Л Іванченко, Л Ерайзер, І Ковалевська - Розробка методів одержання і дослідження властивостей штучного лангбейніту - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ Серія хім. 2004. Вип.45. С. 17-2і

VISNYK LVIV UNIV. Ser. Khim. 2004, No 45. P. 17-21

УДК 553.632:549.07

 

РОЗРОБКА МЕТОДІВ ОДЕРЖАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ ШТУЧНОГО ЛАНГБЕЙНІТУ

 

Л. Іванченко', Л. Ерайзер\ І. Ковалевська2

'Одеський національний політехнічний університет, пр. Шевченка, 1 Одеса, Україна

 

2Фізико-хімічний інститут НАНУ ім. Богатського, Люстдорвсъка дор., 86 Одеса, Україна

 

Розроблено метод синтезу лангбейніту з водних розчинів системи К+, Mg24 j| S04^, Н30. Виявлено ідентичність синтезованої солі і природного мінералу за хімічним і фазовим складом.

 

Ключові слова: Лангбейніт, синтез, система К*, Mg3* \\ SO^', НгО.

 

Полімінеральні руди Прикарпаття характеризуються складним мінералогічним складом, що значно ускладнює їхню переробху. Розробка способу комплексної переробки руди методом сульфатного видужування, який ми запропонували раніше [1, 2], потребує детального вивчення кінетики розчинення мінералів, які містяться в руді. Основний важкорозчинний мінерал, що впливає на ступінь витягу корисних компонентів, - лангбейніт (K2S04 ■ 2MgSO,f). Тому важливим етапом проведених досліджень було одержання штучного лангбейніту і вивчення Його властивостей.

З цією метою розробили та випробували два способи одержання штучного лангбейніту з сульфатів калію та магнію:

одержання лангбейніту з розплаву;

одержання лангбейніту з розчину.

При одержанні лангбейніту з розплаву потрібна висока температура (понад 900 °С), точність визначення стехіометричних кількостей вихідних речовин, висока чистота вихідних реагентів. Якщо недотримуватись них умов, то виходить кінцевий продукт із домішкою однієї з простих солей.

Ми застосували метод виділення лангбейніту з розчину. З цією метою використали ізотерму потрійної системи K2S04 - MgS04 - Н20 при температурі 100 °С, яка побудована в масовому масштабі баріцентричності, тобто зміст всіх компонентів системи виражений у масових відсотках. На ізотермі (ряс. 1) поле кристалізації лангбейніту обмежено трикутником Е, - Л - Е2, фігуративна точка Л відповідає складу лангбейніту. Евтоничні точки Е] і Е2 конгруентні, оскільки лежать у середині трикутників, утворених вершиною води і точками солей, які перебувають у рівновазі з кожним з евтоничних розчинів. ^

© Іванченко Л., ЕраЙзер Л., Ковалевська І., 2004

18


Л. Іванченко, Л. Ерайзер, I. Ковалевська


Як видно з діаграми, лангбейніт при цій температурі кристалізується з водяних розчинів також конгруентно. Тобто, при випарюванні води з розчину, приготованого з подвійної солі, чи (що важливо) з відповідних стехіометричних кількостей окремих її компонентів, кристалізується ця сама подвійна сіль. Якщо робити випарювання ненасиченого розчину лангбейніту, то на діагрвмі фігуративна точка розчину буде переміщатися за променем випарювання НгО - Л в ділянку високих концентрацій до точки М, де розчин стане насиченим. 5 міру подальшого видалення водяного пару з системи, склад сольової маси відповідає складу подвійної солі, у тверду фазу буде виділятися тільки лвнгбейніт, причому склад насиченого розчину не буде змінюватися, а його фігуративна точка М залишиться нерухомою до повного висихання розчину, хоча вона не є нонваріантною.

Рис. 1, Ізотерма потрійної системи K2S04 - MgS04 - Н20 при 100°С

 

Для синтезу штучного лангбейніту як вихідні речовини використовували безводний сульфат калію і семиводннй сульфат магнію марки ХЧ. Чистий лангбейніт

174,26 лл

містить:   сульфату   калію------- 100 = 41,99    мас.   %;   сульфату магнію

415,03

240,76 _ 5$ qi мас <уа ДдЯ 0ДЄржання юо г лангбейніту треба взяти 41,99 г 415,03

сульфату калію і 58,01 г чистого сульфату магнію або 118,78 г MgS04 ■ 7Н20. Маса соляної суміші т^н = 41,99 + 118,78 = 160,77 г. Мінімальна кількість води, потрібна для розчинення суміші солей, визначається за правилом важеля за діаграмою, зображеною на рис. 1

тсм  [мс    160,77-34                                                  . .

