Библиографическое описание:

Ханбердыева Б. Г., Евжанов Х. Химическое обогащение целестиновых руд Арикского месторождения Туркменистана // Молодой ученый. — 2011. — №2. Т.1. — С. 53-56.

Целестин – природный сульфат стронция, используемый для получения различных солей этого редкого металла, применяемых в современных отраслях техники: в производстве цветных телевизоров, люминофоров, электронике, пиротехнике, металлургии и др. В настоящее время, несмотря на многообразие стронциевых соединений только два его природных минерала – целестин и стронцианит (карбонат стронция) являются промышленными. Однако промышленные скопления его встречаются сравнительно редко. Наиболее богатыми по запасам целестина являются месторождения на территории Юго-Восточного Туркменистана, сосредоточенные, главным образом, в Говурдак-Койтендагском геологическом районе. Это в первую очередь крупные месторождения целестина – Арикское, Сакыртминское и др.[1]. По минералогическому и химическому составу руда является благоприятной для промышленного освоения и не содержит вредных примесей. Руда состоит в основном из вмещающей породы доломита и целестина с содержанием их в среднем около 80% и 20% соответственно. Вмещающая порода — доломит – природный (СаСO3MgCO3) также является ценным сырьём для производства ряда химических продуктов – солей кальция, магния, извести, углекислого газа и др.[2].

В связи с этим нами изучена возможность получения высококачественного концентрата из целестиновых руд Арикского месторождения путем их химического обогащения растворами азотной кислоты.

Руда представляла собой так называемую технологическую пробу, состоящую из целестина и пустой породы различного размера частиц. Размеры отдельных кусков достигали в поперечнике 20-25 см. Целестин содержался в основном в виде мономинеральных кристаллов и включений в пустой породе. Морфологически целестиновые агрегаты весьма разнообразны: линзовидные, неправильные, округлые и т.д. Мелкие кристаллы целестина или прозрачны и бесцветны, или имеют слабый голубоватый оттенок. Но в массе они белые, светло-серые, кремовые, изредка бурые от присутствия в них соединений железа.

Для химического анализа мономинерального целестина использовались отобранные пробы целестина, визуально не содержащие примесей посторонних веществ. Результаты анализа приведены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав мономинерального целестина, масс.%

Показатель

Компонент

Потери при прокаливании

SO3

CaO

MgO

SrO

SiO2

Al2O3

Содержание

43,00

0,17

0,42

55,68

0,20

не обнаружено

0,82


Как показывают аналитические данные, мономинеральный целеcтин практически целиком состоит из SrSO4, так как содержание в нем SrO и SO3 ( в сумме – 96,68%) почти соответствует их стехиометрическим значениям в сульфате стронция. Примеси СаО и МgО весьма несущественны и присутствуют в виде карбоната.

Для изучения химического и минералогического составов целестиновой руды партии в количестве около 300 кг подвергали дроблению, а потом измельчению в шаровой мельнице до класса круп­ности не более 5-6 мм. Затем всю массу тщательно перемешивали и отбирали на анализ усредненную пробу. Результаты анализа приведе­ны в таблице 2.

Таблица 2

Химический состав целестиновой руды, масс.%

Показатель

Компонент

CO2

SO3

CaO

MgO

SrO

SiO2

Fe2O3

Al2O3

TiO2

Na2O

Содержание

34,75

10,80

24,95

13,80

13,90

1,55

0,07

не обнаружено

не обнаружено

0,08


Данные таблицы свидетельствуют, что руда характеризуется вы­соким содержанием SrO, CaO, МgО, CO2, SO3 и весьма незначитель­ными примесями других веществ. Соотношение содержания SrO и SО3 отвечает их стехиометрическими значениям в сульфате стронция. Это означает, что SrО и SO2 представлены в руде в виде целестина. Количественные соотношения между CaO, MgO и CO2 соответствуют стехиометрической кратности в их карбонатах. Следовательно, пустая порода данной руды практически состоит из карбонатов кальция и маг­ния; содержание прочих веществ - 1,70%. Это подтверждается также данными термического анализа мономинеральной пустой породы, полу­ченными с помощью дериватографа системы Ф.Паулик, И.Паулик и Л.Эрдей. Скорость нагрева печи составляла 12 º/мин; нагрев проводился в течение 100 мин (до температуры 1000°). Для анализа бралась на­веска пустой породы массой 0,53 г. Эталоном сравнения служила Al2O3, не дающая термического аффекта в пределах температур от 20 до 1200°. Полученные термограммы пустой породы приведены на рис.1.



Рис.1. Термограмма пустой породы


Нa дифференциальных кривых нагревания наблюдаются один слабый и два ярко выраженных эндотермических эффекта при температурах 660°, 762 и 916°. Две последние соответствуют температурам полной терми­ческой диссоциации карбонатов магния и кальция в доломите. Следовательно, весь MgCO3 и часть CaCO3 в пустой породе заключены в доломите MgCO3 CaCO3. Остальная часть CaCO3 в пустой породе, не заключенная в доломите, находится в виде кальцита.

На основании приведенных данных, а также результатов химического анализа в таблице 3 представлен минералогический состав технологической целестиновой руды.


Таблица 3

Минералогический состав целестиновой руды

Показатель

Целестин

Доломит

Кальцит

Прочие

Содержание, %

24,60

62,87

10,38

2,15

Удельный вес, г/см3

3,82-3,92

2,62-0,15

2,71-2,94

-


Как видно из таблицы, руда состоит в основном из целестина и доломитовых известняков. Вредные примеси в виде кремнекислоты и барита, сказывающиеся отрицательно на качестве целестиновых концентратов, отсутствуют. Установленные спектральным методом примеси микроэлементов содержатся в количествах ниже кларковых, и практического значения не имеют.

Как видно из приведенных данных целестиновая руда состоит в основном из известняковых пород и целестина. Для получения из этой руды концентрата целестина, содержащего не менее 95% SrSO4, требуется обогащение исходной руды. Для обогащения руды нами использовались химические способы, основанные на растворении пустой породы – доломита растворами минеральных кислот. Как известно, доломит и кальцит активно взаимодействует с растворами азотной, соляной и серной кислот. Целестин же в них в обычных условиях реагирует крайне слабо. Естественно предположить, что при обработке этими кислотами пустой породы будет иметь место селективное разложение доломита и кальцита. Однако при определенных условиях в зависимости от концентрации кислоты, размера частиц руды, продолжительности процесса, температуры, значения Ж:Т, возможно повышение растворимости также и целестина. Поэтому возникает необходимость разработки оптимальных условий химического обогащения, обеспечивающих максимальное разложение пустой породы с минимальными потерями целестина. При этом важно, чтобы продукты, полученные при разложении пустой породы, представляли интерес для их использования в практических целях. Это может обеспечить комплексное и безотходное использование исходного сырья. Исходя из этого, нами для химического обогащения выбрана азотная кислота. При этом между рудой и раствором HNO3 будет протекать следующая реакция:


SrSO4 + CaCO3 ∙ MgCO3 + 4HNO3 = SrSO4 + Ca(NO3)2 + Mg(NO3)2 + 2CO2 + 2H2O

кристалл кристалл

Как видно из реакции, под действием азотной кислоты должен разлагаться только доломит, а целестин – оставаться в первоначальном состоянии.

После фильтрации полученной суспензии получается в отдельности концентрат целестина и раствор, состоящий из нитратов кальция и магния. С целью проверки этих процессов проведены следующие опыты. Взяты отдельные мономинеральные образцы целестина, доломита и их смесь заданного состава. Результаты опытов приведены в таблицах 4÷6.


Таблица 4

Результаты обработки мономинерального доломита растворами HNO3

Навеска - 1 г.; температура 20-25ºС,
продолжительность обработки 1 час, размеры частиц - 0,25 мм

Концентрация раствора HNO3, %

Стехиометрическое отношение НNO3:Доломит

Количество добавленного раствора HNO3

Значение

Ж:Т

Степень растворения, %

гр.

мл.

