhnicheskiye problemy razrabotkipoleznykh iskopayemykh. 2016, no 4, pp. 177-185.
9. Ravdel' A. A., Ponomareva A. M. Kratkiy spravochnikfiziko-khimicheskikh velichin (Quick reference physico-chemical variables), Leningrad, Khimiya, 1983, 234 p.
10. Lidin R. A., Andreeva L. P., Molochko V. A. Spravochnik po neorganicheskoy khimii (Handbook of inorganic chemistry), Moscow, Khimiya, 1987, 320 p.
11. Stromberg A. G. Semchenko D. P. Fizicheskaya khimiya (Physical chemistry), Moscow, Khimiya, 1999, 528 p.
12. Tressaud A. Structural architecture and physical properties of some inorganic fluoride series: a review. Journal of Fluorine Chemistry. 2011. Vol. 132. no 10. pp. 651-659.
13. Demyanova L. P., Rimkevich V. S., Buynovskiy A. S. Elaboration of nanometric amorphous silica from quartz-based minerals using the fluorination method. Journal of Fluorine Chemistry. 2011. Vol. 132. no 12. pp. 1067-1071.
14. Layner A. I., Eremin N. I., Layner Yu. A., Pevzner I. Z. Proizvodstvo glinozema (Production of alumina), Moscow, Metallurgiya, 1978, 344 p.
