Кислотное разложение цеолитов Таджикистана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат технических наук Баротов, Маруфжон Асадович

• Баротов, Маруфжон Асадович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баротов, Маруфжон Асадович

Введение.

Глава I. Литературный обзор

Кислотные способы переработки алюмосиликатных

РУД.:.

1.1: Сернокислотное разложение алюмосиликатных руд.\.

1.2. Солянокислотное разложение алюмосиликатных руд.

1.3. Азотнокислотное разложение алюмосиликатных руд.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кислотное разложение цеолитов Таджикистана»

В период перехода, к рыночной экономике необходим решительный поворот науки к нуждам производства, а производства к науке. Этот процесс требует: расширения фундаментальных исследований, имеющих технологическую направленность и повышения их роли в создании новых технологий и новых видов техники. Особое значение представляет комплексная переработка и рациональное использование минерального сырья и отходов. В этой области разработаны научные основы и предложены комбинированные химико-обогатительные процессы подготовки и переработки различных видов сырья.

Человечество в настоящее время столкнулось с реальной угрозой глобального экологического кризиса, связанного с совокупностью многих факторов на планете, ведущих человечество к экологической катастрофе.

При неосторожном отношении к вредным промышленным выбросам и зараженным сточным водам возможно отравление ими человека и животных, загрязнение воздушного и водного бассейнов земли, нарушение равновесия в экосистеме между отдельными видами и различными представителями фауны и флоры.

Наряду с другими, острыми проблемами современности, одной из главнейших проблем является предотвращение угрозы экологического кризиса и обеспечение благоприятных условий физического существования и развития земных организмов.

Сохранение экологически здоровой среды в условиях бурного научно-технического прогресса" может быть достигнуто лишь в результате целенаправленной политики охраны природы.

Из сказанного выше ясно, какие большие проблемы стоят перед химиками и технологами для охраны здоровья человека.

За последние годы во всем мире и, в частности, в СНГ проведены значительные работы в области синтеза цеолитов, изучения их свойств и применения в народном хозяйстве. В современной сорбционной технике для глубокой осушки, тонкой' очистки и разделения веществ в газовых и жидких средах широко применяются синтетические цеолиты различных типов и 3 форм, однако их практическое использование имеет значительные трудности.

Во-первых, для получения синтетических цеолитов требуются химические реактивы, : а технологический процесс их получения осуществляется в несколько стадий, которые значительно увеличивают их себестоимость; во-вторых, цеолиты типа А, X и Y, которые более доступны и находят широкое применение в промышленности, не устойчивы к высоким температурам и агрессивным средам; в-третьих, при работе в области низких давлений синтетические цеолиты менее эффективны, чем природные.

В свете сказанного выше актуальными являются работы, связанные с з применением природных .цеолитов в качестве адсорбентов различных газов, жидкостей и твердых веществ, тем более, что в настоящее время открыты несколько месторождений природных цеолитов в нашей стране и за рубежом, и широким фронтом проводится их разработка, эксплуатация, физико-химическое исследование и применение в различных отраслях народного хозяйства.

В данной работе сделана попытка систематизировать, обобщить и проанализировать результаты применения природных цеолитов с целью очистки и охраны окружающей среды от вредных примесей промышленных

-э газовых выбросов и сточных вод с активацией цеолитовых туфов серной и соляной кислотами.

Эти виды сырья, хотя и имеют низкое содержание алюминия, содержат другие полезные элементы. Поэтому их комплексная промышленная переработка является вполне целесообразной и выгодной.

Большой интерес представляют также и кислотные методы, которые позволяют осуществить селективное разделение глинозема и кремнезема на первой технологической операции, что является химическим обогащением бедной алюмосиликатной руды. При разработке кислотных способов возникают затруднения при отделении кремнеземистого шлама от кислых растворов, очистке последних от солей железа, регенерации кислоты и необходимость применения кислотостойкой аппаратуры. Поэтому основное внимание исследователей во всем мире сосредоточено на преодолении этих затруднений.

Разработка эффективных хлорных и кислотных технологий переработки низкокачественных алюмосиликатных руд позволяет значительно расширить сырьевую базу производства коагулянта и продуктов на его основе. "

Учитывая острую нехватку коагулянта, фарфорового и других видов сырья для промышленных предприятий республики, в настоящей работе намечается проведение исследований по разработке технологических схем переработки алюмосиликатных руд Таджикистана. Республика остро нуждается в коагулянтах, применяемых для очистки питьевых и сточных вод, исходным сырьем для производства которых могут являться цеолиты. Получаемые соли алюминия и железа при кислотном разложении требуют принципиально новых технологических разработок, где одним из важных этапов процесса переработки является разложение сырья и выделение полезных его составляющих, а также решение экологических проблем для создания безотходной технологии.

