CC BY
7УДК 546.279^521.633
СВОЙСТВА НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ И АЗОТНОКИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ
АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ РУД
Каюмов А.М., Мирзоев Д.Х., Джамолов Н.М., Тагоев М.М., Махмаднабиев С.Д.
Институт химии им.В.И.Никитина НАН Таджикистана
Физико-химический анализ ряда систем на основе солей морского типа позволил Солиеву Л.С. и сотр. [1, 2] доказать существование сложных двойных и комплексных сульфатных солей, осуществить способ синтеза новых комплексных соединений.
На основании систематического исследования по разложению алюмосиликатных руд минеральными кислотами, используя работы проф. Солиева Л.С., предложены оригинальные и эффективные способы получения полезных компонентов из алюмосодержащих руд [3, 4].
Кислотное разложение алюмосиликатных руд может обосновать изучение систем: Al(NOз)з•H2O; Al(NOз)з-HNOз•H2O; Al(NOз)з-Na(K)NOз-HNOз•H2O.
В системе Al(NO3)3-H2O найдены области кристаллизации Al(NO3)3•n (п = 9, 8, 6) [5].
В системе Al(NO3)3-HNO3•H2O найдена область кристаллизации соединения А1(Ж)3)3 пН20 (п =6, 8, 9) [6-8] (рис.1).
Рисунок 1. Растворимость нитрата алюминия в азотной кислоте при температуре
(°С): 1 - 0; 2 - 20; 3 - 60.
Для обоснования кислотного разложения алюмосиликатных руд также изучены системы с участием нитрата железа [6, 7]. Интерес представляли следующие системы: Al(NO3)3-Fe(NOз)з-H2O; Al(NOз)з-Fe(NOз)з-HNOз-H2O.
Растворимость Fe(NO3)3 в HNO3 имеет другой характер, чем растворимость Al(NO3)3. С повышением концентрации кислоты растворимость нитрата железа падает, достигает минимального значения, а затем повышается [6-8].
Изотермы растворимости Al(NO3)3-Fe(NO3)3•H2O построены при температурах 0, 20 и 40°С (рис.2) и обнаружены области кристаллизации ряда смешанных кристаллов нитратов алюминия и железа.
Изотермы растворимости Al(NO3)3-Fe(NO3)3-HNO3•H2O построены при температурах 20 и 40°С [7, 8] и также обнаружены твёрдые растворы (рис.3).
Рисунок 2. Изотерма растворимости в системе А1(Ы03)3^е(Ы03)3Н20 при температуре 20°С (1 - кривая ликвидуса; 2 - непрерывный твёрдый раствор Ре(Ж)3)3 9Н20 и А1(Ж)3)3 9Н20).
Рисунок 3. Изотерма растворимости в системе А1(Шз)з^е(Ы0з)з-НШзН20 при температуре 20°С. Учитывая свойства нитратных растворов, изучено азотнокислотное разложение аргиллитов месторождения Зидды. Химический состав аргиллитов месторождения Зидды приведён в табл.1
Таблица 1
Химический состав аргиллитов месторождения Зидды
Компоненты А12О3 Fe2Oз БЮ2 Ыа20 К2О СаО М§0 П.п.п
Мас% 19.75 4.99 60.0 0.1 1.2 1.0 1.0 10.0
В состав аргиллитов входят минералы: кварц, каолинит, иллит, гематит и др.
Породу измельчали в лабораторной шаровой мельнице до размера частиц «-0.1 мм». С целью повышения извлечения оксидов алюминия и железа породу подвергали обжигу при температуре 500-600°С в течение 60 мин; азотная кислота дозировалась из расчёта стехиометрического количества. При разложении обожжённой породы степень извлечения составляет: Al2O3 - 48-52%, Fe2O3 - 86-88%. При таких же условиях разложения породы без предварительного обжига степень извлечения Al2O3 составляет 3-4%, Fe2O3 - 10-12%.
Обожжённый аргилит подвергали азотнокислотной обработке (концентрация НЫ03 40 мас%) в течение 60 мин при 95-98°С. Анализ компонентов проводили по общепринятой методике.
На рис.4 приведена зависимость степени извлечения А1203 и Fe2O3 от температуры (а), продолжительности процесса (б) и концентрации азотной кислоты (в).
