Выщелачивание данбуритового концентрата минеральными кислотами

 

Мирсаидов Ульмас Мирсаидович,

доктор химических наук, профессор, научный руководитель,

Маматов Эргаш Джумаевич,

кандидат технических наук, докторант,

Ашуров Наимджон Амонкулович,

кандидат технических наук,

Курбонов Амиршо Сохибназарович,

кандидат химических наук.

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан.

 

Представлены результаты выщелачивания данбуритового концентрата минеральными кислотами и получение борной кислоты.

 

Бор и его соединения играют ведущую роль при получении новых материалов с уникальными свойствами. К настоящему времени выявлено достаточно много эндогенных месторождений бора различных минеральных типов, в том числе и месторождений промышленного значения. В Таджикистане имеются огромные запасы борсодержащих руд – данбуритов месторождения Ак-Архар.

Ранее нами были изучены химический и минералогический составы исходного данбурита и его концентрата, а также механизм взаимодействия концентрата данбурита с газообразным хлором и хлоридами серы [1-2].

В работе [3] изучено кислотное разложение датолитовой руды серной кислотой.

Авторами работы [4] показана возможность комплексного использования Индерских боратов посредством разложения их смесью азотной и серной кислот. Получены основные данные, необходимые для технико-экономической оценки этого метода и выход товарной борной кислоты при обработке руды смесью  и .

В работах[5,6] показана возможность получения калийной селитры наряду с основным продуктом  и применение физико-химического анализа в производстве борной кислоты из магниевых боратов.

Цель данного исследования заключается в изучении процесса выщелачивания данбуритового концентрата соляной, серной и азотной кислотами, получении борной кислоты и других компонентов.

 

Экспериментальная часть

 

Предварительно были проведены рентгенофазовый (рис. 1 и 2) и дифференциально-термический анализы исходного концентрата данбурита (рис. 3).

На рентгенограмме исходного концентрата данбурита (рис. 1), выявлено содержание основных пиков относящихся к железо-, алюминий-, кальций- и борсодержащим минералам.

 

Рис. 1. Рентгенограмма исходного концентрата данбурита: кв – кварц, к – кальцит, г – гранат, д – данбурит, дат - датолит, а- аксинит, п – пироксены, гидрос – гидрослюда, гид – гидроборацит, монт - монтмориллонит.

 

Рис. 2. Рентгенограмма концентрата данбурита после предварительного обжига: кв – кварц, к – кальцит, г – гранат, д – данбурит, дат – датолит, п – пироксены, гидрос – гидрослюда, гид – гидроборацит, монт - монтмориллонит.

 

На основе данных рентгенограммы обожженного данбуритового концентрата (рис. 2) установлено, что в процессе предварительного обжига увеличивается количество и интенсивность основных пиков, выявленных в составе концентрата данбурита, которые указывают на существенную активизацию минералов.

Термограмма данбуритового концентрата приведена на рис. 3.

 

Рис. 3. Термограмма исходного данбуритового концентрата.

 

При термической обработке минералы, входящие в состав данбуритового концентрата, претерпевают ряд существенных изменений. На основании дифференциально-термического анализа (ДТА) можно сделать вывод о том, что при температуре до 700°С данбуритовый концентрат не претерпевает почти никаких изменений, которые свидетельствуют о том, что минералы не содержат химически и механически связанной воды. Изменения, связанные с удалением летучих компонентов, наблюдаются при температурах 735-750°С, которые представлены с частичным разложением кальцита (первый эндотермический эффект). А изменения, наблюдаемые при температурах 860 и 930°С, связаны с полным разложением кальцита и частичным разрушением структуры некоторых минералов данбуритового концентрата, таких как данбурит, аксинит, монтмориллонит, гидрослюда, пироксен и образованием свободного оксида кальция, бората кальция, муллита и кварца (второй и третий эндотермические эффекты). Изменения в составе данбуритового концентрата при 950°С и выше (четвертый эндо- и пятый экзотермические эффекты), по-видимому, связаны с образованием дибората кальция , силиката кальция , α- и β-кварца.

Результаты предварительного обжига концентрата данбурита и зависимость извлечения оксида бора от температуры процесса выщелачивания с минеральными кислотами приведены на рис. 4. Как показали результаты при температуре обжига 950-1000°С степень извлечения оксида бора достигает максимального значения составляя (в мас%): - 84.7, -90.1, и - 91.4, соответственно (рис. 4.а.).

 

Рис. 4. Зависимость степени извлечения оксида бора () из концентрата данбурита от предварительного обжига (а) и от температуры выщелачивания минеральными кислотами (б) (размер частиц < 0.1 мм; температура – 95°C; продолжительность процесса – 60 мин;  – 15 мас%,  – 45 мас% и  –20 мас%). 1-, 2- и 3-.