В лаборатории «Комплексной переработки сырья и отходов» Института химии им.В.И.Никитина Академии наук Республики Таджикистан в течение - 15-и лет ведутся работы по разработке принципиальных технологических схем комплексной переработки минерального сырья и отходов производства. Ранее сотрудники этой лаборатории разработали ряд новых методов получения полезных веществ из алюмосодержащих руд.

Для выполнения работ в качестве исходных веществ будут а использованы цеолиты Таджикистана. При разработке данной проблемы мы опирались на работы указанной лаборатории.

Цель данной работы - получение эффективных коагулянтов и сорбентов из цеолитов способом кислотного разложения.

Для достижения цели данной работы необходимо было решить следующие задачи: установить химический и минералогический состав цеолитов; установить влияние концентрации раствора, продолжительности процесса, температуры, дисперсности частиц на разложение оксидов, з входящих в состав цеолита; установить порядок кинетического уравнения; определить константу скорости реакции и энергию активации солянокислотного и сернокислотного разложения цеолитов; установить коагулирующую способность сульфатов и хлоридов алюминия и железа, образующихся при сернокислотном и солянокислотном разложении цеолитов; Научная новизна работы заключается в том, что: впервые изучена кинетика соляно- и сернокислотного разложения « цеолитов месторождений Таджикистана; установлены оптимальные условия процессов разложения цеолитов; выявлен механизм взаимодействия цеолитов с минеральными кислотами.

Практическая значимость работы заключается в: разработке кислотного способа переработки цеолитов; использовании продуктов кислотного разложения в качестве коагулянта и изучении коагулирующей способности железо- и алюминийсодержащих растворов; разработке принципиальной технологической схемы переработки цеолитов кислотным методом. Основные положения, выносимые на защиту:

- определение химического и минералогического состава цеолита;

- результаты соляно- и сернокислотного разложения цеолитов;

- изучение кинетики солянокислотного и сернокислотного разложения цеолитов;

- разработка принципиальной технологической схемы переработки цеолитов;

- результаты физико-химического исследования исходного сырья и отходов с использованием РФА и ИК-спектроскопии;

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: республиканской конференции, посвященной 1100-летию« государства Саманидов (1999 г.), международной конференции, посвященной году пресной воды (2003 г.), международной научно-практическая конференции, посвященной году арийской цивилизации (2006 г.).

Публикации. Результаты работы отражены в 3 журнальных статьях, 3 тезисах докладов на республиканских и международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, посвященных обзору литературы, методикам анализа и эксперимента и кислотному разложению алюмосиликатных руд - цеолитов. Работа.изложена на 93 страницах компьютерного набора, включает 8 таблиц, 19 рисунков и 79 библиографических ссылок.

Заключение диссертации по теме «Физическая химия», Баротов, Маруфжон Асадович

выводы

1. Рентгенофазовым и ИК-спектроскопическим методами изучены физико-химические свойства исходных цеолитов и продуктов их кислотного разложения. Установлено, что предварительная термообработка сырья в . .1 интервале 600-700°С приводит к аморфизации структур минералов, . « входящих в состав цеолитов. Кристаллические решетки каркасных силикатов сохраняются.

2. : Изучены условия взаимодействия цеолитов Таджикистана с минеральными кислотами. Найдены оптимальные параметры кислотного разложения этих руд.

3. Показано увеличение степени извлечения оксида алюминия (48,2%) и оксида железа (92,09%) в оптимальных условиях обжига при солянокислотной обработке цеолитов: температура обжига 600-700°С, продолжительность обжйга 120 мин, температура разложения 95°С, а концентрация соляной кислоты 20 масс%.

4. Исследована кинетика солянокислотного разложения цеолитов в интервале 20-100°С. Вычисленное значение кажущейся энергии активации 42,37кДж/моль указывает на протекание процесса в диффузионной области.

5. Достигнуто практически полное разложение цеолитов в оптимальных условиях при сернокислотном разложении цеолитов: температура кислотного разложения 85°С, продолжительность разложения 100-110 мин и концентрация кислоты (?0%. Степень извлечения оксидов AI2O3 96,9%, в

Fe2Or6'4,9%. •

6.' Изучена коагулирующая способность продуктов * кислотного разложения цеолитов и показано, что алюмо-, железосодержащий раствор хлоридов и сульфатов обладает эффективной коагулирующей и сорбционной способностью при определенной мутности воды.