Из рис.4а видно, что с повышением температуры от 20 до 98°С извлечение А1203 иFe2O3 возрастало и достигало 52% для А1203 (кривая 1) и 86% для Fe2O3 (кривая 2).
Зависимость степени извлечения А1203 и Fe2O3 от продолжительности процесса азотнокислотной обработки аргиллитов изучали в интервале от 10 до 60 мин (рис.4б).
С увеличением длительности процесса переработки до 60 мин при оптимальной температуре 95-98°С извлечение А1203 возрастало до 48% (кривая 1), а Fe2O3 - до 88% (кривая 2). Дальнейшее увеличение продолжительности процесса не давало заметного увеличения степени извлечения компонентов. Для максимального извлечения А1203 и Fe2O3 достаточна часовая обработка.
Рисунок 4. Зависимость степени извлечения Al2O3 (1) и Fe2O3 (2) в раствор из состава обожжённой породы: от температуры (а), продолжительности процесса (б) и концентрации
азотной кислоты (в).
В следующей серии опытов изучалось влияние концентрации азотной кислоты на разложение руды. Концентрация кислоты изменялась от 20 до 58% (рис.4в), а неизменными факторами в данном процессе являлись температура и продолжительность процесса. С ростом концентрации кислоты от 10 до 40% степень извлечения компонентов возрастала, достигая максимального значения 51% для Al2O3 (кривая 1) и 87% для Fe2O3 (кривая 2).
Таким образом, можно рекомендовать следующие условия разложения аргиллитов месторождения Зидды Республики Таджикистан: температура обжига 500-600°С, температура кислотного разложения 95-98°С, продолжительность обработки 60 мин, концентрация кислоты 40% и размер частиц «-0.1 мм». На основании проведённых исследований предложена принципиальная технологическая схема получения нитратов алюминия, железа и других компонентов (рис.5).
Способ переработки включает в себя следующие основные стадии:
- измельчение сырья до размера частиц «-0.1 мм»;
- дегидратирующий обжиг при температуре 500-600°С в течение 60 мин;
- кислотное разложение сырья при температуре 95-100°С в течение 60 мин;
- фильтрование.
При кислотном разложении аргиллитов в раствор извлекаются нитраты алюминия, железа, натрия и калия. В осадок выпадает SiO2, который может использоваться для производства фарфоровых изделий. После разделения раствора, содержащего нитраты алюминия, железа, натрия и калия, нитраты калия и натрия можно использовать в качестве минеральных удобрений.
смесь нитратов AI, 1-е, К и Na
Рисунок 5. Принципиальная технологическая схема переработки аргиллита месторождения
Зидды азотнокислотным способом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции. -Книга 1. -Душанбе, ТГПУ, 2000, 247 с.
2. Солиев Л. Прогнозирование фазовых равновесий в многокомпонентной системе морского типа методом трансляции. -Книга 2. -Душанбе, 201, 247 с.
3. Мирсаидов У.М., Сафиев Х. Комплексная переработка низкокачественного алюмосодержащего сырья. -Душанбе: Дониш, 1998, 238 с.
4. Мирсаидов У.М., Мирзоев Д.Х., Бобоев Х.Э. Комплексная переработка аргиллитов и каолиновых глин Таджикситана. -Душанбе: Дониш, 2016, 92 с.
5. Исматов Х.Р., Богачёва Л.М., Каримов Р.З. Системы с участием нитратов калия, алюминия и железа. -Журнал неорганической химии, 1971, т.16, вып.12, - С.3330-3334.
6. Исматов Х.Р., Богачёва Л.М., Каримов Р.З. Система Al2O3-Fe2O3-N2O3-H2O. - Журнал неорганической химии, 1973, т.18, вып. 11, - С.3086-3090.
7. Заславский А.И., Равдин Я.А. Диаграмма растворимости с участием нитрата алюминия. - Журнал органической химии, 1939, т.9, - С.1473-1478.
8. Заславский А.И., Эттингер И.Л., Езерова Е.А. Растворимость в системе Fe(NO3)3-HNO3-H2O. - Журнал органической химии, 1937, т.7(69), вып.18, - С.2410-2416
СВОЙСТВА НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ И АЗОТНОКИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ РУД
Приведены свойства нитратных растворов и изучено азотнокислотное разложение аргиллитов месторождения Зидды Республики Таджикистан. Найдены оптимальные параметры выделения нитратов алюминия и железа. Разработана принципиальная технологическая схема переработки аргиллитов азотнокислотным способом.
Ключевые слова: нитратный раствор, аргиллит, оптимальные параметры, азотнокислотный способ, извлечение, разложение.
NITRATE SOLUTIONS PROPERTIES AND NITRIC ACID DECOMPOSITION OF ALUMINOSILICATE ORES
In this article the properties of nitrate solutions are given and the nitric acid decomposition of mudstones from the Ziddy deposit of the Republic of Tajikistan has been studied. The optimal parameters for the aluminum and iron nitrates production have been found. A basic technological scheme for the mudstone processing by nitric acid method has been developed.
Key words: nitrate solution, mudstone, optimal parameters, nitric acid method, extraction, decomposition.
Сведение обавторах:
Мирзоев Давлатмурод Хайруллоевич — ведущий научный сотрудник Института химии им.В. И. Никитина НАН Таджикистана;
Акрамзода Рустам — PhD-докторант Института химии им. В. И. Никитина НАН Таджикистана;
Джамолов Нурмахмад - PhD-докторант Института химии им.В.И.Никитина НАН Таджикистана;
Тагоев Муродбек — заведующий лабораторией Института химии им. В. И. Никитина НАН Таджикистана. about the authors:
Mirzoev Davlatmurod Khairulloevich - Leading Researcher at the Institute of Chemistry named after V. I. Nikitin of the National Academy of Sciences of Tajikistan; Akramzoda Rustam - PhD student at the Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin of the National Academy of Sciences of Tajikistan;
Jamolov Nurmakhmad - PhD student of V.I. Nikitin Institute of Chemistry of the National Academy of Sciences of Tajikistan;
Tagoyev Murodbek - The Head of the Laboratory of the Institute of Chemistry named after V.I. Nikitin, National Academy of Sciences of Tajikistan.
УДК 541. 123.7 ПР1
ОБЛАСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ГЛАЗЕРИТА (3K2SO4xNa2SO4)
ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В СИСТЕМЕ Na,K//SO4,CO3,HCO3,F-H2O ПРИ 00С В
И. Низомов., Л.Солиев
Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни
Методом трансляции исследованы фазовые равновесия системы Na,K||SO4,CO3,HCO3,F-H2O при 00С в области кристаллизации глазерита (3К2SO4xNa2SO4). Установлено, что глазерит как равновесная фаза исследованной системы при 00С участвует в формировании 7 нонвариантных точек, 24 моновариантных кривых и 20 дивариантных полей. На основании полученных данных впервые построен фрагмент диаграммы фазовых равновесных системы Na,K||SO4,CO3,HCO3,F-H2O при 00С в области кристаллизации глазерита.
Проблема утилизации жидких отходов промышленного производства алюминия, состоящих преимущественно из смеси водных растворов сульфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, фторидов натрия и калия является актуальной как в экономическом, так и в экологическом плане. Перечисленные соли являются составными частями жидких отходов промышленного производства алюминия [1-3]. Процесс утилизации этих отходов определяется закономерностью фазовых равновесий в шестикомпонентной водно-солевой системе Na,K||SO4,CO3,HCO3,F-H2O и поэтому, представляет интерес определение возможностей совместных кристаллизаций составляющих данную систему солей.
Решение данной задачи экспериментальным путем требует больших временных и материальных затрат, а также возникнут трудности при идентификации кристаллизующихся солей из-за обилия возможных вариантов фазовых равновесий.
В данной работе рассмотрены результаты исследования строения диаграммы фазовых равновесий системы Na,K||SO4,CO3,HCO3,F- ^О при 00С в области кристаллизации глазерита (3К2SO4xNa2SO4). Глазерит является равновесной фазой в 3-х из 14 четырёхкомпонентных системах и в 3 -х из 6 пятикомпонентных системах, составляющих исследуемую шестикомпонентную систему. Фазовые равновесия в этих четырёх-и пятикомпонентных системах были исследованы раннее [4-7] методом трансляции.
Метод трансляции [8] вытекает из принципа совместимости элементов строения п и п+1 компонентных систем в одной диаграмме [9] и признан специалистами [10] как один из универсальных методов исследования многокомпонентных систем.
