CC BY
9
УДК 628.161.2
Винокурова О.В., Почиталкина И.А., Зайцева Я.В., Кутафина Ю.О.
СВОЙСТВА И ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ДАЛЬНЕЙШЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНЕРТНОЙ ПРИМЕСИ ВЫСОКОКРЕМНИСТОГО ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ
Винокурова Ольга Владимировна, аспиранткакафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Почиталкина Ирина Александровна, доцент кафедры технологий неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва, e-mail: [email protected]; Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Зайцева Яна Владимировна, магистр кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Кутафина Юлия Олеговна, магистр кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Выполнен химический анализ нерастворимого остатка, полученного после кислотной экстракции фосфорита Полпинского месторождения. Рассмотрены свойства альфа-кварца и пути его использования в смежных отраслях промышленности.
Ключевые слова: фосфорит, кислотное разложение, нерастворимый остаток, а-кварц, кварцевое стекло
PROPERTIES AND ESTIMATION OF THE POSSIBILITY OF FURTHER USE OF THE INERT IMPURITY OF HIGH-LEVEL PHOSPHATE RAW MATERIAL
Vinokurova O.V.,Pochitalkina I.A., Zaytseva Y.V., Kutafina J.O. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
In the course of the work, a chemical analysis of the insoluble residue obtained after acid extraction of the phosphorus of the Polpinsky deposit was carried out. The properties of alpha-quartz and the ways of its use in related industries were considered.
Keywords: phosphorite, acid decomposition, insoluble residue, a-quartz, quartz glass
Развитие мировой экономики сопровождается прогрессивным ростом объемов используемых минеральных ресурсов, в том числе и высококремнеземистого сырья.
В зависимости от физико-химических свойств и текстурных характеристик кварц используется в различных отраслях
промышленности: песчаники и кварциты - как строительный камень, а также в керамической промышленности при изготовлении кремнеземистых огнеупоров, при изготовления специальной химической посуды, в стекольной промышленности используются чистые кварцевые пески, горный хрусталь, обладающий пьезооптическими свойствами (пьезокварц), применяется в радиотехнике и оптике, аметист (дымчатый кварц) -в ювелирном деле.
Диоксид кремния имеет несколько полиморфных модификаций, каждая из которых характеризуется определенными пределами устойчивости к температуре и давлению. Так, низкотемпературный Р-кварц кристалллизуется при температуре менее 575оС, а-кварц устойчив до температуры 575-870оС, тридимит до 870-1470оС, к более высокотемпературным разновидностям кварца относятся кристобаллит, его интервал устойчивости 1470-1710оС. При высоких давлениях кристаллизуются стишовит и коэсит [1,2,3].
Наиболее распространенными
полиморфными кристаллическими модификациями
двуокиси кремния являются гексагональный Р-кварц и тригональный а-кварц (рисунок 1).
Рис.1. Полиморфные кристаллические модификации двуокиси кремния
Отличительной особенностью а-кварца является склонность к образованию кристаллов переохлажденного расплава — стекла. Различают прозрачное (оптическое и техническое) и непрозрачное кварцевое стекло.
Прозрачное содержит 99.99% БЮ2, обладает наименьшим среди силикатных стекол показателем преломления (пв=1.4584) и высокой прозрачностью в УФ, видимой и ИК областях спектра. Непрозрачное кварцевое стекло, содержащее большое количество растворенных в нем газовых пузырьков, получают сплавлением обогащенного кварцевого песка или жильного кварца. Оно содержит Б102>96.6%, А120з<0.6%, Ре20з<0.025%, Са0<0.1%, М§0<0.06%. Элементы-примеси в кварце, т.е. определяющие его чистоту (О, Si, А1, Fe,
Mg, Са, К), составляют около 99 % общей массы земной коры, поэтому в природе сложно найти чистый а-кварц несмотря на его распространенность в природе.
