Разработка технологии переработки аргиллитов

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

2006, том 49, №8

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 591.272.60.734.781

Д.Х.Мирзоев, Х.Э.Бобоев, М.С.Пулатов, Д.Д.Расулов, академик АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидов РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ АРГИЛЛИТОВ

Аргиллиты - это высококремнистые алюмосодержащие породы, которые используются в различных отраслях народного хозяйства, в том числе в качестве сорбента, огнеупорной глины, сырья для получения солей алюминия, железа и других материалов.

На территории Таджикистана имеются месторождения алюмосодержащих руд (нефелиновых сиенитов, каолинов, аргиллитов, цеолитов и др.), которые отличаются друг от друга химическим и минералогическим составом [1]. Именно их химический и минералогический состав определяет выбор методов их переработки с целью выделения полезных компонентов. Как известно, некоторые из руд применяются в народном хозяйстве в изначальном природном состоянии [2], а для некоторых пород необходимо специальное обогащение. Также имеются руды, при разложении которых образуется ряд компонентов, представляющих практический интерес [1]. К таким рудам можно отнести аргиллиты Чашма-Сангского месторождения.

К настоящему моменту известны различные методы разложения высококремнистого алюмосодержащего сырья, применение которых эффективно в условиях нашей республики.

Целью настоящей работы является изучение условий разложения аргиллитов серной кислотой с получением сульфатов алюминия и железа, которые могут быть использованы в качестве коагулянта, а также как исходное сырье для получения алюминия.

Объемный и пламенно-фотометрический анализ аргиллитов [3] показывает следующий состав (масс%): Al2O3 - 31.6; Fe2O3 -8.74; Ш20 - 0.1; К2О - 1.2; СаО - 1.0; МgО - 1.0; SiO2 - 42.86; п.п.п. - 13.5.

В таблице приведены результаты спектрального анализа исходного аргиллита, полученные методом атомно-эмиссионного спектрального анализа на приборе ДФС-8.

Таблица

2г Л1 Со Fe Си Si И Сг РЬ № Mg Ва К № Мп 2п

0.001 п 1 10 1 п 1 0.001 - 0.1 1 - 1.2 0.003 0.03 0.01

Из таблицы видно, что в составе аргиллитов, кроме Л!, Fe и Si, имеются также и другие элементы в очень незначительных количествах, которые трудно определить химическими методами.

Рентгенометрические исследования (рис.1) аргиллитовых пород указывают на следующий минералогический состав: каолинит, кварц, гематит, монтмориллонит и др. примеси.

Рис.1. Рентгенограмма исходного аргиллита месторождения Чашма-Санг: кв - кварц; к - каолинит; м - монтморрилонит; гем - гематит.

Для проведения исследований пробу предварительно измельчали и прокаливали при температуре 6000С в течение 60 мин, после чего обрабатывали серной кислотой. Рентгенограмма аргиллита после обжига при 6000С и кислотной обработки указывает на наличие в остатке только минерала кварца.

Серная кислота дозировалась из расчета образования сульфатов алюминия и железа. Полученную пульпу фильтровали и промывали дистиллированной водой, в растворе определяли содержание оксидов алюминия и железа по общепринятым методикам.

В данной работе исследовано влияние температуры, продолжительности процесса и концентрации кислоты на степень извлечения полезных компонентов. Реакция аргиллита с серной кислотой является экзотермической, поэтому смесь кислоты с породой при изучении влияния температуры в интервале 20.. ,40°С охлаждали, а при 60.. ,98°С нагревали.

А12О3  2SiO2 + 3Н2804 = А12

Бе20з + 3Н2Б04 = Fe2

При разложении исходных аргиллитов серной кислотой без предварительного обжига степень извлечения оксида алюминия составляет 12.20%. С целью повышения степени извлечения оксида алюминия нами было изучено разложение аргиллитов с предварительным обжигом при температуре от 100°С до 1000°С (рис.2).

Из рис.2 видно, что разложение аргиллита начинается уже при 3000С, достигая максимума при 6000С (эндоэффект), и заканчивается при 7000С. В интервале температур 900...1000°С наблюдается экзоэффект (при 9500С), который можно объяснить переходом а-модификации каолинита в нерастворимую форму. Оптимальной температурой обжига ар-гиллитовой породы можно принять 550.6000С.

Нами изучено также взаимодействие предварительно обожженных аргиллитов с Н2Б04 в зависимости от продолжительности процесса и концентрации кислоты.

На рис.3 приведена зависимость степени извлечения оксидов А1203 и Бе203 из состава обожженной породы А) от концентрации Н2Б04.

Влияние концентрации серной кислоты на разложение руды изучалось в интервале концентрации от 20 до 96.5% (рис.З.а). Неизменными факторами в данном процессе являлись: температура 980С и продолжительность 60 мин. С ростом концентрации кислоты от 40.60% степень извлечения компонентов возрастает, достигая максимального значения 87.7.94.7% А1203 и 58.2.63.04% Бе203. При дальнейшем увеличении концентрации кислоты степень извлечения компонентов из руды не изменяется, а затем снижается.

Этот процесс объясняется уменьшением соотношения между жидкой и твердой фазами при увеличении концентрации кислоты, что приводит к увеличению вязкости пульпы и уменьшению скорости диффузионного переноса ионов водорода кислоты к неразложившим-ся частицам аргиллитов.

я

ё 40

В 30

10

—-----1------1------1_____I_.

15 30 45 60

Продолжительность, г мин

Рис.3. Зависимость степени извлечения: 1 - Бе203; 2 - А1203 из аргиллитов месторождения Чашма-Санг от концентрации серной кислоты (а), температуры (б) и продолжительности процесса (в).

Влияние температуры (рис.З.б) на вскрываемость компонентов изучено в интервале температур от 200С до 980С, где неизменными факторами являлись: длительность обработки - 60 мин, концентрация кислоты - 55.60%, дозировка Н2Б04 - 100% от стехиометрического количества.

Из рис.З.б видно существенное увеличение степени извлечения компонентов с ростом температуры.

Зависимость степени извлечения оксидов А1203 и Бе203 от продолжительности процесса сернокислотной обработки аргиллита изучали в интервале времени от 15 до 60 мин. С увеличением длительности процесса переработки до 60 мин при температуре 980С извлечение А1203 возрастает от 51.2 до 94.78%, а Бе203 соответственно от 52.2 до 63.04% (рис.З.в).

Дальнейшее увеличение продолжительности процесса не дает заметного увеличения степени извлечения компонентов.

Для максимального извлечения компонентов достаточна часовая обработка исходного

сырья.

Влияние крупности частиц на извлечение полезных компонентов, входящих в состав аргиллитов, изучалось после фракционного разделения аргиллитов. Показано, что максимальное извлечение достигается при крупности обрабатываемого сырья 0.1 мм.

Таким образом, в результате выполненных исследований можно рекомендовать следующие условия процесса разложения аргиллитов: температура кислотного разложения -980C; продолжительность разложения - 60 мин; концентрация H2SO4 - 55.60% и размер частиц - 0.1 мм и менее.

Институт химии им.В.И.Никитина Поступило 8.08.2005 г.

АН Республики Таджикистан

ЛИТЕРАТУРА

1. Мирсаидов УМ., Cафиев X.C. Комплексная переработка низкокачественного алюмосодержащего сырья. Монография. Институт химии им.В.И.Никитина АН Республики Таджикистан, Таджикский алюминиевый завод. Душанбе: Дониш, 1998, с.42-43.

2. Баротов М.А., Маматов Э.Д., Рахимов Х.А., Бобоев Х.Э., Мирсаидов УМ. - ДАН РТ, 2003, т. XLVI, №1-2, с.20-23.

3. Крешков З.А. Основы аналитической химии. М.: Химия. - 1970. 471 с.

Д.Х.Мирзоев, Х.Э.Бобоев, М.С.Пулатов, Д.Д.Расулов, У.М.Мирсаидов ТАЧ,ЗИЯИ АРГИЛЛИТХ,О АЗ ТАЪСИРИ КИСЛОТАИ СУЛФАТ

Даp мак;олаи омузиши коpкаpди маъдани алюминийдоpи аpгиллит бо таъсиpи кислотаи сулфат нишон дода шудааст. Дар натичаи коpкаpд сyлфати алюминий ва сул-фати ох,ан х,осил мешаванд. Сулфатх,ои ба даст омадаро ба сифати коагулянт истифода бурдан мумкин аст.

D.Kh.Mirzoev, Kh.E.Boboev, M.S.Pulatov, D.D.Rasulov, U.M.Mirsaidov DECOMPOSITION OF MUDSTONES FROM EFFECT OF SULPHURIC ACID

The article shows research on decomposition of mudstones from effect of sulphuric acid. As a result of procesecting of mudstones with sulphuric acid is receiued Aluminium sulphate and iron sulphate. They can be used as coagulants.