 

Установлено, что наиболее оптимальными условиями термической обработки являются: температура 950-980°С и продолжительность процесса 50-60 мин, при которых происходит максимальное извлечение оксида бора.

Изучено влияние температуры на ход разложения концентрата данбурита при 20-100ºС (рис. 4.б.). Руду обрабатывали 20%-ной соляной, 45%-ной серной и 15%-ной азотной кислотами в течение 1 ч. С ростом температуры до 95ºС степень извлечения оксида бора постепенно увеличивается достигая максимального значения (в %): - 84.2, -89.6, и - 92.5, соответственно.

Зависимость степени извлечения оксида бора от продолжительности процесса разложения и дозирования минеральных кислот из обожженного данбуритового концентрата минеральными кислотами при 95ºС приведена на рис. 5.

 

Рис. 5. Зависимость степени извлечения оксида бора () от продолжительности процесса (а) и от дозирования минеральных кислот (б) из предварительно обожженного концентрата данбурита (размер частиц < 0.1 мм; температура – 95°C; продолжительность процесса – 60 мин;  – 15 мас%,  – 45 мас% и  – 20 мас%). 1-, 2- и 3-

 

Исследование показали, что при длительности процесса 60 мин степень извлечения оксида бора увеличивается, составляя (в %): - 84.1, -91.2, и - 93.2 соответственно (рис. 5.а.). При дальнейшем увеличении длительности процесса степень извлечения оксида бора не изменялась.

Определена оптимальная концентрация минеральных кислот вводимых в реакционную массу для выщелачивания концентрата данбурита, которая составляла: ~20%- соляной, ~45%- серной и ~15%- азотной кислотами и оптимальное дозирование минеральных кислот, вводимых в реакционную массу, равное: для -100%,  -80-100% и -140% от стехиометрического количества, при этом степень извлечения оксида бора составляет (в %): 83.6, 89.2, и 90.8, соответственно (рис. 5.б.).

Из данных рентгенограммы остатка концентрата данбурита можно судить о том, что некоторые пики, относящиеся к основным минералам содержащим алюминий, железо, бор и кальций исчезают, а интенсивность остальных уменьшается (рис. 6). Исходя, из результатов химического анализа и интенсивности пиков присутствующих на рентгенограмме, можно предположить, что степень разложения оксидов высокая.

 

Рис. 6. Рентгенограмма остатка концентрата данбурита после кислотной обработки: кв – кварц, д – данбурит, п – пироксены, гидрос – гидрослюда, м - муллит.

 

На основе проведенных исследований оптимизирован процесс выщелачивания данбуритового концентрата минеральными кислотами, результаты исследования подтверждены методами физико-химического анализа.

Определены оптимальные условия разложения данбуритового концентрата минеральными кислотами и разработана принципиальная технологическая схема получения борной кислоты и солей алюминия, железа и кальция из концентрата данбурита: предварительный обжиг при температуре 950-980ºС в течение 60 мин.

Борную кислоту из раствора выкристаллизовывали, фильтровали и высушивали. Предлагается также отделение нитратов алюминия, железа и кальция.

 

Литература

 

1.                  Маматов Э.Д., Ашуров Н.А., Мирсаидов У.М. Изучения физико-химических свойств борсодержащих руд Таджикистана – Межд. науч.прак.конф. «Перспективные разработки науки и техники» Przemisl, Польша, 2011, Т.49, С.58-62.

2.                  Маматов Э.Д., Ашуров Н.А., Курбонов А.С., Ятимов П.М., Мирсаидов У.М. Хлорирование данбурита месторождения Ак-Архар. - Докл. АН РТ, 2009, т.52, №2, с.116-119.

3.                  Берлин Л.Е. Производство борной кислоты, буры и борных удобрений. – М.: ГХИ, 1950.

4.                  Поляк А.М., Пинаевская Е.Н., Ромов Г.Б., Козлова Н.И., Девятовская Л.И. Получение борной кислоты разложением индерсных боратовых руд смесью азотной и серной кислот / Труды конференции по химии бора и его соединений. – М.: ГХИ, 1950. –С.135.

5.                  Берман А.Г., Нагорный Г.И. Политерма взаимной системы из хлористых и азотнокислых солей магния и калия // Известия АН СССР, сер. химия, 1938. -№1. – С.217.

6.                  Соколовский А.А. Применение физико-химического анализа в производстве борной кислоты из магниевых боратов / Труды Всесоюзного заочного политехнического института. – М., 1952. – С.35.

 

Поступила в редакцию 19.09.2012 г.