CC BY
53
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2008, том 51, №5______________________________
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 521.633
Э.Д.Маматов, Н.А.Ашуров , А.Курбонов , П.Ятимов , академик АН Республики Таджикистан У.Мирсаидов СОЛЯНОКИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБОЖЖЕННОГО ДАНБУРИТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ АК-АРХАР
В монографии и работах [1-3] приведены сведения о процессе разложения боратных руд. Показано, что данбурит при обычных условиях хорошо разлагается минеральными кислотами, но степень извлечения бора является незначительной.
В настоящей работе отражены результаты солянокислотного разложения предварительно обожженного данбурита месторождения Ак-Архар Таджикистана.
Как было отмечено в работах [2, 3], соляная кислота не реагирует с основным продуктом многих минералов - БЮ2. Поэтому разложение соляной кислотой предварительно обожженного данбурита позволяет в начале технологического процесса осуществить селективное разделение от кремнезема.
Главнейшими рудообразующими минералами данбурита являются: данбурит -СаО^В2Ог28Ю2, кальцит - СаСОз, гранат - зСаО^е2Огз8Ю2, гидроборацит -СаО-М§О-В2Оз^6Н2О, пироксены - СаО-Бе2О3-28Ю2, кварц - БЮ2 и частично гипс - Са-БО^пВД.
При термической обработке данбурита минералы, входящие в его состав, претерпевают ряд изменений. Согласно проведенным опытам и результатам анализов, можно сделать вывод, что при температуре до 700°С данбурит не претерпевает никаких изменений. Происходят изменения (то есть эндотермический эффект), связанные с удалением воды при 800°С с изменением бурого цвета данбурита на серый. Его обезвоживание можно представить в следующем виде:
800°С
Са0-М§0-В20з-6Н20 —^ Са0'М§0'В20з + 6Н20.
Исследования показали, что способность реагировать с соляной кислотой проявляется у данбурита после термической обработки при высоких температурах, которую можно проводить полным расплавлением или путем прокаливания данбуритовой руды без расплавления в интервале температур 850-1050°С. В этом случае наблюдается эндотермический эффект, связанный с разложением данбурита:
СаО-В2Оз-2БЮ2 ^ СаО^Оз + 2БЮ2.
Результаты изучения влияния температуры обжига данбурита с последующим солянокислотным разложением приведены на рис.1. Как видно из рис.1, одновременно с разло-
жением данбурита образуется жидкая фаза, а при температуре 1000-1050°С данбурит полностью расплавляется. Как показали результаты анализа, при этих температурах степень извлечения оксида бора достигает максимального значения и составляет около 84.6%. Видно, что наиболее рациональными условиями термической обработки без полного плавления можно рекомендовать следующие условия: температуру - 950-980°С, продолжительность процесса - 50-60 мин. При этих условиях степень последующего кислотного разложения составляет не менее 89.2%, концентрация кислоты - 20%.
0 -\--------1--------1------1-------1-------1-------1
450 550 650 750 850 950 1050
Температура обжига, С
Рис.1. Зависимость степени разложения оксидов данбурита от температуры обжига.
С целью установления зависимости степени извлечения оксидов железа, алюминия, бора и кальция от температуры, продолжительности процесса, концентрации и размера частиц были проведены опыты, результаты которых представлены на рис.2.
До начала опыта данбурит нагревали при температуре 950-980°С в течение 60 мин. После термической обработки данбурит измельчали и выщелачивали соляной кислотой. Полученную пульпу промывали дистиллированной водой и фильтровали, в растворе определяли содержание железа, алюминия, бора и кальция.
Рис.2. Зависимости степени извлечения оксидов B2O2, Fe2O3, Al2O3 и CаО из состава данбурита от: а) температуры; б) продолжительности процесса; в) концентрации HCl и г) размера частиц данбурита (размер частиц < 0.1 мм; температура - 80°C; продолжительность процесса - 60 мин; CHCl -20 масс%). 1 - Fe2O3; 2 - Al2O3; 3 - B2O3; 4 - CаО
Как видно из рис.2а, в интервале температур от 20 до 90°С зависимость степени извлечения оксидов (B2O3, Al2O3, Fe2O3, CaO) соляной кислотой выглядит следующим образом: степень извлечения оксида бора находится в интервале 12.6-63.2%; оксида алюминия -10.2-30.5%; оксида железа - 33.5-96.5% (рис.2а). С увеличением температуры выше 90°С степень извлечения оксидов Al2O3, Fe2O3, CaO) увеличивается на 2-3%, но приводит к
усложнению регулирования процесса кислотного разложения. Особенно эффективным явля-
ется интервал температуры 60-80°С, где наблюдается увеличение степени разложения оксидов, достигая максимального значения.
Зависимость степени извлечения оксидов B2O3, Al2O3, Fe2O3 и CaO из состава данбурита от продолжительности процесса солянокислотного разложения изучали в интервале времени от 20 до 180 мин (рис.2б). Как видно из рис.2б, с увеличением длительности процесса переработки до 60 мин при оптимальной температуре степень извлечения оксидов составляет: бора - 7.8-84.8%, алюминия - 10.2-70.1%, железа - 21.5-89.5%, кальция - 5.32-11.6% соответственно. Увеличение продолжительности процесса до 120 мин приводит к увеличению степени извлечения некоторых оксидов СаО (12.1%), Fe2O3 (96.5%), Al2O3 (71.3%) и снижению на 7-8% B2O3. Видимо, это связано со структурой соединений, среди которых оксид бора обладает пассивностью.
