Стабильная форма твердой фазы при азотнокислотной переработке полигалитовой руды

В. А. Хуснутдинов, А. К. Вишняков, Д. Р. Шакирзянова СТАБИЛЬНАЯ ФОРМА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПРИ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ПОЛИГАЛИТОВОЙ РУДЫ

Разработан способ получения из полигалита Жилянского месторождения (Казахстан) безбалластного азотно-калийно-магниевого

удобрения.

Полигалитовые руды Актюбинской (Казахстан), Оренбургской (Россия) областей и Прикарпатья (Украина) состоят в основном из полигалита (К28О4Мд8О4-2Са8О4-2Н2О) (60-75%) и галита (ЫаС!) (10-30%). В некоторых количествах присутствуют также ангидрит (Са8О4); магнезит (МдСОз), кизерит (Мд8О4-Н2О) и галопелит. Эти руды являются ценным сырьем для получения бесхлоридных калийно-магниевых удобрений.

Во ВНИИГалургии (г. Ленинград) разработан способ получения из полигалита Жилянского месторождения (Казахстан) безбалластного азотно-калийно-магниевого удобрения [1]. Сущность предложенной технологии заключается в следующем. Измельченная полигалитовая руда Жилянского месторождения отмывается от галита (ЫаС1) при интенсивном перемешивании в холодной воде. Отмытый от галита полигалит обрабатывается при 90-100°С азотной кислотой. Концентрация кислоты не указывается. При этом, как считают авторы [1], протекает реакция:

К28О4Мд8О4-2Са8О4-2Н2О Н2О +4НЫОз+2 Н2О = 2КЫОз+ Мд(ЫОз)2+2Н28О4+2(Са8О4-2Н2О).

Далее суспензию охлаждают до 70-80°С и в течении 20 минут проводят обессульфачивание ее по реакции:

Н28О4+СаО+ Н2О— Са8О4-2Н2О.

Затем суспензию вымешивают в течении 30 минут для созревания осадка, т.е. для завершения процесса кристаллизации гипса и укрупнения его частиц. После созревания суспензию направляют на карусельный вакуум-фильтр, где гипс отделяют от раствора, промывают горячей (50-60°С) водой, суспендируют в сбросном галитовом (ЫаС!) растворе и направляют в отвал. Раствор нитратов калия и магния, и крепкие промывные воды подают на выпарку для получения вышеуказанного удобрения.

В лабораторных условиях была повторена описанная выше технология на полигалитсодержащей породе Шарлыкской площади (Оренбургская обл.). При этом осадок, образовавшийся после обессульфачивания, отфильтровали, промыли водой, спиртом, эфиром, высушили при комнатной температуре и подвергли рентгенофазовому анализу (РФА).Было установлено, что он состоит примерно на 60% из ангидрита (Са8О4) и содержит ~40% гипса (Са8О42 Н2О). Поэтому было решено проверить, какая форма сульфата кальция при переработке полигалита является стабильной фазой.

В качестве исходных веществ использовали бассанит (Са8О4 0,5 Н2О) и растворы, имитирующие растворы выщелачивания полигалита 15, 21 и 25%-ной азотной кислотой. Составы этих растворов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Составы растворов азотнокислотного выщелачивания полигалита, % мас.

Компоненты раствора Концентрация исходного раствора ИМО3, % мас.

15 21 25

ЫаО! 0,64 0,79 1,00

К2Э04 6,50 7,99 10,15

МдЭ04 4,45 5,47 6,98

НЫОэ 13,54 16,68 26,84

Опыты проводили в круглодонной колбе, снабженной мешалкой и обратным холодильником, которая была помещена в термостат. В нее заливали раствор и после установления заданной температуры засыпали бассанит. По истечении назначенного времени часть суспензии отфильтровали на воронке Бюхнера. Осадок (~3 г) на воронке промывали малым количеством (~30 мл) холодной дистиллированной воды, затем этиловым спиртом, эфиром и сушили на воздухе. Отобранные таким образом пробы подвергали РФА. Результаты опытов сведены в табл. 2

Таблица 2 - Минеральный состав твердой фазы

Темпера- Концентрация исходного раствора ИМО3, % мас.

тура, °С 15 21 25

Время, ч

4 8 4 8 4 8

60 А+Г(~35%) А+Г(~5%) А+Г(~10%) А+Г(~3%) А+Г(следы) А

70 А+Г(~7%) А+Г(следы) А+Г(следы) А А А

80 А А А А А А

Примечание: А- ангидрит, Г- гипс, в скобках- содержание гипса в процентах.

В твердых фазах, выдержанных в растворе, имитирующем раствор выщелачивания полигалита 15%-й азотной кислотой, при 60°С в течении 4, 6 и 8 ч методом РФА обнаружены ангидрит и гипс. Содержание последнего составляло соответственно примерно 35, 10 и 5 %.

Бассанит (СаЭО4-0,5 Н2О) ни в одной из этих проб не был обнаружен.

Можно полагать, что бассанит сначала обводняется до гипса, который превращается в ангидрит:

СаЭО4-0,5 Н2О —— СаЭО4-2 Н2О —— СаЭО4 (Б——Г——А).

Аналогичный процесс происходит и при обработке фосфоритов раствором фосфорной кислоты с концентрацией в ней Р2О5 больше 15%. В этом случае наиболее растворимой фазой является бассанит, а наименее растворимой - ангидрит, что и обуславливает постепенный переход от бассанита через фазу гипса к ангидриту [2].

В растворах, имитирующих выщелачивание полигалита 15 и 21%-ми растворами азотной кислоты при 60°С и частично в опытах при 70°С (см. табл. 2) превращение

бассанита в ангидрит идет, в основном, по описанной схеме. При 80°С, а также при длительном воздействии азотной кислоты при более низких температурах (70°С), стабильной формой является ангидрит.

Таким образом, возможно, констатировать, что стабильной твердой фазой при азотнокислотном выщелачивании полигалита будет являться ангидрит.

Литература

1. И. Д. Соколов, А. В. Муравьев, Ю. С. Сафрыгин и др. Переработка природных солей и рассолов: Справочник. Л: Химия, 1985. 208с.

2. Позин М. Е. Технология минеральных удобрений. Л: Химия, 1989. 352с.

© В. А. Хуснутдинов - д-р хм. наук, проф. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ; А. К. Вишняков - канд. геолог. наук, вед. науч. сотр. ЦНИИГеолнеруд; Д. Р. Шакирзянова -асп. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ.