CC BY
32
Лихникевич Елена Германовна
кандидат технических наук, Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья
им. Н. М. Федоровского, г. Москва, Россия
Fatov Andrey Sergeevich
All-Russian Scientific-Research Institute of Mineral Resources Named after N. M. Fedorovsky, Moscow, Russia,
Likhnikeevich Elena Germanovna
PhD (Engineering), All-Russian Scientific-Research Institute of Mineral Resources Named after N. M. Fedorovsky, Moscow, Russia, [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.374-377 УДК 661.183.6+665.644.26
СИНТЕЗ ПОРОШКООБРАЗНОГО ЦЕОЛИТА ТИПА LTA С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЕМНЕЩЕЛОЧНОГО АЛЮМИНАТНОГО РАСТВОРА ПЕРЕРАБОТКИ НЕФЕЛИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА
А. А. Шайдулина, Н. К. Кондрашева, Э. Ю. Георгиева, Н. А. Ершова
Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия Аннотация
Статья посвящена изучению параметров синтеза цеолита типа LTA (Linde Туре А) c использованием в качестве источника алюминия алюминатного раствора глиноземного предприятия и нефелинового концентрата. Гидротермальный синтез проводили смешением алюминатного и силикатного растворов с последующей кристаллизацией смеси в автоклаве. Время синтеза составило 8-16 ч. Определение фазового состава полученных образцов проводили при помощи рентгеноструктурного анализа. Ключевые слова:
глинозем, нефелиновый концентрат, алюминатный раствор, цеолит типа LTA.
SYNTHESIS OF LTA-TYPE ZEOLITE POWDER USING THE SILICON-ALUMINATE SOLUTION OF NEPHELINE CONCENTRATE PROCESSING
A. A. Shajdulina, N. K. Kondrasheva, E. Y. Georgieva, N. A. Ershova
Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia Abstract
The article is devoted to the study of parameters for the synthesis of a zeolite of the LTA-type (Linde Toure A) using an aluminate solution of an alumina plant as an aluminum source. Hydrothermal synthesis was carried out by mixing aluminate and silicate solutions, followed by crystallization of the mixture in an autoclave. The synthesis time was 8-16 hours. The phase composition of the obtained samples was determined by X-ray diffraction analysis. Keywords:
alumina, nepheline concentrate, aluminate solution, LTA-type zeolite.
На сегодняшний день в Мурманской области широко развита горная промышленность. Здесь работают комбинаты, перерабатывающие медно-никелевые, апатитонефелиновые и слюдяные руды. Апатитонефелиновая руда, добываемая горно-обогатительным комбинатом «Апатит», является качественным сырьем для производства фосфорных удобрений. Высококачественный апатитовый концентрат пользуется неограниченным спросом на мировом рынке. Нефелин же, входящий в состав данной руды, стал сырьем для производства глинозема, цемента и различных видов соды на глиноземном заводе. Потребление нефелинового концентрата в настоящее время ограничено мощностью ОАО «Пикалевский глиноземный завод» — около 1 млн т, в то время как возможности ОАО «Апатит» в несколько раз больше [1, 2].
В связи с тем, что потребность в апатитовом концентрате постоянно возрастает, на базе ОАО «Апатит» в хвостохранилищах обогатительных фабрик накопилось более 750 млн т отходов (табл. 1), содержащих сотни миллионов тонн нефелина [3, 4].
С целью улучшения экологической ситуации в Мурманской области, а именно уменьшения площадей под хранилища хвостов комбината «Апатит», вопросы комплексной переработки минерального сырья должны
выступать на первый план. Авторы считают, что нефелиновый концентрат и полупродукт его переработки — алюминатный раствор перспективно использовать в синтезе низкомодульных цеолитов [5].
Одним из представителей данного класса цеолитов является цеолит типа А (в международной классификации его принято обозначать LTA — Linde Туре А). Используют данный цеолит в виде различных катионных форм: калиевой (КА или 3А), натриевой (NaA или 4А) и кальциевой (СаА или 5А), отличающихся размером входного отверстия — 0,3, 0,4 и 0,5 нм соответственно. Областью применения данных цеолитов является использование их в качестве сорбентов, ионообменников, а также моющих средств [6-9].
Таблица 1
Химический состав апатитового производства
Минерал Содержание, %
Апатит 4,0-8,0
Нефелин 55,0-65,0
Полевые шпаты 8,0-12,0
Титаномагнетит 2,0-3,0
В работе был использован нефелиновый концентрат и получаемый из него алюминатный раствор = 75 г/л) с ЗАО «Пикалевский глиноземный завод».
К алюминатному раствору добавлялось известное количество раствора силиката натрия, характеристики которого представлены в табл. 2. Смесь кремнещелочного алюминатного раствора с содержанием ^Ю2] от 3,1 до 18,5 г/л тщательно перемешивалась и выдерживалась в автоклаве при температуре 95 оС от 8 до 16 ч. По истечении времени синтеза осадок отделяли от раствора и промывали теплой дистиллированной водой до pH = 7-8. Осадок сушили в течение 2 ч при температуре 130 оС, а затем прокаливали в течение 4 ч при температуре 650 оС.
Таблица 2
Технические характеристики силикатного раствора
Характеристика Значение
Массовая доля диоксида кремния, % 30,82
Массовая доля оксида натрия, % 11,80
Силикатный модуль 2,69
Плотность, г/см3 1,46
Рештенострукгурный анализ полученных образцов цеолитов проводился на дифрактометре «ДРОН-3». Управление аппаратом, вывод и первичная обработка спектра проводились с помощью программы DIFWIN1. Для расшифровки полученных рентгенограмм использовали картотеку ICDD PDF (приложение к программе Crystallographica содержит 136895 карточек). Параметры синтеза цеолита с использованием промышленного алюминатного раствора, а также результаты рентгеноструктурного анализа представлены в табл. 3.
Таблица 3
Полученные образцы цеолитов
Номер [SiO2], Время, ч Температ Фазовый состав
опыта г/л ура оС основа примеси
1 3,1 10 95 Na12Al12Si12O48*27 H2O + 1,08 Na2O*Al2O3*1,68SiO2*1,8H2O + Na5,7AÍ5,7SÍ10,3O32*12 H2O Преобладает аморфная фаза
2 6,2 8 95 Аморфная фаза Na12Al12Si12O48*27 H2O (цеолит LTА)
3 6,2 10 95 Аморфная фаза Na12Al12Si12O48*27 H2O (цеолит LTА)
4 6,2 12 95 Na12Al12Si12O48*27 H2O (цеолит LTA) Присутствует аморфная фаза
5 18,5 12 95 Аморфная фаза
6 18,5 16 95 Аморфная фаза
7 9,2 14 95 Na12Al12Si12O48*27 H2O (цеолит LTА) Аморфная фаза
8 9,2 16 95 Na12Al12Si12O48*27 H2O (цеолит LTА) Аморфная фаза
На основе нефелинового концентрата также было синтезировано несколько образцов цеолита типа ЦТА и LTX. Образец размалывали, пропускали через сито размером 60 меш, затем сушили при температуре 100 оС в течение 1 ч. Состав подготовленного концентрата представлен в табл. 4. Для опыта бралась навеска 3 г просеянного концентрата. Порошок смешивали с гидроксидом натрия и нагревали при температуре 350 оС в течение 2 ч. Полученную смесь помещали в автоклав объемом 130 мл, куда также добавляли дистиллированную воду и раствор силиката натрия.
Таблица 4
Химический состав нефелинового концентрата
Содержание, %
8102 АЮэ Ре20э К2О №20
45,3 28,5 2,56 8,49 12,3
Гидротермальный синтез проводился при температуре 95 оС. По истечении времени синтеза осадок отделяли от раствора и также промывали. На рисунке представлена рентгенограмма одного из полученных образцов.
Рентгенограмма образца цеолита, полученного на основе нефелинового концентрата
В результате работы с использованием нефелинового концентрата и полупродуктов его переработки были получены цеолиты типа ЦТА и ЦТХ с высокой степенью кристалличности. Образцы проявляют высокую сорбционную способность по отношению к воде и рекомендованы к применению в качестве осушителей жидких и газообразных сред. Полученные образцы цеолитов представляют определенный интерес на рынке сорбентов. Применение нетрадиционных источников сырья в синтезе цеолитов позволит расширить ассортимент выпускаемой товарной продукции на глиноземном предприятии, утилизировать часть отходов комбината «Апатит», а также увеличить объем производства синтетических цеолитов в России.
Литература
1. Гершенкоп А. Ш., Хохуля М. С., Мухина Т. Н. Переработка техногенного сырья Кольского полуострова // Вестник Кольского научного центра РАН. 2010. № 1. С. 4-8.
2. Павлов К. В. Особенности модернизации старопромышленных регионов // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2014. №. 28. С. 11-23.
3. Маринина О. А., Носков В. А. Экономическая эффективность комплексного использования апатитонефелиновых руд Хибинского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2011. № 8-4-4. С. 33-44.
4. Алексеев А. И. Комплексная переработка апатит-нефелиновых руд на основе создания замкнутых технологических схем // Записки горного института. Т. 215. 2015. С. 75-81.
5. Получение широкопористого морденита из алюминатного раствора глиноземного производства / С. Б. Алиева и др. //Новое в технике и технологии. 2001.
6. Аджиев А. Ю., Морева Н. П., Долинская Н. И. Отечественные цеолиты для глубокой осушки газа при производстве сжиженного природного газа // НефтеГазоХимия. 2015. № 3. С. 34-38.
7. Mishra C., Pani B. S. Manufacture of detergent grade zeolite-a from sodium aluminate liquor of alumina refinery, Damanjodi: NALCO's experience and success story // Light Metals-Warrendale-Proceedings. P. 119.
8. Synthesis of zeolite X from low-grade bauxite / C. Wang et al. // Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2013. Vol. 88, no. 7. P. 1350-1357.
9. Hosseini S. A. Optimization of synthesis conditions of zeolite 4A from nepheline syenite // International Journal of Materials Chemistry and Physics. 2015. Vol. 1, no. 2. P. 93-98.
Сведения об авторах
Шайдулина Алина Азатовна
аспирант , Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия alina_nmsu@mail. ru
Кондрашева Наталья Константиновна
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия [email protected] Георгиева Эльвира Юрьевна
кандидат технических наук, доцент, Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия georgieva_eyu@mail. ru Ершова Наталья Алексеевна
магистрант , Санкт-Петербургский горный университет, г. Санкт-Петербург, Россия [email protected]
Shajdulina Alina Azatovna
Postgraduate, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Kondrasheva Natalia Konstantinovna
Dr. Sc. (Engineering), Professor, Head of Department, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Georgieva Elvira Yurjevna
PhD (Engineering), Associate Professor, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia
Ershova Natalia Alekseevna
Master Student, Saint Petersburg Mining University, Saint Petersburg, Russia [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.377-380 УДК 544.726 : 546.91'.95
СОРБЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ВОЛОКНИСТЫМИ СОРБЕНТАМИ ФИБАН А-5 И ФИБАН АК-22 ИЗ РАСТВОРОВ СЛОЖНОГО СОСТАВА
А. А. Широкая, С. В. Дрогобужская
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Приводятся результаты исследований, связанных с установлением особенностей сорбции металлов платиновой группы (МПГ) волокнистыми материалами ФИБАН А-5 и ФИБАН АК-22. Приведены результаты сорбционного извлечения МПГ из модельных растворов: определены оптимальные условия извлечения МПГ из кислых хлоридных, хлоридно-нитратных и хлоридно-сульфатных растворов. Исследовано влияние ультрафиолетового (УФ) излучения ближней области на кинетику сорбции МПГ волокнами ФИБАН при комнатной температуре. Показана возможность сорбционного извлечения МПГ с применением волокон ФИБАН из реальных растворов сложного состава с высоким содержанием макрокомпонентов (Ni, Cu, Fe, Te). Ключевые слова:
сорбция, сорбционное извлечение, сорбционные волокна, ФИБАН, металлы платиновой группы.
