Сернокислотное разложение данбурита месторождения Ак-Архар с последующим обжигом Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ____________________________________2008, том 51, №9________________________________

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 521.633

Н.А.Ашуров , Э.Д.Маматов, А.Курбанов, П.Ятимов, академик АН Республики Таджикистан У.Мирсаидов СЕРНОКИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ДАНБУРИТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ АК-АРХАР С ПОСЛЕДУЮЩИМ ОБЖИГОМ

Для разложения данбурита наиболее целесообразно использовать серную кислоту, так как она позволяет перевести кальций данбурита в нерастворимый сульфат кальция, что имеет немаловажное значение для получения более чистой борной кислоты и ее солей.

В работах [1-5] установлено, что борсодержащие минералы при обычных условиях хорошо разлагаются соляной кислотой, плохо разлагаются щелочами и практически не разлагаются угольной кислотой.

В настоящей работе изучено сернокислотное разложение предварительно обожженного данбурита. Основным этапом данного процесса является предварительный обжиг данбурита. Согласно данным проведенных опытов, выявлено, что до 700°С данбурит практически не претерпевает никаких изменений. Выше этой температуры происходят изменения, связанные с удалением конституционной воды. При этом данбурит не теряет кристаллической структуры. Вероятно, при его обезвоживании образуются соединения, обладающие большей реакционной способностью, чем не обезвоженный минерал.

Обезвоживание данбурита можно представить в виде следующих реакций:

700-800°C

CaO-B2Ü3-2SiO2 ^ CaO-B2Ü3 + 2SiÜ2

700-800°C

C aÜ •MgÜ •З B2Ü3 •6H2Ü ^ CaO-MgO-3B2Ü3 + 6H2O.

В интервале температур 950-980°С образуется второй эндотермический эффект, по-видимому, борсодержащие минералы претерпевают изменения образованием дибората кальция CaÜ-B2Ü3, силиката кальция CaÜ-SiÜ2 и кварца.

2CaO-B2Ü3-2SiO2 ^ CaO^Ü3 + CaÜSiÜ2 + SiÜ2.

Кальцит, входящий в состав данбурита, при термической обработке диссоциирует с образованием оксида кальция:

950-980°C

CaCÜ3 ^ CaO + CO2!.

Образовавшийся оксид кальция далее взаимодействует с продуктами термического разложения данбурита - диборатом кальция и оксидом кремния с образованием дикальцие-вого бората 2CaÜ-B2Ü3 и силиката кальция. Остальные минералы данбурита, видимо, не претерпевают никаких изменений.

Далее с целью получения борной кислоты и солей бора изучали сернокислотное разложение предварительно обожженного данбурита.

Основные реакции, протекающие при разложении данбурита серной кислотой, можно представить в следующем виде:

Са0^20э^Ю2 + И2804 + Н2О ^ CaSO4 + 2Н3ВО3 + 2БЮ2

СаО + Н2Б04 ^ CaSO4 + Н2О

Сa0•Fe20з•2Si02 + 4^Б04 ^ CaSO4 + Ре2(Б04)з + 2БЮ2 + 4Н2О

Са0^0-3В20з + 2Н2Б04 + 7Н2О ^ 6НзВ0з+СаБ04 + М§Б04.

Результаты изучения влияния температуры обжига данбурита на разложение с последующим обжигом приведены на рис.1.

Как показывают результаты опытов, одновременно с разложением данбурита и образованием дибората кальция при температуре свыше 950-1000°С данбурит начинает постепенно расплавляться.

Как видно из рис.1, интервал температуры изменялся от 500 до 1050°С. При температуре обжига 900-1000°С степень извлечения оксида бора и железа значительно возрастает, составляя: В20з - 84.1% и Бе20з - 96.7% в отличие от разложения данбурита без предварительного обжига.

450 550 650 750 850 950 1050

Тенпе ратура °с

Рис.1. Влияние температуры обжига данбурита на степень извлечения оксидов бора и железа.

Из рис.1 видно, что наиболее благоприятными условиями разложения данбурита серной кислотой являются следующие условия термической обработки: температура - 950-1000°С; продолжительность обжига - 60 мин. В оптимальных условиях степени разложения оксидов с последующим обжигом достигают максимального значения и составляют: В203 -85.4% и Ее20з - 98.7%.

