Кислотное разложение данбуритов месторождения Ак-Архар: Таджикистан тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Ашуров, Наимджон Амонкулович

• Ашуров, Наимджон Амонкулович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ашуров, Наимджон Амонкулович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Общая характеристика борсодержащего сырья и некоторых соединений бора.

1.2. Методы переработки борсодержащего сырья.

1.3. Кислотные способы переработки борсодержащих руд.

1.4. Щелочные и термические способы переработки борсодержащего сырья.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кислотное разложение данбуритов месторождения Ак-Архар: Таджикистан»

Соединения бора сравнительно давно применяются во многих отраслях народного хозяйства, в том числе медицине - в качестве дезинфицирующего вещества и компонентов лекарственных препаратов. В стекольной промышленности - для изготовления оптического и химически стойкого стекла и в качестве компонентов глазурей и для придания большей прочности эмалей. Соединения бора также используют для предохранения металлов от окисления при пайке и в качестве добавок в электролитические ванны при никелировании, в парфюмерной, кожевенной, текстильной, деревообделочной (для придания устойчивости дереву от поражения грибками и др.), резиновой и лакокрасочной промышленности. Внесение небольших количеств бора в почву существенно повышает урожайность многих культур.

В последние годы производство бора и его соединений значительно расширилось в связи с их использованием в ядерной технике, при промышленном изготовлении топлива ракетных двигателей, особо твердых и жаропрочных сплавов, качественных сталей, борсодержащих бензинов, термостойких продуктов полимеризации, а также в связи с применением в качестве катализаторов.

Одной из основных тенденций развития получения борных соединений является расширение их номенклатуры. За последние годы разработаны и внедрены несколько технологических процессов получения новых борных продуктов (борной кислоты, бура, борного ангидрида и др.) и их соединений. Различными способами изучены методы получения боратов ряда металлов, в том числе щелочных и щелочноземельных металлов, а также плавленых борных продуктов из борсодержащего сырья. Расширилась сортность и повысилось качество таких продуктов, как борная кислота, борат кальция и др. Однако растущая потребность борной кислоты и буры в производстве стекла, керамической промышленности нашей страны и материалов на его основе с одной стороны, и обеспечение этим сырьем отечественной промышленности является одной из общегосударственных задач.

Сырьевая база борсодержащего минерала в нашей республике значительно расширилась благодаря разведанным Геологоразведочным управлением месторождениям северного Памира. К таким видам сырья относится данбурит месторождения Ак-Архар. Запасы борсодержащих минералов, такие как тинькал, ашарит, борацит, датолит, гидроборацит, данбурит и др. имеются в достаточно больших количествах, и месторождения их повсеместно распространены. Эти виды сырья, несмотря на пониженное содержание оксида бора, содержат в своем составе другие полезные компоненты. Промышленная переработка этих руд является вполне целесообразной, если ее вести комплексным методом.

В настоящее время из литературы известны различные способы переработки борсодержащего сырья, такие как кислотные, щелочные, термические и комплексные.

В кислотных способах переработки борсодержащего сырья обычно используют серную, соляную и др. кислоты, которые позволяют относительно просто осуществить селективное разделение оксида бора и кремнезема до стадии кислотной переработки руды с предварительным обжигом, что является своего рода химическим обогащением борсодержащей руды.

Разработка эффективных способов переработки борсодержащих руд -данбуритов с последующим обжигом и извлечением составляющих его полезных компонентов в приемлемой для дальнейшей их обработки кислотными способами, а также установление химических реакций, протекающих при кислотной обработке является актуальной задачей.

Цель и задачи. Целью настоящей работы является исследование процессов разложения борсодержащей руды - данбурита месторождения Ак-Архар серной и соляной кислотами с применением методов избирательного извлечения компонентов из состава данбурита, а также определение оптимальных условий разложения руды, обеспечивающих максимальное извлечение компонентов в раствор в зависимости от различных физико-химических свойств.

Основными задачами исследования являются:

- изучение химического и минералогического составов, физико-химических свойств и конечных продуктов кислотной переработки данбурита с целью избирательного извлечения его составляющих;

- изучение влияния процесса термообработки на переработку данбурита серной и соляной кислотами;

- изучение кинетики процессов разложения данбурита кислотными способами.

Научная новизна работы.

Изучены процессы разложения данбурита месторождения Ак-Архар кислотными способами, установлены возможные химические реакции процесса разложения. Разработана принципиальная технологическая схема переработки данбурита кислотными способами.

