CC BY
37
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2011, том 54, №1___________________________________
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 521.633
А.С.Курбонов, Э.Д.Маматов, Машаллах Сулеймани Боруджерди А., академик АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидов
РАЗЛОЖЕНИЕ ДАНБУРИТА АК-АРХАРА АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ
Институт химии им. В.И. Никитина АН Республики Таджикистан,
Агентство по ядерной и радиационной безопасности АН Республики Таджикистан
Представлены результаты исследования боросиликатного сырья - данбурита месторождения Ак-Архар Таджикистана переработкой азотной кислотой с целью получения полезных компонентов.
Ключевые слова: борсодержащее сырье - данбуриты месторождения Ак-Архар Таджикистана -переработка - кислотное выщелачивание - азотная кислота - разложение - извлечение.
При достаточно низкой концентрации бора в земной коре, составляющей всего доли процента, бораты сравнительно широко распространены в природе. Известно более двухсот минеральных видов боратов, боросиликатов и большое количество синтетических соединений бора.
В структурном отношении бораты не похожи на боросиликаты, в которых кремний находится только в тетраэдрической координации, и характеризуются разнообразием анионных радикалов, в основе которых лежат треугольные и тетраэдрические комплексы. В боратах они встречаются в виде одиночных анионных групп или, сочетаясь друг с другом, образуют более сложные островные и цепочные радикалы [1].
Видообразующими катионами боратов служат в основном щелочноземельные (Са2+, Mg2+), щелочные (№+), а также переходные металлы (Fe2+ , Mn2+) и др. Роль дополнительных анионов играют группы (ОН)-, О-, реже F- и др. Многие бораты являются водными. Бораты и боросиликаты относятся к минералам с различными типами связей: ковалентные связи - в боратных анионных комплексах, ионные и водородные - между ними и катионами, а изоморфизм в боратах ограниченный.
В работах [2,3] нами изучены взаимодействия данбуритового концентрата с минеральными кислотами (серной и соляной), найдены оптимальные условия извлечения полезных компонентов.
В настоящей работе изучен механизм разложения данбурита месторождения Ак-Архар с азотной кислотой.
В таблице приведен химический состав данбурита месторождения Ак-Архар Таджикистана.
Таблица
Химический состав данбурита месторождения Ак-Архар
Компоненты
Содер- жание, мас% B2O3 SiO2 A2O3 Fe2O3 FeO CaO MgO TiO2 MnO K2O Na2O P2O5 Ппп.
10.4 59.8 1.27 2.2 1.39 19.6 0.75 0.15 0.29 0.1 0.03 0.11 3.91
Адрес для корреспонденции: Маматов Эргаш Джумаевич. 734063, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Айни, 299/2. Институт химии АНРТ. E-mail: [email protected]
Как видно из таблицы, исходный данбурит содержит более 59% SiO2, кислотное разложение которого позволяет осуществить селективное разделение кремнезема в начале технологического процесса, но расходуется много кислоты.
Результаты кислотного разложения показали, что при такой обработке происходит химическое обогащение, в котором балластная примесь SiO2 выводится из технологического процесса, а из раствора извлекаются полезные компоненты.
Азотную кислоту для разложения дозировали из расчета образования нитратов кальция, алюминия, железа и борной кислоты. Пробу данбурита измельчали, и разложение проводили в термостатированном реакторе с мешалкой. Пульпу фильтровали и промывали водой. В растворе определяли содержание алюминия, железа, кальция по методике [4] и бора по методике [5]. Результаты исследования азотнокислотного разложения данбурита приведены на рис.1.
Влияние температуры. Реакция данбурита с азотной кислотой является экзотермической. Изучено влияние температуры на ход реакции от 20 до 100°С (рис.1а). Установлено, что оксиды, входящие в состав данбурита, начинали вскрываться уже при температуре 20°С, составив (в %): B2O3 -6.5; Fe2O3 - 30.7; Al2O3 - 11.4 и СаО - 5.33. Руду обрабатывали стехиометрическим количеством 15%-ной азотной кислотой при продолжительности 60 мин. С ростом температуры степень извлечения компонентов возрастала и при 95°С составляла (в %): B2O3 - 17.7; Fe2O3 - 49.1; Al2O3 - 20.8 и СаО -35.9.
Как видно из рис.1а, извлечение оксидов данбурита практически мало зависила от температуры, увеличившись всего лишь на 10-12% в изученном интервале температуры. Степень извлечения оксидов Fe2O3, СаО, Al2O3 и B2O3 с повышением температуры до 100°С начинала постепенно падать. Видимо, это связано с температурой кипения используемой азотной кислоты, которая составляла около 105... 106°С.