7. Разработана принципиальная технологическая схема переработки цеолитов, которая состоит из следующих стадий: измельчение цеолитов; подача кислоты в реактор, с мешалкой и обратным холодильником; кислотное разложение; разделение; полученной пульпы фильтрованием; отделение гелеобразной массы центрифугированием или отстаиванием.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баротов, Маруфжон Асадович, 2006 год

1. Сафиев X., Бобоев Х.Э., Гайдаенко Н.В. и др. Кислотное разложение каолиновых глин Таджикистана // Докл. АН РТ, 1995, т.38, №5-6. -С.57-62.

2. Сафиев X., Бобоев Х.Э., Гайдаенко Н.В. и др. Кислотное*разложение предварительно обожженных каолиновых глин Таджикистана // Докл.АНРТ, 1995, т.38, №5-6. - 67-70.

3. Бобоев Х.Э., Сафиев X., Рузиев Дж.Р., Мирсаидов У.М. Термообработка и солянокислотное разложение каолинсодержащего сырья Зиддинскогоместорождения //Докл. АН РТ, 1995, т.38, №3-4. - 41-45.

4. Бобоев Х.Э., Рузиев Дж.Р., Сафиев X., Кутенец В.А. Сернокислотное разложение каолинсодержащего сырья Таджикистана // Докл. АН РТ,1995, т.38, №3-4.-С.46-50.

5. Зацольский А.К. Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья.* - Киев: Наукова думка, 1981.- 208 с.

6. Якрвкин А.А. Легкие' металлы. - 1932. - №5. - 25-31.

7. Саракуз Н.К. Нолучение коагулянта сульфата алюминия из алюминиевого сырьяУ/Хим.пром-ть. - 1955. - №1. - 361-363.

8. Савчук СИ. Непрерывный метод получения каолин-нефелинового коагулянта//Автореф. дисс.... канд.техн.наук. - М . , 1953. - 12 с.

9. А.С. 220252 (СССР). Способ получения глинозема и других продуктов из нефелина / М.Бойдин, В.И.За^саров. - Опубл. в Б.И., 1979, №45.

10. Сб.. «О. комплексном использовании нефелиновых пород Киргизии» ИНФХ Киргизской ССР. - Фрунзе: «Нлим». - 1968. - 99-109.

11. А.С. 569538 (СССР). Способ переработки нефелиновых сиенитов / «В.Г.Бабенко и др. - Опубл. в Б.И., 1977, №31. 12. Захаров В.И. Азотьюкислотный способ производства глинозема из нефелинов Кольска // II Всесоюз.конф. по комплексному использованию87руд и концентратов 'II Тез.докл. - М.: АН СССР. Цветметэкономика иинформация. - 1983. - 13-16.

13. Чижиков Д.М., Лайнер Ю.А. и др. // Хим.промышленность, 1974, №2. - 42-43.

14. Запольский А.К., Мирзоев Б., Сафиев X. Сернокислотное разложение нефелиновых сиенитов месторождения Турпи // Докл. АН РТ, 1984, т.27,№Н.-С.655-658. ; » •

15. А.с, .211526 (СССР). Способ переработки нефелина / «А.И.Лайнер, М.А.Коленкова, Г.Л.Пустильник и др. - Опубл. в Б.И., 1971, №20. 16. Сатарова М.А., Таджибаев Г., Сафиев X., Мирзоев Б. Физико- химическое исследование продуктов солянокислотного разложениянефелиновых сиенитов Турпи // Комплексное использованиеминерального сырья. - 1992. - №4. - 51-55.

17. Назаров Ш.Б., Запольский А.К., Сафиев X., Мирсаидов У.М. Использование промышленных отходов при переработке алюминиевогосырья // Комплексное использование минерального сырья. - 1992. - №5.-С.72-75.

18. Назаров Ш.Б., Запольский А.К., Сафиев X. и др. О применении отходов хлоридов кальция и абгазной соляной кислоты при переработкенефелиновых сиенитов // Комплексное использование минеральногосырья. - 1992. - №1. - 42-44.

19. Мирзоев Б., Азизов Б.С., Сафиев X. Термодинамический анализ процесса хлорирования минералов, входяш,их в состав нефелиновыхсиенитов месторождения Турпи // Изв. АН ТаджССР. Сер. физ.-мат.,88хим. и геол.наук. - 1992. - №1. - 64-66.^

20. Мйрзоев Б., Сафиев X., Мирсаидов У.М., Шарипов А. Опытно-заводские испытания кислотной переработки нефелиновых сиенитов // Там же. -С.21. ;

21. Сафиев X., Мирзоев Б., Рахимов К., Мирсаидов У.М. Солянокислотное разложение нефелиновых сиенитов // Изв. АН ТаджССР. Сер. физ.-мат.,хим. и техн.наук. - 1995. - JVb3. - 66-68.

