Разложение данбуритового концентрата азотной кислотой

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН ___________________________________2010, том 53, №11_______________________________

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 521.633

А.С.Курбонов, Э.Д.Маматов, Машаллах Сулеймани Боруджерди А., академик АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидов*

РАЗЛОЖЕНИЕ ДАНБУРИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан,

Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан

Представлены результаты исследований, разработки и создания кислотной технологии получения полезных компонентов из боросиликатного сырья Таджикистана с их переработкой азотной кислотой, обеспечивающей повышенное извлечение их составляющих, входящих в состав минерала - данбурита.

Ключевые слова: борсодержащее сырье - данбуриты месторождения Ак-Архар Таджикистана -переработка - кислотное выщелачивание - азотная кислота - разложение - извлечение.

Ранее нами было изучено серно- и солянокислотное разложение боросиликатных руд (данбурита). В работах [1,2] показано, что данбурит после предварительного обжига хорошо разлагается минеральными кислотами, но при обычных условиях для исходного минерала степень извлечения бора является незначительной, а также в разной степени изученности представлены механизмы разложения различного борсодержащего сырья, вовлеченного в переработку.

Данная работа посвящена изучению азотнокислотного разложения данбуритового концентрата месторождения Ак-Архар, химический состав которого приведен в таблице.

Таблица

Химический состав данбурита месторождения Ак-Архар, мас%.

B2O3 2 О Si Al2O3 Fe2O3 FeO CaO MgO TiO2 MnO K2O Na2O P2O5 S ппп.

17.41 46.8 2.45 2.67 1.68 23.6 0.75 0.15 0.29 0.1 0.03 0.11 0.1 3.56

Экспериментальная часть

Опыты проводили в термостатированном реакторе - сосуде с рубашкой емкостью 0.20 л, снабженном мешалкой и обратным холодильником.

После достижения необходимой температуры исходный материал загружали в реактор и добавляли к нему азотную кислоту. Азотная кислота дозировалась по стехиометрическому количеству расчета образования солей железа, алюминия, кальция и борной кислоты в определенном соотношении. По окончании процесса кислотного разложения пульпу фильтровали и определяли химический

Адрес для корреспонденции: Маматов Эргаш Джумаевич. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2. Институт химии АНРТ. E-mail: ergash76@mail.ru

состав твердой (остатка) и жидкой (аликвотной) фаз [3, 4]. В экспериментах масса навески данбури-тового концентрата составляла 5 г.

Исходя из имеющихся литературных данных, были изучены возможность и особенности разложения данбуритового концентрата Таджикистана азотной кислотой. Выбор азотной кислоты для разложения данбурита вызван необходимостью получения нитратов металлов, которые могут быть применены в качестве азотных удобрений.

Методом РФА (рис.1) выявлено, что главнейшими рудообразующими минералами данбурита являются: данбурит - Са0В203-28Ю2; датолит - Са0В203 8Ю2; кальцит - СаС03; гранат -3Са0Ре203-38Ю2; гидроборацит - Ca0•Mg0•B203•6H20; пироксены - Са0Ре203-28Ю2; кварц - 8Ю2 и частично гипс - Са804иН20.

Л" й

в

Рис.1. Рентгенограмма исходного данбуритового концентрата.

При обработке данбурита происходило химическое обогащение, в результате которого балластная примесь выводилась из технологического потока, а из раствора извлекали полезные компоненты.

При термической обработке данбуритового концентрата минералы, входящие в его состав, претерпевали ряд изменений (рис.2). Согласно проведенным опытам и результатам анализов, можно сделать вывод, что при температурах до 700°С данбуритовый концентрат не претерпевал почти никаких изменений. Изменения, связанные с удалением летучих компонентов, наблюдаются при 735-750°С (первый эндотермический эффект). Наблюдаемые изменения при температурах 860 и 930°С показали изменение бурого цвета данбуритового концентрата на серый (второй и третий эндотермические эффекты). Изменения в составе данбуритового концентрата при 950°С и выше (четвертый и пятый эндотермические эффекты) связаны с образованием некоторых компонентов, таких как борат кальция и силикат кальция.

Следующая серия опытов была проведена для определения зависимости степени извлечения оксидов железа, алюминия, бора и кальция от температуры, продолжительности процесса, концентрации кислоты. Результаты исследования азотнокислотного разложения данбуритового концентрата приведены на рис.3.

~1 3 5 °С

Рис.2. Термограмма исходного данбуритового концентрата.

Изучено влияние температуры на ход реакции до 100°С. Установлено, что данбуритовый концентрат начинает вскрываться уже при температуре 20°С. Руду обрабатывали 15%-ой азотной кислотой при продолжительности процесса 1 ч. Как видно из рис.За, в интервале температур от 25 до 95°С зависимость степени извлечения оксидов (Б20з, A1203, Fe203 и CaO) азотной кислотой была следующей: степень извлечения B203 находилась в интервале 2.6-28.7%; A1203 - 4.9-40.1%; Fe203 - 12.951.5% и Ca0 - 8.4-46.1% (рис.За). С увеличением температуры выше 95°С степень извлечения оксидов (B203, A1203, Fe203, Ca0) падала на 1-1.5%, что связано с усложнением регулирования процесса кислотного разложения при высоких температурах. Особенно эффективным является интервал температуры 80...95°С, когда наблюдалось увеличение степени разложения оксидов, достигающее максимального значения.