Практическая значимость работы заключается в:

- разработке кислотного способа переработки борсодержащих руд Таджикистана;

- установлении оптимальных параметров кислотного разложения данбуритов месторождения Ак-Архар Таджикистана;

- использовании продуктов кислотного разложения данбурита для получения борной кислоты, коагулянтов для очистки вод на основе железа и сырья для строительной индустрии.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты химического, минералогического и физико-химического исследований данбуритов и продуктов их разложения серной и соляной кислотами;

- результаты кинетических исследований процессов серно - и солянокислотного разложения данбурита;

- результаты комплексной переработки данбурита месторождения Ак-Архар кислотными способами.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 5 статей и 2 тезиса доклада

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на: международной научно-практической конференции «Сино и мировая цивилизация» (Курган-Тюбе, 2006 г.); ежегодных научных конференциях Института химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан (Душанбе, 2000-2005 гг.); республиканской научно-практической конференции, посвященной 60-летию со дня основания Таджикского государственного национального университета (Душанбе, 2008 г.).

Объем диссертации. Диссертационная работа представляет собой рукопись, изложенную на 107 страницах компьютерного набора, содержит введение, литературный обзор, методики эксперимента и химического анализа соляно- и сернокислотного разложения данбурита, результаты исследований и их обсуждение, выводы, а также список цитируемой литературы, включающий 111 наименований библиографических ссылок. Работа иллюстрирована 18 рисунками и 11 таблицами.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Ашуров, Наимджон Амонкулович

выводы

1. Рентгенофазовым, дифференциально-термическим и химическим методами анализа определены минералогический и химический составы данбуритов месторождения Ак-Архар. Изучены физико-химические свойства исходного, прокаленного сырья и продуктов переработки после кислотного разложения.

2. Изучены условия взаимодействия данбуритов месторождения Ак-Архар солянокислотным способом. Найдены оптимальные параметры процесса разложения: предварительный обжиг при температуре 950-1000°С и продолжительности - 60 мин; дозировка кислоты - 100% от стехиометрического количества при температуре - 80°С и продолжительности - 60 мин с концентрацией кислоты - 18-20%) с получением борной кислоты и хлоридов алюминия и железа.

3. Установлены оптимальные условия сернокислотного способа разложения данбуритов месторождения Ак-Архар: температура обжига -950-980°С; продолжительность - 60 мин. Кислотное разложение: температура - 85-90°С; продолжительность - 90 мин; концентрация кислоты - 45-50%о, с получением борной кислоты, сульфатов и хлоридов алюминия и железа.

4. Изучена кинетика соляпокислотного разложения обожженного данбурита месторождения Ак-Архар. Рассчитанная кажущаяся энергия активации процесса солянокислотного' разложения, равная 29,44 кДж/моль, свидетельствует о протекании процесса в кинетической области.

5. Изучена кинетика сернокислотного разложения данбуритов месторождения Ак-Архар. Вычисленная кажущаяся энергия активации процесса сернокислотного разложения составляет 16,68 кДж/моль, что свидетельствует о протекании процесса в смешанной области.

6. Разработана принципиальная технологическая схема комплексной переработки данбуритов месторождения Ак-Архар кислотными способами, включающая стадии: измельчение сырья; отсеивание частиц 0,1-0,3 мм; обжиг при температуре 950-1000°С; разложение серной или соляной кислотами; разделение пульпы и получение борной кислоты, сульфатов и хлоридов железа, кремнезема.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая работа посвящена вопросу разработки способов переработки боросиликатного сырья - данбуритовых руд месторождения Ак-Архар, позволяющих обеспечить рациональную и комплексную их переработку. Необходимость такого вида исследований вызвана тем, что запасы борсодержащих руд, которые являются одной из составляющих сырьевых баз химической промышленности и производства строительных материалов, истощаются, и в перспективе не могут обеспечивать развитие этой отрасли. Поэтому назрела необходимость поиска эффективных способов переработки из низкосортных боратных руд.

Соединения бора сравнительно давно применяются во многих отраслях народного хозяйства, в том числе медицине - в качестве дезинфицирующего вещества и компонентов лекарственных препаратов. В стекольной промышленности - для изготовления оптического и химически стойкого стекла, в качестве компонентов глазурей и для придания большей прочности эмалей. А также для предохранения металлов от окисления при пайке, повышения их жаропрочности и в качестве горючих компонентов твердого ракетного топлива. Используются в парфюмерной, кожевенной, текстильной, деревообделочной (для придания устойчивости деревянным материалам от поражения грибками и др.), резиновой и лакокрасочной промышленности. Внесение небольших количеств бора в почву существенно повышает урожайность многих культур.

Лишь в последние десятилетия бор стал элементом первостепенной важности: и сам элемент и многие его соединения используются в атомной и ракетной технике, металлургии, металлообработке, химической промышленности и многих других отраслях.

Предложенные за последние годы различными авторами способы переработки борсодержащих руд не охватывают данбуритов месторождения Ак-Архар (Таджикистан).

