Исходное сырье иматериалы
В экспериментеиспользовалась соляная кислота концентрацией 36% и плотностью 1,178 г/см3марки «х. ч.» и серпентинит Киембаевского месторождения с технологическогопотока ПО «Оренбургасбест», имеющий следующий химический состав (% масс): MgO – 40,62; SiO2 – 35,20; Fe2O3 – 9,49; ППП – 13,57; Al2O3 – 0,68; СaO –0,57; Cr2O3 – 0,21; NiO –0,19; MnO – 0,10; CoO – 0,01.
Химический анализвыполнен лабораторией ЦНИИ Геолнеруда.
Минералогический составпредставлен следующими минералами (% масс): хризотил – 60,0; лизардит –10,0-13,0; антигорит – 2,0-3,0; немалит – 9,0; магнезит ~ 2,5; магнетит – 4-5.
В ходе данногоэксперимента использовался серпентинит фракцией -0,63+0,14 мм.
При проведенииэкспериментов и анализов исходного сырья и продуктов использовались растворы,приготовленные из реактивов, приведенных в таблице 3.1.
Все растворыприготавливались с использованием дистиллированной воды ГОСТ 6709 – 72.
Таблица 1 – Реактивы,используемые для приготовления растворов.Название Хим. формула ГОСТ Сульфосалициловая кислота
C7H6O6S•2H2O 4478-68
Двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, комплексона ІІІ
( Трилон Б )
C10H14O8N2Na2•2H 2O 10652-73
Парадиметиламинобензол сульфокислый Na
(Метиловый оранжевый)
C14H14N3O3SNa 10816-64 Натр едкий NaOH 4328-77 Аммиачно-буферный раствор
NH4Cl
NH4OH
3773-72
3760-79
Mетодика проведенияэксперимента[1,2]
Перед началом опыта вреактор, который представляет собой цилиндрический стакан с эллиптическимднищем (V=450 мл), вносили рассчитанноеколичество необожженного серпентинита, заливали рассчитанным количествомдистиллированной воды и добавляли концентрированную кислоту небольшими порциямипри постоянном перемешивании стеклянной палочкой. Затем раствор герметизировалии помещали в нагретый до 90° термостат. Далее устанавливали частоту вращениямешалки такую, чтобы суспензия находилась во взвешенном состоянии (мешалка 4-хлопастная с наклонными лопастями).
Через 2,5 часаэксперимент прекращали, суспензию фильтровали на вакуум-фильтре. Фильтратпереносили в бюкс, взвешивали и анализировали в нем содержание MgCl2, FeCl3, HCI.Осадок промывали горячей дистиллированной водой (порциями по 100 мл) доотрицательной пробы на Cl- — ионы по AgNO3 (800-1000 см3).
Промытый осадок высушивалив сушильном шкафу при температуре 110-120°С в течение 2 часов, взвешивали ианализировали на содержание в нем SiO2,влажность и ППП.
Методика проведенияанализа фильтрата [3]
Взвешивали бюкс, бюкс сфильтратом (10 мл), переливали в стакан и добавляли 20-30 мл дистиллированнойводы и 1 мл HNO3(конц) (для перевода Fe2+ в Fe3+). Нагревали до 100°С и держали 10-15 минут. По каплямдобавляли NH3 (1:1), перемешивая до появления бурых оксидов Fe(OH)3, до легкого неисчезающего запаха аммиака.Осадок отстаивался на водяной бане при 70-80°С не менее получаса.
Раствор из стаканадекантировали на беззольный фильтр и фильтровали в мерную колбу. Остатокраствора вместе с осадком переносили на фильтр. Стакан и палочку несколько разпромывали горячей водой (не менее 5-6 раз). Объем раствора в мерной колбе послеохлаждения доводили до метки.
Определение содержанияMgO
Из мерной колбы отбиралипипеткой 10 мл раствора и помещали в коническую колбу, приливали 10 мламмиачно-буферного раствора, 100 мл дистиллированной воды (~70°С), добавлялииндикатор кислотный хром синий и титровали 0,05 М раствором трилона Б при сильном перемешивании до голубой окраски.
Расчет вели по формуле:
СMg2+=[V•(N•K)•Э•VK/m•Vn•1000]•100,% (1)
где V – объем трилона Б, пошедшего натитрование анализируемого раствора, мл;
Э – эквивалент MgCl2 (Э=47,6052);
N – нормальность трилона Б;
К – поправочныйкоэффициент трилона Б;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Определение содержанияFe3+
Осадок с фильтром смываливодой в стакан, в котором велось осаждение. Частицы осадка на фильтрерастворяли 20 мл HCl (1:1). Раствориз стакана фильтровали и количественно переносили в мерную колбу на 250 мл идоводили водой до метки.
Из мерной колбы пипеткойотбирали 50 мл раствора и переносили в коническую колбу. Доливали 50 млдистиллированной воды и нейтрализовали NH3 (1:1) до pH=4÷5по универсальной индикаторной бумаге. Раствор подогревали до 40-60°С. Добавляли5 мл HCl (1:4) и индикатор – 5 капель 10%-гораствора сульфосалициловой кислоты, и титровали 0,05 М трилоном Б до зеленовато-желтой окраски.
Расчет вели по формуле:
СFe3+= [V•(N•K)•Э•VK/m•Vn•1000]•100,% (2)
где V – объем трилона Б, пошедшего натитрование анализируемого раствора, мл;
Э – эквивалент FeCl3 (Э=54,0677);
N – нормальность трилона Б;
К – поправочныйкоэффициент трилона Б;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Определениекислотности
Из мерной колбы отбиралипипеткой 10 мл раствора, добавляли индикатор метил-оранжевый и титровали 0,1 М NaOH до перехода окраски из красной воранжевую.
Расчет вели по формуле:
фильтратвыщелачивание серпентинит кремнезем аморфный
СH+=[V•(M•K)•Э•VK/m•Vn•1000]•100,% (3)
где где V – объем NaOH, пошедшего на титрование анализируемого раствора, мл;
Э – эквивалент HCl (Э=36,4606);
M – молярность раствора NaOH, М;
К –коэффициент молярностиNaOH;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Методика проведенияанализа аморфного кремнезема [1]
Oпределение нерастворимого в HClостатка ( SiO2)
Взвешивали навескупромытого и высушенного осадка 1 г с точностью 0,2 мг и переносили в стакан.Добавляли 150 см3 5%-ного раствора HCl и нагревали при температуре 90 — 100°С в течение 3часов при постоянном перемешивании. Стеклянную палочку постоянно держали встакане, который накрывали часовым стеклом.
После 3-х часов иуменьшения объема раствора до 30 – 40 см3 суспензию количественнопереносили в выпарную чашку и упаривали досуха (~2 часа). После этого чашку ссухим остатком накрывали часовым стеклом, через носик чашки по каплям вводили15 см3 концентрированной HCl и оставляли на 10-15 минут на водяной бане, затем горячий растворфильтровали через беззольный фильтр в стакан. Чашку обмывали на фильтр и осадокпромывали до исчезновения реакции на Cl-ион (7 ступеней).
Фильтр с осадком помещалив предварительно прокаленный и взвешенный тигель и прокаливали при 800°С втечении не менее 2-х часов. После прокаливания тигель с навеской охлаждали вэксикаторе. Осажденный осадок взвешивали с точностью 0,2 мг.
Содержание нерастворимогов HCl остатка считали по формуле:
Х=(mост/mнав)•100,% (4)
где Х – содержаниенерастворимого в HCl остатка, %;
mост – масса нерастворимого остатка послепрокаливания, г;
mнав – масса навески, г.
ППП (потери припрокаливании)
Форфоровый тигельпредварительно прокаливали до постоянной массы при температуре 900°С, не менее2-х часов, остужали в эксикаторе и взвешивали. Взвешивали с 1 г серпентинита с точностью 0,2 мг и прокаливали при 900°С в течении 3-х часов.
Расчет вели по формуле:
ППП=[(mт+н1)-(mт+н2)]/[(mт+н1)-mт]•100,% (5)
где mт – масса тигеля, г;
н1 – массасерпентинита до прокаливания, г;
н2 – массасерпентинита после прокаливания, г.
Результатыэкспериментов и их обсуждение
Результаты экспериментовприведены в таблицах 2-4.
Таблица 2 – Результатыанализа фильтрата, полученного путем выщелачивания серпентинита 20-ти %-ной солянойкислотой
Температура,˚С
Время выщелачивания, мин
Промывные воды
Содержание
Mg2+,%
Степеньизвлечения
Mg2+ ,%
Содержание
Fe3+,%
Степеньизвлечения
Fe3+,%
Остаточная кислотность,
%
Температура,
˚С
Объем,мл 90 180 55-60 1000 2,01 58 5,56 90 180 60-65 900 2,06 58 5,03 95
210
+6 дней 60-65 900 17,52 95 2,98 85 4,65 95 210 70-75 800 17,79 96 1,39 38 4,49 90 180 80-85 750 17,86 97 1,38 38 4,67
Таблица 3 – Результатыанализа полученного кремеземистого остатка
Температура,
˚С
Промывные воды
Время выщелачивания,
мин
Нерастворимый в HCl
остаток,%
Потери припрокаливании,
%
Температура,
˚С
Объем,
мл 90 55-60 1000 180 82,19 39,69 90 60-65 900 180 70,89 36,37 95 60-65 900 210+6 дней 95 70-75 800 210 83,38 39,08 90 80-85 750 180 85,41 39,05
Для подбора оптимальныхусловий выщелачивания, при которых из серпентинита максимально извлекаются всеценные компоненты, необходимо изучить в отдельности действие всех факторов напроцесс выщелачивания и установить их оптимальные пределы.
В ходе данной работы мыисследовали влияние температуры и времени выщелачивания на степень извлечениямагния и железа. Как видно из полученных данных, повышение температуры на 5°С ивремени выщелачивания на 30 минут не сильно влияют на степень извлечения магнияи железа, поэтому можно проводить эксперименты при следующих условиях:температура 90°С, время выщелачивания 180 минут и концентрация HCl 20%. В ходе нашего эксперимента мыдостигли высоких степеней извлечения Mg2+(97%), но не добились высоких степеней извлечения Fe3+(max 85%). Возможно, это связано с тем, что брусит,содержащий Mg2+, легко растворяется в HCl, а растворимость магнетита, вкотором содержится железо, уменьшается в ряду H3PO4, H2SO4,HCl, HNO3. Вследствие этого Fe3+ плохо переходит в раствор, поэтому степень извлечения егонизкая.
Что касается промывкиполученного кремнеземистого остатка, то повышение температуры промывных водсокращает число операций промывки и уменьшает количество промывных вод.
Если говорить окремнеземистом остатке, то ППП исходного серпентинита составляют 13,57%, а ПППполученного кремнезема составляют, в среднем, 39%.
ППП для серпентинита –это потеря кристаллизационной воды из кристаллической решетки. Для исследуемогоаморфного кремнезема ППП – это потеря адсорбированной в порах аморфного оксидакремния (SiO2) воды. Поскольку значения ППП получились очень высокими,то можно предположить, что полученный аморфный кремнезем очень крупнопористый.Исследуя таблицу 3 можно сделать вывод, что увеличение температуры и временивыщелачивания не влияет на ППП кремнеземистого остатка.
Список литературы
1. Методы анализа рассолов и солей /Под ред. Ю.В. Морачевского, Е.М. Петровой. – М.: Химия, 1964. – 406 с.
2. Перельман В.И. Краткий справочникхимика / В.И. Перельман. – М.: Химия, 1964.- 295 с.
3. Коростелев П.П. Приготовлениерастворов для химико-аналитических работ / П.П. Коростелев. – М.: Наука, 1964.– 398с.