С целью установления зависимости степени извлечения оксидов бора и железа от продолжительности процесса и дозировки кислоты была проведена серия опытов, результаты которых приведены на рис.2.

Сначала исходную взвешенную пробу данбурита нагревали при температуре 950-1000°С в течение 60 мин. После термической обработки данбурит измельчали и выщелачивали с рассчитанным объемом серной кислоты. По окончании процесса пульпу фильтровали и определяли химический состав твердой фазы (остатка) и жидкой (аликвотной) части. В аликвотной части методами химического анализа определяли содержание оксидов бора и железа.

Зависимость степени разложения оксидов В203 и Бе203 данбурита от продолжительности процесса сернокислотного разложения изучали в интервале времени от 20 до 100 мин (рис.2а). Из рис.2а видно, что с увеличением продолжительности процесса переработки до 90 мин при температуре 85 0С степень извлечения оксидов бора и железа составила, в %: 84.6 и 96.8 соответственно.

Рис.2. Зависимость степени разложения оксидов от: а) продолжительности процесса; б) от концентрации серной кислоты.

Видимо, это связано с изменением структуры минерала данбурита под действием температуры и образованием ряда соединений типа СаО^В2О3 и 2СаО^В2О3.

Дальнейшее увеличение продолжительности процесса разложения до 100 мин не приводит к существенным изменениям степени разложения оксидов бора и железа, что составляет: 84.7 и 97.5% соответственно.

В следующей серии опытов изучалась зависимость концентрации серной кислоты и ее дозирование на извлечение оксидов, результаты которых приведены на рис.2б.

Концентрация серной кислоты составляла 40-50 %масс. Как видно из рис.2б, дозирование серной кислоты проводилось от 50 до 300 %масс от стехиометрического количества. Результаты опытов показали, что наиболее высокая степень извлечения оксидов бора и железа наблюдается при дозировании 80-100% стехиометрического количества серной кислоты, составляя, в %: оксид бора - 86.1 и оксид железа - 97.8.

Исходя из полученных результатов опыта для сернокислотного разложения данбурита с последующим обжигом, можно предложить следующие условия: длительность термической обработки - 60 мин; температура - 1000°С; продолжительность кислотного разложения - 60 мин; дозирование кислоты - 80-100% от стехиометрического количества.

Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 23.04.2008 г.

АН Республики Таджикистан,

H«

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

ЛИТЕРАТУРА

1. Тезисы докладов республиканского совещания по повышению качества продукции химической промышленности Казахской ССР. - Алма-Ата, Актюбинск, 1979.

2. Берлин Л.Е. Производство борной кислоты, буры и борных удобрений. - М.- Л.: Госхимиздат, 1950, 111 с.

3. Имамутдинова В.М., Морозова Я.С., Кузьменко В.А. - В кн.: Исследования в области неорганической технологии. - Л., 1972, с.241-243.

4. Берлин Л.Е., Абрамова Е.М., Лазарева М.И. - В кн.: Сообщения о научно-технических работах НИУИФ. - М., 1958, с.83.

5. Исследования в области химии и технологии минеральных солей и окислов / Под ред. М.Е.Позина. - М.- Л.: Наука, 1965, 316 с.

Н.А.Ашуров, Э,Д.Маматов, А.Курбонов, П.Ятимов, У.Мирсаидов Ч,УДОШАВИИ ДАНБУРИТИ СУЗОНИДАШУДА АЗ ТАЪСИРИ КИСЛОТАИ СУЛФАТ

Дар мак;ола омузиши данбурити сузонидашуда аз таъсири кислотаи сулфат овар-да шудааст. Маълум гардид, ки чудошавии оксидх,ои данбурити сузонидашуда дар зери таъсири кислотаи сулфат хуб мегузарад ва аз чихдти технолога муфид мебошад.

N.A.Ashurov, E.D.Mamatov, A.Kurbonov, P.Yatimov, U.Mirsaidov DECOMPOSITION OF PRELIMINARY BURNT DANBURITE FIELD WITH SULFURIC ACIDS

In the giving article present the stady results sulfuric - acid decomposition of preliminary burnt danburite.

It was revealed oxide extraction that during preliminary burnt of danburite with out sulfuric

acid.