Влияние длительности процесса. Зависимость степени извлечения компонентов при вскрытии данбурита от продолжительности процесса изучали при температуре 95 °С и обработке 15%-ной азотной кислотой в интервале от 15 до 90 мин. Результаты изучения показали, что уже в течение 15 мин с момента взаимодействия азотной кислоты (HNO3) с данбуритом вскрываемость оксидов достигала: B2O3 - 13.2%; Fe2O3 - 36.3%; Al2O3 -11.8% и СаО - 24.7%. Установлено, что при увеличении продолжительности кислотной обработки данбурита от 30 до 90 мин степень извлечения всех компонентов увеличивалась и достигала максимального значения (в %): B2O3 - 15.2-17.5; Fe2O3 - 44.5-59.8; Al2O3 - 16.8-20.8 и СаО - 28.6-36.9. Дальнейшее увеличение длительности процесса кислотного разложения не привело к увеличению степени разложения оксидов.
Влияние концентрации азотной кислоты. В результате исследования влияния концентрации азотной кислоты дозирование кислоты изменялось от 5 до 60 мас%, результаты исследований приведены на рис.1в. Установлено, что увеличение концентрации кислоты от 5 до 15% существенно изменяло степень вскрытия руды и составляло (в %): B2O3 - 8.6-17.4; Fe2O3 - 22.4-49.2; Al2O3 - 9.820.6 и СаО - 13.6-35.2. Выявлено, что оптимальной концентрацией кислоты, вводимой в реакционную массу, являлось 12-15%. Дальнейшее увеличение концентрации азотной кислоты вызывало излом кривых вниз. Установлено, что наилучшей дозировкой кислоты для разложения компонентов
руды являлось ее 140% стехиометрическое количество. С ростом концентрации азотной кислоты от 25 до 60% извлечение оксидов начинало снижаться и составляло (в %): В203 - 17.01-14.9; Fe2Oз -47.5-40.9; А1203 - 19.8-16.2 и СаО - 34.9-32.8), последствием этого было уменьшение отношения Ж:Т и увеличение вязкости пульпы, вызывающих, в свою очередь, снижение скорости диффузионного переноса ионов водорода к неразложившимся частицам данбурита. Кроме того, использование концентрированных растворов азотной кислоты затрудняло проведение последующего технологического процесса - фильтрования пульпы.
0 --- — Р—1------ — --- —I — ----- —,
5 10 15 20 25 30 Э5 40 +5 50 55 60
1\зниен1рлщ1л]к:11ел(иы (НТНОг), %
Рис.1. Зависимости степени извлечения оксидов Ре203, СаО, А1203 и В203 из состава исходного данбурита от: а) температуры; б) продолжительности процесса; в) концентрации HN03 (размер частиц < 0.1 мм; температура -95°С; продолжительность процесса - 60 мин; Ст03- 15 мас%).
1 - Бе203; 2 - СаО; 3 - АШ3; 4 - В2О3.
При кислотном разложении размер частиц данбурита в реакционной смеси не должен превышать 0.1^0.3 мм. Выявлено, что при измельчении данбурита выше 0.3 мм плохо вскрываются его железосодержащие минералы.
На основании выполненных исследований определены следующие оптимальные условия процесса азотнокислотной обработки данбурита: температура кислотного разложения 95°С; длительность процесса -60 мин; концентрация кислоты - 15%; дозировка кислоты - 140% от стехиометрического количества; размер частиц исходной руды - 0.1-0.3 мм.
Поступило 14.12.2010 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Курман И.М. - Труды конф. по химии бора и его соединений. - М.: ГХИ, 1968.
2. Маматов Э.Д., Ашуров Н.А., Курбонов А.С., Ятимов П., Мирсаидов УМ. - ДАН РТ, 2008, т.51, №4, с.271-273.
3. Ашуров Н.А., Маматов Э.Д., Курбонов А.С., Ятимов П., Мирсаидов УМ. - ДАН РТ, 2008, т.51, №6, с.432-435.
4. Алимарин М.П., Ромм М.И. Методика определения бора в силикатных минералах и борных породах. - М.-Л.: Гостехиздат, 1932.
5. Химический анализ силикатных материалов. - Под ред. А.К.Баева. - Минск: Полыма, 1983, 35 с.
А.С.Курбонов, Э.Д.Маматов, Мошоллох Сулаймонй Боручердй А., У.М.Мирсаидов* ТАЦСИМШАВИИ 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 ва коркарди кислотагй барои ба даст овардани маводх,ои фоиданок аз данбуритх,ои Ак-Архар 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.
A.S.Kurbonov, E.D.Mamatov, Mashallah SulaymBny Borojerdy A., U.M.Mirsaidov*
DECOMPOSITION DANBURITE OF 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 results of research borosilicate of raw material danburite of a deposit Ak-Arkhar by processing by a nitric acid, with the purpose of reception of useful components are submitted.
Key words: boron raw material - danburite of a deposit Ak-Arkhar of Tajikistan - processing - acid extraction - nitric acid - decomposition - extraction.
