химия
CHEMISTRY
Б01: 10.12731Awsd-2015-6.1-3 УДК 661
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА МАГНИЯ ИЗ СЕРПЕНТИНИТОВЫХ РУД ХАЛИЛОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Петлин И.В., Панкова О.В.
В данной работе исследован процесс разложения серпентинито-магнезита Халиловского месторождения серной кислотой с целью получения сульфата магния 7-водного (MgSO •7H О). Новизной работы является тот факт, что в качестве исходного сырья используется серпен-тинитомагнезит Халиловского месторождения, в отличие от традиционных подходов получения сульфата магния из каустического магнезита и природных растворов морского типа. В работе сделаны выводы по применению сернокислотной технологии переработки с последующим дробным осаждением примесных составляющих. Качество конечного продукта оценивалось с помощью элементного анализа на содержание примесей с использованием метода масс-спектрометрии, а так же были получены ИК- спектры промежуточных и конечного продукта- сульфата магния семиводного. В результате исследования был получен сульфат магния 7-водный, качество которого полностью соответствует предъявляемым ГОСТ 4523-77.
Ключевые слова: сульфат магния; серпентинитомагнезит; серпентинит.
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF MAGNESIUM SULFATE OBTAINING FROM SERPENTINITE ORES OF KHALILOVO DEPOSIT
Petlin I.V, Pankova O.V
In this labor was studied the process of decomposition of Khalilovo field's serpentinitomagnezite with sulfuric acid to produce magnesium sulfate 7-wa-ter (MgSO4 • 7H2O).The novelty of the work is the fact that as the feedstock was used Khalilovo field's serpentinitomagnezite, unlike traditional approaches of producing magnesium sulphate and caustic magnesite from natural solutions marine type.
In the labor were made the conclusions on the use of sulfuric acid processing technology, followed by fractional precipitation of the impurity components. The quality of the final product was estimated by elemental analysis for impurities using mass spectrometry, as well as the IR spectra were obtained of intermediate and final product- of magnesium sulfate heptahydrate.
Keywords: magnesium sulfate; serpentenito-magnesit; serpentinite.
Сульфат магния нашел свое применение во многих сферах жизни и отраслях промышленности, таких как металлургия, производство огнеупоров, текстильная и бумажная промышленность, а так же медицина и фармакологическая отрасль [2].
Промышленное потребление сульфата магния обусловлено использованием его преимущественно в качестве удобрений для сельского хозяйства [1]. В России подзолистые песчаные почвы, крайне нуждающиеся в магниевых удобрениях, имеют площадь примерно в 8 миллионов гектар (га). Расход сульфата магния для данных целей составляет около 120 кг/ га, а значит общая потребность рынка в сульфате магния составляет более 1 миллиона тонн [4].
В РФ сульфат магния получают при взаимодействии магнезита каустического с серной кислотой, а также из природных растворов морского
типа. Основными производителями сульфата магния 7-водного являются: Буйский химический завод (г. Буй, Костромская область) и Химический завод имени Карпова (г. Менделеевск, Республика Татарстан).
Объем производства на этих предприятиях не позволяет обеспечить потребность рынка сельскохозяйственной отрасли Российской Федерации в магниевых удобрениях. Наблюдается 30% дефицит сульфата магния на внутреннем рынке.
Предлагается в качестве сырья для получения MgSO4•7H2O использовать серпентинитомагнезит Халиловского месторождения. Халиловское месторождение относится к инфильтрационным месторождениям аморфного магнезита [3]. Магнезит образуется в результате выветривания серпентина и воздействия на него углекислых вод:
Н4М^209 + 2Н20 + 3С02 = 3MgCO3 + 2SiO2 + 4 Н20 Месторождение располагается в Оренбургской области, на восточных склонах Южного Урала. При этом Оренбургская область находится в числе лидеров среди субъектов Российской Федерации по доли в общей площади сельскохозяйственных угодий [3].
Серпентинитомагнезит (СМН) Халиловского месторождения представляет собой сырой, дробленный, молотый классифицированный полиминерал серпентинитовой руды - порошок серого цвета со следующим минеральным составом: серпентин (Mg3Si2O5•(OH)4); магнезит (MgCO3); кальцит (СаСОЗ); магнетит (FeFe2O4). Химический состав серпентинитомагнезита Халиловского месторождения представлен в таблице 1.
Таблица 1.
Химический состав серпентинитомагнезита
Элементы, % мас. Mg Si Al Ca Fe №
СНМ 23,5 14,8 0,15 1,1 4,9 0,2 0,06
Серпентинитомагнезит применяется в качестве сырья при производстве сухих строительных смесей, керамики, кровельных и гидроизоляционных материалов, пластмасс, огнеупорных порошков, жаростойких
цементов, минеральных удобрений, для очистки воды и сернистых газов.
Определение количества элементов, содержащихся в исходном СМН, проводили на атомно-эмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP6300 Duo.
Фазовый состав исходного серпентинитомагнезита был получен с помощью ИК-спектрометрии на фурье-спектрометре NICOLET 6700 Thermo Electron Corporation в диапазоне волновых чисел 50 - 4000 см-1, в токе азота. Для области 4000 - 400 см-1 образцы готовили прессованием таблеток, соотношение исследуемое вещество: KBr - 1:300. Ик-спект исходного СМН представлен на рисунке 1.
v-j о
3500 3000 2500 2000 1500 1000 Волновое число,см1 Рис. 1. Ик-спектр серпентинитомагнезита Халиловского месторождения
Переработка СМН включает стадии предварительного измельчения, взаимодействия с серной кислотой, фильтрации и кристаллизации MgSO4•7H2O. Технологический цикл получения сульфата магния из серпентинитомагнезита представлен на рисунке 2.