Из работ авторов [3, 22-24, 65-77, 81-84] видно, что для переработки боратовых и боросиликатных руд целесообразно применять кислотные способы, позволяющие селективно выделять кремнезем из руды, и тем самым сокращать материальные потоки в технологических процессах. Однако применение кислотных способов ограничивается рядом недостатков: трудность в отделении щелочных и щелочноземельных металлов руды от борной кислоты; большие энергозатраты в процессах обжига, фильтрации и т.д. Поэтому основное внимание исследователей в этой области сосредоточено на преодолении этих трудностей.

Проведенные исследования по кислотным способам разложения боратовых и боросиликатных руд позволили найти пути преодоления многих из вышеназванных трудностей.

Нами изучены физико-химические свойства исходных сырьевых материалов, промежуточных и конечных продуктов переработки борсодержащего сырья - данбуритов кислотными способами и на основании рентгенофазового анализа, ДТА и других методов установлены процессы вскрытия сырья с извлечением полезных компонентов.

Изучены физико-химические свойства растворов, получаемых при переработке данбурита соляной и серной кислотами. Исследована кинетика процессов разложения борсодержащего сырья. Характер кинетических кривых разложения данбуритов месторождения Ак-Архар соляной кислотой при извлечении в раствор борного ангидрида в виде борной кислоты указывает на то, что разложение данбурита происходит достаточно легко при предварительном обжиге сырья в течение 60 мин и достигает 85-87% при температуре 80°С. Кажущаяся энергия активации процесса разложения данбуритов соляной кислотой для В203 составляет 29,44 кДж/моль. Численное значение энергии активации свидетельствует о протекании процесса в кинетической области.

Установлены оптимальные условия сернокислотного способа разложения данбуритов месторождения Ак-Архар: температура обжига — продолжительность — 60 мин. Кислотное разложение: температура - 85-90°С; продолжительность - 90 мин; концентрация кислоты - 45-50%, с получением борной кислоты, а также смеси сульфатов и хлоридов алюминия и железа.

Характер кинетических кривых разложения данбуритов серной кислотой при извлечении в раствор оксида бора указывает на то, что разложение данбуритов происходит в течение 90 мин, достигая 85-86% при температуре 95°С. Вычисленная кажущаяся энергия активации процесса разложения данбуритов составляет 16,68 кДж/моль, которая свидетельствует о том, что процесс протекает в смешанной области.

На основании физико-химических методов анализа установлены химические процессы, протекающие на стадиях дегидратирующего обжига сырья, при серно- и солянокислотном разложении данбуритов. Обжиг сырья при температуре 950-980°С сопровождается заметным выделением воды и изменением структуры минерала.

На основании полученных результатов разработана принципиальная технологическая схема комплексной переработки данбуритов месторождения Ак-Архар кислотными способами.

Способ переработки включает в себя следующие основные стадии: измельчение сырья; отсеивание частиц 0,1-0,3 мм; обжиг при температуре 950-1000°С; разложение серной и соляной кислотами; разделение пульпы и получение полезных компонентов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ашуров, Наимджон Амонкулович, 2009 год

1. Курман И.М. Состояние и перспективы расширения борной сырьевой базы / Труды конференции по химии бора и его соединений. - М., ГХИ, 1968.

2. Орипов А., Джонобилов М. Геология. Душанбе, 1998. - 511 с.

3. Самсонов Г.В., Марковский Л.Я., Жигач А.Ф., Валяшко М.Г. Бор, его соединения и сплавы // Изд. API УССР, 1960.

4. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М.: Химия, 1969. -Т.2. - С. 166.

5. Романова С.М., Крученко С.С., Токсентов К.К. Особенности распределения бора в воде озера Балхаш / В кн. «Материалы VII Всесоюзного совещания по химико-химическому анализу. Фрунзе, 1988.-С.239.

6. Hackspill L., Stieber A., Hogart R., C.r., 193, 776, 1931.

7. Cueilleron J. Ann. Chim., 19, 459, 1944.

8. Laubengayer A., Newkirk A., Hoard J. J. Am. Chem. Soc., 65, 1924, 1943.

9. Херд Д.Т. Введение в химию гидридов. ГХИ, 1949.

10. Johnston H., Hersh H., KeerE. J. Am. Chem. Soc., 73, 1112, 1951.

11. Andrieux L. Ann. Chim. Phys., 12, 423, 1929.

12. Михеева В.И. Двойные гидриды бора и его аналогов // Успехи химии. -М, 1954. -Т.22. -С.831.

13. Noth H. Anorgaische Reactionen der Alkaliboranate. Angew. Chem. 1961. -V.73. -P.371-381.

14. Михайлов Б.М. Химия бороводородов. M.: Наука, 1967. - 520 с.

15. Жигач Ф.Ф., Стасиневич Д.С. Химия гидридов. Л.: Химия, 1969. -676 с.

16. Хайош А. Комплексные гидриды в органической химии. Л.: Химия, 1971.-624 с.17