Многочисленные и разнообразные примеси, содержащиеся в кристаллахкварцавызывают их различную окраску. Количество примесей, влияющих на мутность и цвет альфа-кварца, используемого в силикатной промышленности, жестко регламентируется. Главными структурными примесями в природном кварце являются А1, Т^ Li и №. Это основано, прежде всего, на их сравнительно высоком содержании в различных природных разновидностях, а также на безусловной близости атомных радиусов (для А1 и Т^ в сравнении с Si или ионных радиусов (для Li и №) в сравнении соответственно с размерами структурных каналов (рисунок 2) [4].
Фосфорит Полпинского месторождения является высококремнистым фосфатным сырьем, с содержанием а-кварца 31-37%масс. Результаты ряда исследований [5, 6] показали неэффективность первичного обогащения полпинского фосфорита ситовым методом рассева, в силу равномерного распределения компонентов по фракциям, что характерно для фосфатного сырья осадочного происхождения. Поэтому по достижении заданного значения коэффициента разложения фосфорита (98%) предполагается выделение инертной примеси а-кварца из кислотной вытяжки.
Учитывая, что исследуемое сырье относится к высококремнистому, своевременный вывод а-кварца из технологического процесса кислотной экстракции позволит получать попутный продукт, который может использоваться в смежных отраслях промышленности. Рассматривая нерастворимый остаток ПФ как потенциальное сырье для производства стекла, был определен химический состав нерастворимого остатка (таблица 1).
®81 ©О Щ)М1
Рис. 2 Структура стекла: а - кварцевое; б - щелочное
Вид продукта Содержание, %масс
^02 М2О3 СаО Мй0 N20 К2О Ре203 В2О3
Нерастворимый остаток 98.78 0.06 0.49 0.01 0.01 0.02 0.11 -
Листовое стекло 71.7-72.8 1.5-2 6.7-8.6 3.5-4.1 13.4-14.6 0.1-1.3 0.1-0.11 -
Светотехническое 71.5 0.2 8.0 2.3 17.0 1.0 - -
Химико-лабораторное
-типа пирекс 79.93 1.93 0.43 0.17 3.68 1.74 - 12.12
-высокотермостойкое 96.0 0.4 - - - - - 3.6
- С-5 (кварцевое) 99.5 - - - - - - -
Сортовое 73.0 0.2-0.5 6.4-7.5 2.0-2.2 13.5-14.5 1.0-2.0 - -
К оксиду кремния, используемому в промышленном производстве кварцевого стекла, предъявляют следующие требования:
1. содержание БЮ2 не менее 99,5 %масс
2. отсутствие молочно-белой окраски кусков сырья;
3. минимальное количество инородных твердых и жидких включений, камней, минеральных корок, бесцветных и окрашенных мелкопузырных завес
[7].
Ориентируясь на вышеуказанные требования [7], представляется целесообразным исследовать возможность дополнительной очистки
нерастворимого остатка (альфа-кварца), полученного после кислотной экстракции фосфорита полпинского месторождения с целью использования его в качестве сырья для производства кварцевого стекла.
Список литературы
1. Химическая энциклопедия: В 5 т.: т.2: Даффа-Меди/Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. - М.: Сов. энцикл. , 1990. - 671 с.
2. Ерошкина Н. А., Коровкин М. О., Чамурлиев М. Ю. // Молодежный научный вестник. 2017. №5. с. 9398.
3. Хинт И.А. Основы производства силикальцитных изделий. Л.: Госстрой, 1962. 642 с.
4. Исаев В.А. // ГИАБ, 2006. № 9. С. 11-23
5. Почиталкина И.А., Петропавловский И.А., Филенко И.А., Кондаков Д.Ф. // Химическая технология. 2015. Т. 16. № 3. С. 136-138.
6. Почиталкина И. А., Кондаков Д. Ф., Артамонова О. А., Винокурова О. В. // Журнал неорганической химии. 2017. Т. 62. № 11. С. 1503-1506.
7. Зверев В.А., Е.В. Кривопустова, Т.В. Точилина. Оптические материалы. Часть 2. Учебное пособие. -СПб: СПб НИУ ИТМО, 2013. - 248 с.
