автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.02, диссертация на тему: Получение аморфного диоксида кремния при переработке некоторых редкометаллических рудных концентратов
Автореферат диссертации по теме "Получение аморфного диоксида кремния при переработке некоторых редкометаллических рудных концентратов"
На правах рукописи
Для служебного пользования
ВОРОБЬЕВА МАРИЯ ГУСТАВОВНА
ПОЛУЧЕНИЕ АМОРФНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ НЕКОТОРЫХ РЕДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
05.17.02 - Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Исх. № ИП-13.3/26 ДСП от 15.11.2000
Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И.Мендедеева ыа кафедре технологии редких и рассеянных элементов.
Научные руководители: доктор химических наук, профессор
Синегрибова О.А. кандидат химических наук, доценг Ким В.
Официальные оппоненты: д.х.н. Резник А.М.
к.т.н. Какуркин Н.П.
Ведущая оргашзация: ВНИИ химической технологии
Защита диссертации состоится " 2.0 2000 г. в час.
на заседании диссертационного совета Д 053.34.12 в РХТУ им.Д.И.Менделеева (125047,Москва, А-47, Миусская пл.,9) в ауд.
С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им.Д.И-Менделеева
Автореферат диссертации разослан " УЬ " ухо^ца 2000 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Аморфный диоксид кремния - пенный химический
продукт. Он широко используется в химической, тинной, бумажной, пищевой,
фармацевтической, парфюмерно-косметической промышленности. В последнее
десятилетие наблюдается рост его производства. Мировое производство
аморфного диоксида кремния составляет около 650 тыс.т./год. Цена аморфного
диоксида кремния в зависимости от качества находится в интервале от 400 до
2500 долларов США за одну тонну.
Основным! источниками для получения аморфного диоксида кремния являются силикат натрия и четыреххлористый кремний. В то же время показана принципиальная возможность его получения из нефелинового концентрата -алюмосиликата натрия и калия.
При промышленной переработке кремнийсодержащих минералов редких металлов образуется значительное количество твердых отходов, состоящих главным образом из 5Ю2.Эти отходы накапливаются,занимая значительные площади и нанося вред окружающей среде. В го же время эти минералы могут быть одновременно сырьем для параллельного производства аморфного , в том случае, если они легко вскрываются серной кислотой.
Минералом, сернокислотное выщелачивание которого хорошо освоено, является датолит-боросиликат кальция с химической формулой СаВ(ОН)8Ю4. Датолит используется в настоящее время для производства борной кислоты и боропродуктов.
В настоящее время циркониевая технология базируется на использовании циркона, представляющего собой цнрконосиликат 7гЯЮ> Однако в последние годы вопрос технологического освоения эвдиатнтовых руд, легко растворимых в серной кислоте, как потенциального сырья, начат привлекать внимание ученых.
Вышеизложенное определяет актуальность темы настоящей работы, посвященной получению аморфного диоксида кремния из кремнеземсодержащих минералов редких минералов редких элементов-
Цель работы. Разработка научных основ технологии аморфного диоксида кремния на основе кремнеземсодержащего минерального сырья - датолитового и эвдиалитового концентратов.
Выявление оптимальных условий получения целевых компонентов при -кислотной переработке боросиликата кальция (датолита) и комплексного силиката циркония: (эвдиалита).
Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи:
- оптимизировать стадам сернокислотного выщелачивания концентратов, в том числе по отношению к содержанию твердой фазы, концентрации серной кислоты, температуре и времени процесса;
- выявить особенности структурообразовашя кремниевой кислоты в условиях кислотного выщелачивания и разработать методы извлечения аморфного диоксида кремшя;
- определить коллоидно-химические свойства аморфного диоксида кремния; выявить взаимосвязь режимов осаждения кремнезема с поверхностными характеристиками получаемого диоксида кремния;
- оценить экономичность комплексной переработки на примере датолитового концентрата.
Научная новизна работы.
В качестве основы предлагаемой технологии кислотной переработки кремнийоксидного сырья был получен комплекс физико-химических к коллоидных данных. Выявлена взаимосвязь между параметрам! гелеобразования кремнезема и составом продуционных растворов, а также условиями их получения.
Установлены закономерности между коллоидными параметрам! аморфного диоксида кремния (дисперсность, удельная поверхность) и режимам! его выделения (температура, концентрация серной кислоты).
Практическая пснпгость. Разработан способ комплексной переработки эорсодержащего минерального сырья, позволяющий наряду с бором получить эчищенный аморфный диоксид кремния, что позволяет также значительно уместить загрязнение среды побочными продуктами горнохимической переработки минератыюго сырья. По разработанному способу имеется положительное решение по заявке на патент.
Показана принципиальная возможность параллельного выделения БЮг при выщелачивании эвдиалитового концентрата с получением раствора редких металлов.
Чпробацпя работы. Основные положения и результаты работы доложены на XII Международной Конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-98", МоскваД998 г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в одной статье, гезисах доклада на конференции и заявке на патент (№2000118091/12 (019315) толожительное решение от 11 июля 2000 г.).
Объем я структура диссертация. Диссертационная работа содержит зведение, 5 глав, вывода и включает список цитируемой литературы из наименований. Результаты эксперимента обобщены в таблицах и У) рисунках.
В приложении представлены результаты технико-экономических ^следований по технологии получения аморфного кремнезема
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. !. Литературный обзор.
В обзоре подробно рассмотрены виды аморфного диоксида кремния, лгособы получения и многообразие направлений его использования; обсуждены эсобенности физико-химического поведения кремнезема как в жидкой фазе, так я в твердом состоянии.
2. Объекты и методы исследования.
Основными объектами исследования являлись датолитовый в эвдиалитовый концентраты, химический состав которых приведен в табл.1 и 2. соответственно.
Химический состав датолитового концентрата
компонент содержание,% компонент содержание,%
В203 18.0 С02 2.8
Ре203 (общ.) 2.4 Ыа20 0.1
Ре203 (кр.) 1.8 А120З 1.2
вКЪ 35.5 МпО 0.02
Химический состав эвдиалитового концентрата
Компонент Гравитационный Флотационный
Выщелачивание концентратов проводили двумя способами: 1)агнтациошшм - * механическим перемешиванием при помощи магнитной мешалки 2)перкодвдионщ.ш- фильтрованием через стеклянные фильтры ПС.
Аналитическое определение кальция проводили методо комплексометрического титрования (комплексообразующий краситель -
.турексид). Для определения бора, кремния, циркония, использовали ¡ютоколориметрический метод (комплексообразователп -JI.-резорцин, молибдат 1ммопия, пирокатехиновый фиолетовый, соответственно).
Элементный cocías (Ca,B,Si,Fe,Zr,La,Y,Nb,K,Na,AI,Ti) растворов и твердых гсадков, полученных при кислотном разложении минералов, определяли атомно-»миссиогшьш методом на спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ИСП) 'Atomscan - 25" фирмы "Themio Jarrel Ase" (США).
Дисперсионный состав частиц кремнезема определяли методом здиментации в гравитационном поле, а удельную поверхность юрошкообразных образцов Si02 методом адсорбции красителя метиленового чхтубого.
Структурно-механические свойства геля поликремниевой кислоты изучали на ротационном реовискозиметре "Реотест-2" (Prufgerete, Medingen, Германия).
Микроструктуру полученных порошков диоксида кремния исследовали на сканирующем электронном микроскопе BS-340 "Tesla",
Ренггенофазовый анализ порошков Sí02 проводили на дифрактометре "Дрон-ЗМ"
Математическую обработку экспер!шентальных данных проводили с использованием пакетов статистических и математических npoipami "MathCad 8.0", "MathLab 5.2", "CumExpert";
З.Результаты эксперимента и обсуждение.
/. Оптимизация условий сернокислотного выщелачивания ДК.
Существующая технология переработки датодитового конщетрата зспована на обработке шшерала концентрированной H2S04 при 95°С и Т:Ж=2:1. С целью комплексного извлечения компонентов ДК в данной работе предложено твухстадийное выщелачивание при следующих условиях: [H2SO4]=I0%, ¡=70°C, т=40 mihi, Т:Ж=1:6. Данный подход позволяет наряду с бором извлекать
кремнезем. При этом технологические условия более мягкие, чем пс существующей технологии: ниже температура процесса и концентрация кислоты. Показано, что при двухстадийной кислотной обработке датолита можно достичь степень извлечения 8Ю2 -64% и В2О3 - до 86%, По существующей технологии извлечение оксида бора составляет г 80%, а оксид кремния в составе шлама направляется в отвал.
При сернокислотном выщелачивании датолигового концентрата на перво1 стадии образуется осадок Са804, который содержит 94.5% Са, 42.65% 8Ю2, В20 28.8% В203 (от исходных количеств, содержащихся в датолите), легко отделяемы! от боратш - кремнеземного раствора. В полученном растворе кремяезе* находится в агрегативно устойчивом состоянии. На второй стадии процесс! проводят разделение кремниевой и борной кислот.
Для выявления оптимальных условий разложения датолита проведено исследование кинетики извлечения бора и кремния при различных конценграциях исходных реагентов.
На рис. 1,2 представлены результаты кислотного разложения датолита при различных концентрациях Н2804 и продолжительности выщелачивания.
Рис.1. Зависимость степени извлечения компонентов от концентрации НгЗС^при НЮ0С и т=60 мин: 1- оксид бора; 2- оксид кремния, 3-кальций.
О 10 20 30 ад 50 60 70
Дпитепьносгк выщрпачизаний, мин
ис.2. Влияние длительности процесса выщелачивания на степень извлечения омпонентов при 1=20°С, [Н2$04]=10%: 1- оксид бора; 2- оксид кремния.
Как видно, кривые зависимости степени извлечения оксида кремния от :Н2504] и т проходят через максимум. Максимальные значешга степени извлечения 8Ю2 наблюдаются при [Н25Од]=10% и т=15 мин. При этом степень вовлечения оксида бора плавно возрастает. Однако при 20°С извлечение зксидов кремния и бора невелико.
Для оптимизации условий выщелачивания проведен полный факторный эксперимент Вз. В качестве независимых перемешшх были выбраны: Х1 -температура процесса, °С; Х2 - продолжительность процесса, мин.;Х3 -концентрация серной кислоты, %. В качестве параметров оптимизации чспользовали концентрации оксидов БЮг и В203