Подготовленный по фракционному составу СМН в виде пульпы разлагается серной кислотой по следующим реакциям: Серпентин:
М^05(0Н)4 + 3H2SO4 = 3MgSO4 + 2SiO2 + 5Н2О
Магнезит:
MgCO3 + Н^О4 = MgSO4 + С02! + н2о
Кальцит:
СаС03 + Н^О4 = CaSO4 + ТО2| + Н20
Магнетит:
FeFe2O4 + 4Н^О4 = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4Н20
Помимо основных минералов в пульпе присутствуют примесные элементы: А1, 2п, Мп, Ni, Со, РЬ которые в результате реакции переходят в сульфаты соответствующих металлов и находятся в растворимой форме. В результате реакций сернокислотного разложения компонентов серпен-тинитомагнезитовой руды происходит выделение газообразных С02 и Н20.
Накапливающиеся в растворе примеси в значительной степени влияют на стабильность процесса в целом, а также на качество сульфата магния.
Осаждение примесей проводится предварительно подготовленной пульпой ПМК. ПМК - порошок магнезиальный каустический является продуктов обжига магнезита Халиловского месторождения.
При осаждении наблюдается изменение значений водородного показателя. Оптимальное значение рН при котором осаждаются большая часть примесей находится в интервале 6,5.. .7.
Повышение значения рН реакционной массы в процессе осаждения обусловлено взаимодействием не прореагировавшей (свободной) серной кислоты с ПМК по следующим реакциям:
MgO + Н^О4 = MgSO4 + Н20 СаО + H2SO4 = CaSO4 + Н20 Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + ЗН2О А^Оз + 3H2SO4 = Al2(SO4)з + ЗН2О
Одновременно с нейтрализацией кислоты протекают реакции гидролиза сульфатов железа и алюминия, в результате которых происходит осаждения данных примесей:
Fe2(SO4)з + 6Н2О = 2Fe(OH)з! + 3H2SO4
FeSO4 + 2Н2О = Fe(OH)24 + Н£О4 Al2(SO4)з + 6Н2О = 2А1(ОНЦ + 3H2S О4
Рис. 2. Технологическая схема переработки СМН
Параллельно с железом и алюминием в осадок выпадают: 2п, Мп, N1, Со, РЬ. Мышьяк образуя арсенаты железа и алюминия переходит в нерастворимую форму.
После стадии взаимодействия с серной кислотой пульпа направляется на декантацию, после чего осадок, состоящий преимущественно из не прореагировавшего диоксида кремния и образовавшегося в результате реакции гипса поступает на фильтрацию.
Полученная пульпа после стадии фильтрации разделяется на твердую фазу (щлам) и маточный раствор сульфата магния.
Раствор сульфата магния отправляется на упаривание и кристаллизацию, где получают кристаллический MgSO47H2O.
Конечным результатом исследования является полученный 7-водный сульфат магния, качество которого соответствует ГОСТ 4523.
Для контроля качества полученного MgSO47H2O были отобраны пробы и проведен элементный анализ на содержание примесей с использование метода масс-спектрометрии с индуктивной связанной плазмой на спектрометре iCAP 6300 Duo. Результаты анализа конечного продукта и шлама сульфатизации серпентинитомагнезита представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты элементного анализа
Элемент Кристаллы Шлам
MgSO47H2O
Mg, % мас. 99,0 11,05
Si, % мас. 0 12,6
Fe, % мас. 0 3,38
Ca, % мас. 0,02 1,28
Ni, % мас. 0 0,16
Cr, % мас. 0,0003 0,06
Al, % мас. 0,0016 0,113
Co, % мас. 0 0,008
Pb, % мас. 0 0
As, % мас. 0 0
Zn, % мас. 0 0,0022
Mn, % мас. 0 0,046
Кристаллы 7-водного сульфата магния были проанализированы на фурье-спектрометре NICOLET 6700 Thermo Electron Corporation в диапа-
зоне волновых чисел 50 - 4000 см-1, в токе азота. Ик спектр полученных кристаллов MgSO4•7H2O представлен на рисунке 3.
2500 2000 1500
Волновое число,см1 Рис. 3. Ик-спектр MgSO4■7H2O
Использование сульфата магния может существенно увеличить количественное и качественное состояние годового урожая.
Существующие объемы производства сульфата магния в России не удовлетворяют запросам рынка. Следовательно, производятся закупки сульфата магния за рубежом. Предлагаемый способ позволяет использовать отечественные сырьевую и материальную базы.
Качество получаемого сульфата магния полностью соответствует требования, предъявляемым ГОСТ 4523.
Список литературы
1. Байкин Ю.Л., Каренгина Л.Б., Байкенова Ю.Г. Эффективность использования магнезита в качестве магниевого и известкового удобрения. Аграрное образование и наука. 2013. №3.
2. Позин М.Е. Технология минеральных солей. М: Химия,1974. 792 с.
3. Солодкий Н.Ф., Шамриков А.С., Погребенков М.В. Минерально-сырьевая база Урала. ТПУ, 2009. 332 с.
4. Федеральная служба государственной статистики. URL: http://www.gks.ru (дата обращения: 15.02.2015).
References
1. Baykin Yu.L., Karengina L.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.