Из результатов опытов можно сделать вывод, что для максимального извлечения оксидов достаточна обработка данбурита соляной кислотой в течение 1 ч.
Как показывают результаты стехиометрического расчета, для руды данбурита необходим специфический подход и сочетание различных факторов процесса, в данном случае -соотношение между жидкими и твердыми фазами. После определения стехиометрического количества соляной кислоты и соотношения (соляная кислота : данбурит) проведена серия опытов с целью выявления зависимости степени разложения оксидов от концентрации соляной кислоты.
Концентрация соляной кислоты изменялась от 5 до 35 масс% (рис.2в). При изменении концентрации кислоты от 5 до 20 масс% степень извлечения оксидов выглядит следующим образом: B2O3 - 28.1-84.8%; Al2O3 - 15.3-71.4%; Fe2O3, - 30.7-89.5%.
Дальнейшее увеличение концентрации кислоты не привело к существенным изменениям степени извлечения компонентов. Практически полное извлечение оксидов происходит при 120 мин при разложении с концентрацией 15-20 масс% соляной кислоты.
Для выявления характера хода реакций разложения данбурита соляной кислотой изучено разложение в зависимости от крупности частиц (рис.2г). Как видно из рис.2г, крупность частиц в изученном интервале влияет на ход реакции разложения оксидов. Как показывают результаты опытов, реакция проходит лучше при меньшем размере зерен данбурита. Это обусловлено тем, что поверхность соприкосновения фаз соляной кислоты и зерен данбурита больше. Насколько меньше размер зерен данбурита, настолько лучше разложение оксидов, поэтому оптимальным можно считать для данного случая размер зерен данбурита 0.1 мм и менее.
В следующих серийных опытах изучено влияние дозировки соляной кислоты на степень разложения оксидов, результаты которых приведены на рис.3.
О і----■-----1----1-----1-----■
О 50 100 150 200 250 300
Дозировка кислоты, %
Рис.3. Зависимость степени извлечения оксидов данбурита от дозировки соляной кислоты.
Как видно из рис.3, дозирование соляной кислоты проводилось от 50 до 300% стехиометрического количества. Результаты опытов показали, что максимальная степень извлечения оксидов наблюдается при 100% стехиометрического количества соляной кислоты и составляет: оксид железа - 9б.4%, оксид бора - 89.2% и кальция - 13.7% соответственно.
По результатам солянокислотного разложения данбурита можно рекомендовать следующие условия: длительность термической обработки - 40-б0 мин; температура термообработки - 950-980°C; продолжительность кислотного разложения - б0 мин; температура -80°C; концентрация соляной кислоты - 15-20 масс%; размер частиц данбурита - 0.1 мм; дозирование соляной кислоты - 100% от стехиометрического количества.
Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 09.04.2008 г.
АН Республики Таджикистан,
И5
Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Бор, его соединения и сплавы / Семенов Т.В., Марковский Л.Я., Жигач А.Ф., Валешко М.Т. - Киев: Изд-во АН УССР, 1960, 590 с.
2. Boron. Metallo-Boron compounds and borons / Ed.R.M.Adams W.Y. - Intersci, publ., 1964, 751 p.
3. Технология борных соединений: Труды УНИХИМ. - Свердловск, 1976, вып.40, 92 с.
Э.Д.Маматов, Н.А.Ашуров, А.Курбонов, П.Ятимов, У.Мирсаидов
Ч,УДОШАВИИ ДАНБУРИТИ ПЕШАКИ СУЗОНДАШУДА АЗ ТАЪСИРИ
ТЕЗОБИ ХЛОРИД
Дар маколаи мазкур омузиши данбурити пешакй сузонидашуда маълум гардид, ки хангоми сузонидан минерали данбурит дар харорати 950-980°С тагйир меёбад ва дар натичаи бо тезоби хлорид коркард намудан дарачаи чудошавии оксидно (алюминий, охан, бор ва калсий меафзояд.
Нишон дода шудааст, ки дар хдрорати 960°С, муддати давомнокии просес 60 дакика ва харорати чудошавй 80°С барои данбурити пешакй сузонида муфид мебошад.
E.D.Mamatov, N.A.Ashurov, A.Kurbonov, P.Yatimov, U.Mirsaidov HYDROCHLORID-ACID DECOMPOSITION OF PRELIMINARY BURNT DUNBURITE IN AK-ARKHAR SETTLEMENT
In the present article the study results of hydrochlorid-acid decomposition of preliminary burnt dunburite is presented. It was revealed that during preliminary burnt of danburite in 950-980°C intervals temperature, there is a considerable danburite modification which leads to increasing of aluminium iron, boron, calcium oxide extraction.
It was determined that the optimal couditions for decomposition of preliminary burnt dundu-rite are: burnt temperature - 980°C; continuity - 60 minute; decomposition temperature 80°C.