т„ ~                        =                 =- 160,77     г.    Маса    суміші після

2          1 34

1      'н^м J

розчинення   "*jjo:)4, = 160,77 +160,77 = 321,54   г.   Одержаний  насичений розчин

41,99 58,01

містить ----------------------------------------------        100 = 13,06 мас. % K2S04 і    100 = 18,04 мас. % MgS04, що на

321,54 321,54

діаграмі відповідають точці М.

Синтез штучного лангбейніту проводили на лабораторній установці, яку зображено на рис. 2. Установка складається з тригорлової колби /, яка поміщена в колбонагрівач 4. Колба забезпечена термометром 3 і зворотним холодильником 2, який може переводити в "пряме" положення (показано пунктиром). Вода, що випаровується, конденсується в холодильнику і надходить у збірник конденсату б. Синтез проводили так. V колбу поміщали розрахункову кількість реагентів і мінімально потрібну кількість води. Потім розчин доводили до помірного кипіння, спостерігаючи за поступовим розчиненням кристалів. V разі потреби через зворотний холодильник додавали воду до повного їхнього розчинення. Потім холодильник переводили в "пряме" положення і відганяли приблизно 1/10 частину води. Розчин став пересиченим, з нього починали випадати кристали лангбейніту. Для одержання великих кристалів холодильник кілька разів переводили в "пряме" і "зворотне" положення, щоб було достатньо часу для утворення досить великих фільтруючих кристалів. Відфільтрований продукт просушували в сушильній шафі при температурі 200 °С, потім аналізували. Вміст іона калію визначали ваговим методом за допомогою тетрафенілборату натрію, іона магнію - титруванням трилоном Б, сульфат-іона -осадженням хлоридом барію. Результати показали, що в межах погрішності аналізів вміст компонентів ([К+] = 19,98 мас. %; [Mg2+] = 12,19 мас. %; [SO,2T = 68,5 мас. %) збігається з теоретичними значеннями ([К+] = 18,84 мас. %; [Mg2+] = 11,76 мас. %; [S043] = 69,44 мас. %).

Також проводили реитгеиофазовий аналіз синтезованого лангбейніту на приладі типу ДРОН. Картки відповідних фаз узяті в картотеці АСТМ. Для аналізу брали зразки природного та синтетичного лангбейніту. На рентгенограмі обох зразків є практично всі лінії, властиві сполуці K2Mg2(S04)3 - кубічна структура. Сторонні лінії, які не належать цій фазі, мають інтенсивність менше 5 %, що близько до фонових значень. На рентгенограмах природного та синтетичного лангбейніту є невеликі відмінності стосовно інтенсивності деяких піків. Ці відмінності перебувають

174,26

містить:   сульфату   калію------- 100 = 41,99    мас.   %;   сульфату магнію

415,03

240,76

------- 100 = 58,01 мас. %. Для одержання 100 г лангбейніту треба взяти 41,99 г

415,03

сульфату калію і 58,01 г чистого сульфату магнію або 118,78 г MgS04 - 7Н20. Маса соляної суміші гг = 41,99 + 118,78 = 160,77 г. Мінімальна кількість води, потрібна для розчинення суміші солей, визначається за правилом важеля за діаграмою, зображеною на рис. 1

тсм  'мС     160-77-34 ...

тн п =   1                   ■■— = ———— = 160,77    г.    Маса    суміші теля

2          1 34

2      'н2ом іЦ

розчинення   "tp034 = 160,77 + 160,77 = 321,54   г.  Одержаний  насичений розчин

41-99  ,лл    „                    , „ 58,01

містить100 = 13,06 мас. % K2S04 і ——■100 = 18,04 мас. % MgS04, що на 323,54 321,54

діаграмі відповідають точці М.

Синтез штучного лангбейніту проводили на лабораторній установці, яку зображено на рис. 2. Установка складається з тригорлової колби }, яка поміщена в колбонагрівач 4. Колба забезпечена термометром З і зворотним холодильником 2, який може переводити в "пряме" положення (показано пунктиром). Вода, що випаровується, конденсується в холодильнику і надходить у збірник конденсату б. Синтез проводили так. У колбу поміщали розрахункову кількість реагентів і мінімально потрібну кількість води. Потім розчин доводили до помірного кипіння, спостерігаючи за поступовим розчиненням кристалів. У разі потреби через заоротний холодильник додавали воду до повного їхнього розчинення. Потім холодильник переводили в "пряме" положення і відганяли приблизно 1/10 частину води. Розчин став пересиченим, з нього починали випадати кристали лангбейніту. Для одержання великих кристалів холодильник кілька разів переводили в "пряме" і "зворотне" положення, щоб було достатньо часу для утворення досить великих фільтруючих кристалів. Відфільтрований продукт просушували в сушильній шафі при температурі 200 °С, потім аналізували. Вміст іона калію визначали ваговим методом за допомогою тетрафенілборату натрію, іона магнію - титруванням трилоном Б, сульфат-іона -осадженням хлоридом барію. Результати показали, що в межах погрішності аналізів вміст компонентів ([К+] = 19,98 мас. %; [Mg2t] = 12,19 мас. %; [S042"] = 68,5 мас. %) збігається з теоретичними значеннями ([К+] = 18,84 мас. %; [Mg21"] = 11,76 мас. %; [SO/-] = 69,44 мас. %).

Також проводили рентген о фазо вий аналіз синтезованого лангбейніту на приладі типу ДРОН. Картки відповідних фаз узяті в картотеці АСТМ, Для аналізу брали зразки природного та синтетичного лангбейніту. На рентгенограмі обох зразків є практично всі лінії, властиві сполуці K2Mg2(S04)3 - кубічна структура. Сторонні лінії, які не належать цій фазі, мають інтенсивність менше 5 %, що близько до фонових значень. На рентгенограмах природного та синтетичного лангбейніту є невеликі відмінності стосовно інтенсивності деяких піків. ЦІ відмінності перебувають

20                                                         Л. Іванченко, Л. Ерайэер, I. Ковалевська


в межах величин, які звичайно простежуюються для зразків, одержаних з різних джерел, зумовлені різною дефектністю цих матеріалів і невеликих перекручувань кристалічних ґраток. На основі аналізу можна зробити висновок, що синтетично одержаний зразок відповідає природному зразку за хімічним і фазовим складом.

Спробували провести цикл досліджень кінетики розчинення лангбейніту методом обертового диска на лабораторному стенді, описаному раніше [3]. З цією метою отриманий штучний лангбейніт пресували в таблетки діаметром 22 мм і аисотою 5 мм на пресі прн питомому тиску 500 МПа, Ці таблетки спікали при температурі, близькій до температури плавлення, для видалення мікропор. Коефіцієнт пористості, визначений з геометричних розмірів з урахуванням щільності лангбейніту, не перевищував 5 %.

Результати дослідів підтвердили, що лангбейніт належить до солей, які розчиняються кінетично. Зовнішні ознаки - відсутність правильних спіралевндннх фігур травлення на диску, характерних, наприклад, для дисків із хлориду натрію [3]. Замість них на поверхні лангбейнітового диска простежуються пітінгові (крапкоаі) поглиблення і потім розтріскування зразка. Подібні явища простежуються також при рюботі з дисками з природного лангбейніту в [4]. У зв'язку з цим дослідження новоїтехнології видужування лангбейніту сульфатними розчинами ми проводили за традиційною методикою в реакторі з мішалкою.

 

 

 

1.    Авт.свидетельство 608762 (СССР). Способ растворения полиминераяьной
хлорндно-сульфатной
калийной руды / О Д. Лях, Л.В. Писарев, А.П. Рубель,

2,    Иванченко Л.В., Лях О.Д., Эрайзер ЛИ. Новый способ выщелачивания
полиминеральных руд Прикарпатья насыщенным сульфатным раствором // Тр.
Одес. политехи, ун-та. Одесса, 1998. Вып. 1 (5). С.261 -263.

3.    Эрайзер Л.И., Иванченко Л.В., Чумак Л.Г. Исследование кинетики сульфатного
выщелачивания полиминеральных руд методом вращающегося диска // Сб.
научи, тр. Международной научно-техн, конф. Одесса, 2001. Т.
2. С.275 - 278.

4,    Елаживский И.И. Разработка технологии переработки галито-лангбейнитового
остатка после растворения полимннеральной руды Прикарпатья на комплексные
удобрения: Автореф. канд. техн. наук. Львов
, 1990,

 

THE ELABORATION METHODS OF RECEIPT AND PROPERTIES RESEARCH OF ARTIFICIAL LANGBEYNIT

 

L. Ivanchenko1, L. Erayzer1,1. Kovalevska2

'National Polytechnic University of Odesa, Shevchenko avenue, 1 Odesa, Ukraine

2A. V. Bogatsky Physico-Chemical Institute o/NASU, Luxtdorfska Doroga Str., 86 Odesa, Ukraine

 

The method of langbeynit synthesis from aqua solutions K+, Mg2* || SO/", H20 system is worked up. The identity of synthesized salt and natural mineral by chemical and phase composition is exposed.

Key words: Langbeynit, syntheses, K+, Mg1+ || S042", H30 system.

 

Стаття надійшла до редколегії 15.04.2004 Прийнята до друку 01.06.2004

Страницы:
1 


Похожие статьи

Л Іванченко, Л Ерайзер, І Ковалевська - Розробка методів одержання і дослідження властивостей штучного лангбейніту