Зависимости степени извлечения оксидов B203, A1203, Fe203 и Ca0 из данбуритового концентрата от продолжительности процесса азотнокислотного разложения изучали в интервале времени от 5 до 90 мин. Как видно из рис.Зб, с увеличением длительности процесса переработки от 5 до 60 мин при оптимальной температуре (95°С) степень извлечения оксидов составляла: B203 - 13.5-28.2%; A1203 - 20.9-34.2%; Fe203 - 30.9-59.6% и Ca0 -27.5-50.6%. Увеличение продолжительности процесса до 90 мин приводило к увеличению степени извлечения всего лишь некоторых оксидов, как B203 (28.7%), A1203 (34.5%), и снижению степени извлечения оксидов Fe203 (59.4%) и Ca0 (50.1%). Видимо, это связано с испарением кислоты при высокой температуре и недостатке ионов водорода в реакционной зоне для образования солей.

Как показывают результаты следующих опытов, имеется зависимость степени разложения оксидов от концентрации азотной кислоты. Концентрация азотной кислоты изменялась от 5 до 60 мас%, результаты исследований приведены на рис.Зв. При изменении концентрации кислоты от 5 до 15 мас% степень разложения оксидов возрастала до максимального значения при продолжительности процесса 60 мин и температуре 95°С и составляет: B203 - 13.5-28.5%; A1203 - 18.1-34.2%; Fe203 -27.5-59.6% и Ca0 - 32.6-50.6%. Дальнейшее увеличение концентрации азотной кислоты не приводило к изменению степени разложения оксидов, а наоборот, степень извлечения оксидов падала, это связано, во-первых, с испарением азотной кислоты при высокой температуре и, во-вторых, со сгуще-

нием пульпы данбуритового концентрата. В данном случае следует повысить стехиометрический объем содержания кислоты в процессе кислотного разложения.

g

§ 70

N4

и

ш

1D -

О 1--1-Р--1-1--Р-1--Р-1--Ї--1-Р--1

9 10 1Й 2D 2Э 30 30 40 ^ 50 Ж 00

Коюкятрліщя і;ОС ЛОТЫ (HNOi), *'»

Рис.3. Зависимости степени извлечения оксидов Fe2O^ СаО, А120з и B2O2 из состава концентрата данбурита от: а) температуры; б) продолжительности процесса; в) концентрации HN03 (размер частиц < 0.1 мм; температура

- 9З°С; продолжительность процесса - 60 мин; Стоз- 1З мас%).

1 - Fe20з; 2 - СаО; З - А120з; 4 - B^.

По результатам проведенных серий опытов по азотнокислотному разложению данбуритового концентрата можно рекомендовать следующие оптимальные условия: продолжительность процесса -60 мин; температура 9З°С; концентрация азотной кислоты - 10-13 мас%.

Поступило 12.09.2010 г.

S6S

ЛИТЕРАТУРА

1. Маматов Э.Д., Ашуров Н.А., Курбонов А.С., Ятимов П., Мирсаидов У.М. - ДАН РТ, 2008, т.51, №4, с.271-273.

2. Ашуров Н.А., Маматов Э.Д., Курбонов А.С., Ятимов П., Мирсаидов У.М. - ДАН РТ, 2008, т.51, №6, с.432-435.

3. Алимарин М.П., Ромм М.И. Методика определения бора в силикатных минералах и борных породах. - М.-Л.: Гостехиздат, 1932.

4. Химический анализ силикатных материалов. - Под ред. д.х.н. А.К.Баева. - Минск: Полыма, 1983. - 35 с.

Э.Д.Маматов, А.С.Курбонов, Мошоллох Сулаймонй Боручердй А., У.М.Мирсаидов* ТАЦСИМШАВИИ КОНСЕНТРАТИ ДАНБУРИТ БО КИСЛОТАИ НИТРАТ

Институти химияи ба номи В.И.Никитини Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон, *Агентии амнияти ядрои ва радиатсионии Академияи илм^ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола натичах,ои омузиш, коркард ва сохтани технологияи кислотагй, барои ба даст овардани маводх,ои фоиданок аз консентрати данбуритх,ои Точикистон ва тачзияи онх,о бо кислотаи нитрат оварда шудааст.

Калима^ои калиди: маъдануои бордошта - данбурити минтацаи Ак-Архар - коркард бо кислота -кислотаи нитрат - тацзия - цудошавй..

E.D.Mamatov, A.S.Kurbonov, Mashallah SulaymBny Borojerdy A., U.M.Mirsaidov*

DECOMPOSITION DANBURITE OF A CONCENTRATE BY A NITRIC ACID

V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan,

Nuclear and Radiation Safety Agency, Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan The resu1ts of researches, deve1opment and creation of acid techno1ogy of reception of usefu1 components from danburite of Tajikistan with their processing by the nitric acid ensuring raised(increased) extraction a usefu1 component, raised(increased) extraction structure of a minera1 - danburite are submitted.

Key words: boron raw material - danburite of a deposit Ak-Arkhar of Tajikistan - processing - acid extraction - nitric acid - decomposition - extraction.