22. Сафиев X., Мирзоев Б., Рахимов К., Мирсаидов У.М. Солянокислотное разложение минералдв нефелинового сиенита Турпи // ДАН РеспубликиТаджикистан. - 1995.-- т.З 8, №5-6: - 52-56.'

23. Па:тент'" №298 :TJ (Таджикистан). Способ переработки глиноземсодержащего сырья / Назаров Ш.Б., Запольский А.К.,Мирсаидов У.М., Сафиев X., Рузиева Д.Д., Амиров О.Х. - Опубл. в Б.И.,1998, №12.

24. Рузиева Д.Д., Амиров О.Х., Назаров Ш.Б. Рентгенофазовый анализ нефелиновых сиенитов Турпи и продуктов их кислотного разложения. -Деп. в НПИ Центре. - Душанбе, 1999. - №017(1258). - 6 с.

25. Назаров Ш.Б., Амиров О.Х., Рузиева Д.Д., Мирсаидов У.М., Сафиев X. Новый способ получения глинозема // Докл. АН РТ. - 1998, - т. 12, №1-2.- С ; 6 7 . - -

26. Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С., Исматдинов М., Назаров Ш.Б. Комплексная переработка алюминиевых руд некоторых месторожденийТаджикистана // Изв. АН РТ, Сер. физ.-мат., хим. и геол.наук. - 1999. -№1.-С.74-77. "

27. Сафиев X., Назаров Ш.Б., Амиров О.Х. Метод разложения нефелиновых сиенитов Турпи // Информационный листок НПИ Центра. - Душанбе,2000.-серия 61.31. №76.

28. Сафиев X. Физико-химические основы комплексной, переработки низкокачественного , алюминийсодержащего сырья.* Дисс...89док.хим.наук, Душанбе, 1997.

29. Мирзоев Б. Хлорное и кислотное разложение нефелиновых сиенитов. Дисс.... канд.хим.наук, Душанбе, 1994.

30. Назаров Ш.Б. Исследование двухстадийного разложения нефелиновых , «сиенитов серной и соляной кислотами. Дисс.... канд.хим.наук, Душанбе,1993.

31. Рузиева Д.Д. Двухстадийное разложение нефелиновых сиенитов азотной и соляной кислотами. Дисс. ... канд.техн.наук, Душанбе, 1999.

32. Амиров О.Х. Селективное извлечение компонентов нефелиновых сиенитов методом термохимической активации. Дисс. ... канд.техн.наук,Душанбе, 1999.

33. Назаров Ш.Б., Гулахмадов Х.Ш., Хакдодов М.М., Аминов Ш.Г. Переработка сульфатов алюминия на глинозем // Журнал нрикладнойхимии,'2бО1. -Т.74. Вын.8. - 1356-1358.

34. Гулахмадов Х.Ш., Хакдодов М.М., Назаров Ш.Б. Алуниты - нерснективное сырье; алюминиевой промышленности // Сборник трудовнаучно-практического семинара «Внедрение разработок ученыхТаджикистана в промышленность». - Душанбе, 2001. - 92-94.

35. Гулахмадов Х.Ш., Назаров Ш.Б., Хакдодов М.М. Комплексная переработка алунитов месторождения Токмак // Тезисы докладовконференции «Химия в начале 21 века», носвященной 80-летиюакадемика АН РТ - М.С.Осими. - 'Душанбе, 2000. - 10. '. « 36. Наза.ров Ш.Б., Заполъский А.К., Амиров О.Х., Сафиев X., Мирсаидов У.М. Переработка хлорида алюминия на глинозем // Журнал прикладнойхимии, 2000. - Т.73. Цът2. - 324.

37. Мазель В.А. Производство глинозема. - М.: Металлургиздат, 1955.-430 с.

38. Запольский А.К. Исследование и разработка сернокислотного метода переработки высококремнистого алюминиевого сырья: Дисс. ...90докт.техн.наук. - К., i974. - 278 с.

39. Brebznajder S. Nova-metoda otrzymywanio hutniczego trenku dlinowego i innych zwiazkow glinu z glin. - Przem. Chem.., 1963, 42, JSrol2, s.677-684.

40. Пат. 1005052 (Великобритания). Improvements in relating to the production of aluminium sulphate / R.L.Savage. - Опубл. 20.09.65.