1,0

1,0:1

137,0

136,3

136,3:1

93,3

1,1:1

150,7

149,9

149:1

96,1

3,0

1,0:1

45,6

44,7

44,7:1

97,1

1,1:1

50,2

49,2

49:1

97,9

6,0

1,0:1

22,8

22,1

22,1:1

98,0

1,1:1

25,1

24,3

24,3:1

98,5

8,0

1,0:1

17,1

16,3

16,3:1

97,5

1,1:1

18,8

17,9

17,9:1

98,0

10

1,0:1

13,7

13,02

13,02:1

97,9

1,1:1

15,1

14,3

14,3:1

99,0

20

1,0:1

6,85

6,14

6,14:1

98,9

1,1:1

7,5

6,7

6,7:1

98,9

30

1,0:1

4,56

3,88

3,88:1

98,1

1,1:1

5,0

4,3

4,3:1

99,9

40

1,0:1

3,42

2,74

2,74:1

98,9

1,1:1

3,8

3,0

3,0:1

99,9


Таблица 5

Результаты обработки мономинерального целестина растворами HNO3

навеска - 2 г; температура 20-25ºС,
продолжительность обработки 1 час, размеры частиц - 0,25 мм.
Стехиометрическое отношение HNO3:Доломит = 1:1

Концентрация раствора HNO3, %

Количество добавленного раствора HNO3

Значение

Ж:Т

Степень растворения, %

гр.

мл.

1

137,0

136,3

68,15:1

2,20

3

45,6

44,9

22,45:1

2,33

6

22,8

22,2

11,1:1

2,38

8

17,1

16,4

8,2:1

2,45

10

13,7

13,0

6,5:1

2,50

20

6,8

6,1

3:1

2,60

40

3,42

2,75

1,37:1

2,70


Таблица 6

Результаты обработки смеси целестина и доломита заданного состава

растворами HNO3 различной концентрации

навеска - 10 г; температура 20-25ºС,
продолжительность обработки 25 мин., размеры частиц - 0,25 мм.
Стехиометрическое отношение HNO3:Доломит = 1:1

Состав руды

Доломит+Целестин,

%

HNO3

Значение

Ж:Т

Степень растворения, %

%

мл.

доломита

целестина

20+80

7,0

36,9

3,69:1

99,1

0,6

40+60

15,0

33,0

3,3:1

99,5

0,9

60+40

20,0

36,1

3,61:1

99,4

1,4

80+20

20,0

48,1

4,81;1

99,4

3,3


Как видно из приведенных данных, растворимость доломита составляет более 98-99% при концентрации HNO3 не ниже 10% (таблица 4). Растворимость мономинерального целестина во всех концентрациях HNO3 не превышает 2,20÷2,70% (таблица 5). Следовательно, в смеси доломита с целестином можно ожидать селективное разложение доломита азотной кислотой. Это видно из таблицы 6, где приведены результаты обработки смеси доломита и целестина растворами HNO3 различной концентрации. Как видно из данных, во всех значениях состава смеси минералов степень разложения доломита составляет более 99%, при этом растворимость целестина колеблется в пределах 0,6÷3,3%. Таким образом, раствором азотной кислоты возможно обогатить целестиновую руду с получением концентрата целестина с содержанием SrSO4 более 98% и выходом не менее 96-97%. Он отвечает требованиям, предъявляемым для переработки целестина на соли стронция путем вскрытия химическими методами.

Получаемый как побочный продукт-раствор нитратов Ca и Mg может быть использован как сложное азотное удобрение или же для получения индивидуальных соединений кальция и магния известными методами [3].

Таким образом, достигается комплексное и безотходное использование исходной целестиновой руды путем ее химической обработки растворами азотной кислоты.


Литература:
  1. Байков А.А., Смирнов В.В. Целестин в палеоценовых отложениях Юго-Восточной Туркмении. //Известия АН ТССР. Сер.Физ-техн., хим и геол.наук, 1976, № 2.

  2. Евжанов Х. Переработка стронций-содержащих промышленных вод и минералов. Ашхабад, 1994.

  3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л., Химия, 1974, ч.1.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle