ПОДБОР КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНЫХ ОРТОФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ С МИНЕРАЛЬНЫМИ КИСЛОТАМИ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 628.161.2

Винокурова О.В., Почиталкина И.А.

ПОДБОР КИНЕТИЧЕСКОГО УРАВНЕНИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНЫХ ОРТОФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ С МИНЕРАЛЬНЫМИ КИСЛОТАМИ

Винокурова Ольга Владимировна, аспирантка кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.

Почиталкина Ирина Александровна, к.т.н., доцент кафедры технологий неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва, e-mail: pochitalkina@list.ru; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20

В ходе работы рассмотрен процесс извлечения целевого компонента и растворимых примесей из природных ортофосфатов при различных условиях. Определены текстурные характеристики фосфатного сырья и его нерастворимого остатка. Получены кинетические зависимости процесса разложения.

Ключевые слова: фосфорит, кислотное разложение, нерастворимый остаток, кинетика гетерогенных реакций

SELECTION OF THE KINETIC EQUATION OF THE HETEROGENEOUS INTERACTION OF NATURAL CALCIUM ORTHOPHOSPHATES WITH MINERAL ACIDS

Vinokurova O.V., Pochitalkina I.A..

D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

In the course of the work, the process of extracting the target component and soluble impurities from natural orthophosphates under various conditions is considered. The textural characteristics of phosphate raw material and its insoluble residue are determined. The kinetic dependences of the decomposition process are obtained.

Keywords: phosphorite, acid decomposition, insoluble residue, heterogeneous reaction kinetics.

Основное уравнение химической кинетики основано на законе действующих масс:

Особенностью гетерогенных процессов, к которым относится кислотное разложение фосфатного сырья, является зависимость скорости процесса от характеристик поверхности раздела фаз (2) и необходимость ее учета при выборе математического описания [1, 2].

= -/(№■■.)

(2)

Накопленный опыт изучения кинетики взаимодействия ортофосфатов кальция с минеральными кислотами основан на анализе жидкой фазы [3] и, соответственно, математическом

Ме1-Са Ме2-Са.

описании процесса без учета поверхности контакта фаз. Определение текстурных характеристик и размера частиц полпинского фосфорита позволило получить новые данные об изменении параметров твердой фазы в процессе кислотного разложения [4] и осуществить попытку поиска кинетических закономерностей при разложении фосфатного сырья различного генезиса.

Согласно данным химического анализа [5], в состав фосфорита Брянской области входит значительная доля кремния в виде альф-кварца (рис.1), которая составляет около 30% от массы исходного сырья. Альфа-кварц является устойчивым по отношению к используемой азотной кислоте, поэтому он на 98% представляет собой нерастворимый остаток по завершении процесса экстракции [6]. Мезопористая структура а-кварца является матрицей для растворимых компонентов.

а Ь

Рис. 1 Кристаллическая структура минералов апатитовой группы ф) и альфа-кварца (Ь)

В динамике процесса разложения фосфорита получены кинетические зависимости целевого компонента (Р2О5) и основных сопутствующих примесей (Са2+, М§2+, Бе3+, А13+), текстурные характеристики твердой фазы. Установлено, что в исследуемых диапазонах концентраций кислоты 0,1-1 М, температуры 10-50оС и времени 0-600 с значения скоростей извлечения щелочноземельных металлов и Р2О5 коррелируют между собой, а скорость извлечения примесей полуторных оксидов повышается с увеличением концентрации кислоты и времени экстракции.

Получение приведенной константы скорости процесса извлечения растворимых компонентов к поверхности твердой фазы, на наш взгляд, поможет подобрать корректное математическое описание.

В зависимости от природы происхождения ортофосфатов кальция [7] их текстурные характеристики [8] значительно отличаются друг от друга и, соответственно, будут различаться механизмы взаимодействия и кинетические параметры процесса.

Список литературы:

1. Барре, П. Кинетика гетерогенных процессов [Текст] / П. Барре. - М. : Мир, 1976. - 399 с.

2. Дьяченко, А. Н. Химическая кинетика гетерогенных процессов [Текст] / А. Н. Дьяченко, В. В. Шагалов; Томский политех. университет. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета. - 2014. - 102 с.

3. Окрушко, Е. Ю. Кинетика азотнофосфорнокислотного разложения полпинского фосфорита [Текст] / Е. Ю. Окрушко, И.

A. Почиталкина, И. А. Петропавловский // Успехи в химии и хим. технологии : сб. науч. тр. - М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 2014. - Т. 28, № 5. - С. 133135.

4. Почиталкина, И. А. Исследование поведения твердой фазы в процессе кислотного разложения полпинского фосфорита [Текст] / И. А. Почиталкина, Д. Ф. Кондаков [и др.] // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 2017. - Т. 60, вып. 10. -С. 48-52.

5. Почиталкина, И. А. Текстурно-структурные характеристики фосфорита Полпинского месторождения [Текст] / И. А. Почиталкина, Д. Ф. Кондаков [и др.] // Журн. неорг. химии. - 2017. - Т. 62, № 11. - С. 1503-1506.

6. Винокурова, О. В. Свойства нерастворимого остатка после кислотной экстракции высококремнистого фосфатного сырья [Текст] / О.

B. Винокурова, Я. В. Зайцева [и др.] // Успехи в химии и хим. технологии : сб. науч. тр. - М. : РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 2018. - Т. 32, № 3 (199). - С. 30-31.

7. Титов, А. Т. Микроструктура и механизм образования фосфата кальция в современных фосфоритах [Текст] / А. Т. Титов, Г. Н. Батурин // Доклады АН. - 2008. - Т. 418, № 6. - С. 821-824.

8. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость [Текст] / С. Грег, К. Синг ; пер. с англ. -М. : Мир, 1984. - 306 с.