41. Пат. 1347556 (Франция). Procede de preparation de sulfate d^aluminium a partir de liguer re iduelle de de^capage et mineral d^aluminium^/ Nhe NorthAmerican Coal Coфoration. - Опубл. 18.11.63.

42. Пат. 1013983 (Великобритания). Improvements in the hydrometallurgical production of aluminium sulphate / J.C.Everret. -Опубл. 22.12.65.

43. Пат.3216792 (США).-Hydrometallurgical process / U.Marvin. - Опубл. 09.11.65.

44. Пат.69357 (ГДР). Verfaren sur Gewinnyng von eisenarmen Aluminiumsulfat / S.Ziegenbald, R.Siebert. - Опубл. 20.04.69.

45. Пат.3240561 (США).'. C.C. 07 Д. A 01. Способ получения сульфата алюминия / П.Белл, П.Андерсен (США): Алюминиум Компани офАмерика. - Опубл. 05.12.78. Бюл. №30.

46. Gajam S.V., Raghavan S. Kinetic model for hydrochloric acid loaching of Raolinite // Transactions of the Institution of Mining and Metallurgy. - 1985.-V.94.-P.I 15-120. .

47. Gerhard П., Siegflied Z. Voraussetrungen und Moglich Keiten zur Automatisierung aus Ton // Reue nute. 1989. - v.34, №9. - S.351-354. -Предпосылки и возможности автоматизации процесса полученияглинозема из глины. '.

48. Бобоев Х.Э. Кислотное разложение каолиновых глин и сиаллитов: 91Автореф.дисс.... канд.хим.наук. - Душанбе, 1996. - 18 с. *

49. Запольский А.К., Бондарь Л.А., Хвастухин Ю.И. // Химия и технология вод1>1. - 1980. - Т.2. - №5. - с.454-458.

50. Ткачев К.В., Запольский А.К., Кисиль Ю.К. // Технология коагулянтов. Л.: Химия, 1978.-184 с.

51. Сафиев X., Плыгунов А.С., Запольский А.К. // Хим.технолог., 1975. -№6. -С.62.

52. Зацольский А.К., Баран А.А. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды: свойства, получение, применение. - Л.: Химия, 1987. -208 с.

53. Очистка воды основными хлоридами алюминия // Шутько А.П., Сороченко В.ф., Козлиновский Я.Б. и др. - Киев: Техника. - 1984. - 134с.

54. Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С. Коагулянты для очистки воды из сырьевых материалов Таджикистана. - Душанбе: Дониш, 2003, 39 с.

55. Алиев X., Пулатов-М.С., Сафиев X., Мирсаидов У.М. Утилизация отработанных катализаторов ВАТЗ // Материалы научн.конф., посвящ.памяти ак.Нуманова И.У. - Душанбе, Институт химии АН РТ, 1994, с.11.

56. Эрматов А.Г., Мирсаидов У.М., Сафиев Х.С, Азизов Б.«Утилизация отходов производства алюминия ТадАЗа.-Душанбе, 2000, 82 с.

57. Инцишвили Г.В., Андроникашвили Т.Г., Чивадзе Г.О. Природные «цеолиты и проблемы окружающей среды. Из-во АН Грузии, Тбилиси,1995.

58. Брек Д. Цеолитные молекулярные сита. - М.: Мир, 1976, 778 с.

59. Баррер. Гидротермальнаяхимияцеолитов.-М.: Мир, 1985.

60. Смит Д. В кн.: Химия цеолитов и катализ на цеолитах. - М.: Мир, 1980, т.1,.с.11-103. ; , .

61. Норматов.И.Ш., Мирсаидов У.М. - Синтез и свойства катализаторов для очистки воздуха и сточных вод. - Душанбе, 2003. 81 с.92

62. Беренштейн Б.Г. Методы нолучения и иснользования модификационных нриродных сорбентов. - М.: ИМГРЭ, 1988, с. 114-120.

63. Сунрычев В.В., Новиков В.П., Вйборнов В.6. Докл.АН ТаджССР. Т.31. №1;2;1988.с.809-812.:

64. Миркин Л.И. Снравочник но рентгеноструктурному анализу ноликристаллов. М., 1961.

65. Гилляр Я.Л. Таблицы межнлостных расстояний. М.: Недра, 1966.

66. Маматов Э.Д., Баротов М.А., Шаринов А. Изучение минералогического состава цеолитов // Международная научно-нрактическая конференция,носвященная «Году 'арийской цивилизации». - Курган-Тюбе. 2006. -С.43-45.93