Физико-химическое изучение способов получения коагулянтов и сырьевых материалов для производства фарфора из природных алюмосиликатных руд тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

л л На правах рукописи

1 3 I/"

РАХИМОВ Курбон Азизович

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОАГУЛЯНТОВ И СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАРФОРА ИЗ ПРИРОДНЫХ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ РУД

(02.00. 04 — Физическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Душанбе — 1998

Работа выполнена л Институте химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан.

Научные руководители:

доктор химических наук, старший научный сотрудник С А Ф И Е В Х.С. кандидат химических наук, старший научный сотрудник Б О Б О Е 9 Д.э:

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ШАР И Ф О В А.И. кандидат химических наук, старший научный сотрудник НАЗАРОВ X.

Ведущая организация - Таджикский Государственный Педагогический Университет им. К.Джураева-

Защита состоится " ff " ^ 1906 года в Л. час

на васеданим диссертационного совета К. 013.02.02 при Институте химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан по адресу: 734053 Г. Душанбе, ул. Айни, 299/2. E-UAIL, gull в academy.td.sllk.org.

С диссертацией можно овнакомиться в библиотеке Института химии им. В.К.Никитина АН Республики Таджикистан.

Автореферат равослаа " 1098 года.

Ученый секретарь диссертационного совета.

кандидат химических наук К А С Ы Ы"0 В А Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка рациональных технологических решений и применение новых более эффективных коагулянтов с целью ускорения разделения фаз дисперсных систем при минимальном расходе и стоимости реагентов - актуальные и важные проблемы.

Эффективная очистка природных и промышленных сточных вед от взвешенных л коллоидно-дисперсных веществ с применением коагулянтов позволила чацио.чально решить вопрос комплексной переработки минерального сырья, значительно увеличить водные ресурсы, вовлекая в хозяйственную деятельность новые источники водоснабжения и организуя технологические схемы с зачяснуткы водооборотоы.

' Развитие фарфоро-фаянсовой промышленности требует увеличения поставок полевошпатового и глинистого сырья и повышения их качества. Качество фарфора характеризуется его белизной и просвечиваемостью. Белизна фарфора зависит в значительной степени от чистоты керамического сырья. Поэтому требованкл, предъявляемые к сырьевым материалам фарфоро-фаянсовой промышленности, очень жёсткие в отношении содержания загрязняющих примесей.

Месторождения полевошпатовых материалов и каолиновых глин Таджикистана после проведения всего комплекса химико-технологических и .геологоразведочных работ и утверждения'запасов позволят значительно расширить сырьевую базу фарфоро-фаянсовой .промышленности, сократить дальность перевозок, улучшить качество сырья. Проведённые работы позволяют надеяться на созданиь новой сырьевой базы для фарфоро-фаянсовсй промышленности в Таджикистане.

Учитывая острую нехватку фарфорового сырья для промышленных предприятий республики, в настоящей работе приводятся результаты исследования по выделению данных сырьевых материалов из нефелиновых сиенитов, каолиновых глин и сиаллитов. Кроме того, республика очень нуждается в коагулянтах, применяемых для очистки питьевых и сточных вод, исходным сырьём для производства которых также являются нефелины, каолины и др. Получение коагулянтов и фарфорового сырья из указанных глиноземсодержащих руд требует принципиально новых технологических разработок, где одним из важных этапов процесса переработки является разложение сырья' с извлечением и выделением полезных его составляющих.

Целью настоящей работы является получение высокоэффективных коагулянтов для очистки веды и фарфорового сырья из нефелиновых, сиенитов и кзолинсодержащих руд, для чего-необходимо.было изучить следующие основные процессы:, хлорирование минералов нефелинового сиенита, солянокисло'тное .разложение- нефелиновых ейешгов и с5с-

тавляющих их мтералов, соляно- и сернокислотное разложение исходных и предварительно обожжённых каолиновых глин.

Научная новисиа работы заключается в том, что на основании хлорного я кислотного разложения алюмосиликатных минералов и руд и изучения физико-химических свойств полученных продуктов, разработаны способы комплексной переработки нефелиновых сиенитов и каолиновых глин.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результата получения коагулянтов из минералов нефелинового сиенита хлорным методой.

- результаты получения коагулянтов из нефелинового сиенита солянокислотным методом;

■ - результаты получения коагулянтов из исходных и предварительно обожжённых каолиновых глин серно- и солянокислотным методом с изучением кинепса этих процессов;

- рдеультаты получения фарфоровых сырьевых материалов из нефелиновых сиенитов и каолиновых глин кислотными методами.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались ва научной конференции, посвящённой 50-летию Института химии им. В.Ч.Никитина АН РТ (Душанбе, 1986). Результаты реботы апробированы на Турсунвадевскоы фарфоровом заводе и РО "Таджикво-доканал".

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследования и их обсуждения, 'списка использованной литературы. Диссертационная работа изложена на __ страницах машинописного

текста.

основное СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. Первая глава диссертации посвящена анализу литературных данных по способам получения коагулянтов из ашомосодержадих руд. Приводятся сведения об аломо- и железосодержащих коагулянтах, смешанных коагулянтах, а также сырьевых материалах для производства, ферфора.

о

Гяава II. ПОЛУЧШЕ ШЖХЮДКРЯАЩИХ СОЕДИНЕНИИ (КОАГУЛЯНТОВ) ИЗ АЛШОСЧЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И РУД

Ранее в работах Уирсачцова У. и сотр.' было показано, что в качестве сырья для получения коагулянтов и других полезных компо-

чептов методом хлорирования могут использоваться нефелиновые сиениты. Определённый интерес представляет изучение условий хлорирования отдельных минералов, выделенных из состава нефелиновых сиенитов Турпи.

Выделение монофракции минералов из состава сиенитоЕ осуществлялось В' лаборатории • ПО "Таджикгеология" и достоверность их

ИГ 903 юи

тгйгйтгя Л

%оо чсо Iаса

Рис 1. степень хлорирования отдельных минералов в зависимости от температуры.' а - сме.сь нефелина й канкринита; б - смесь минералов микроклина и'альбита; в -.амфибол;'-г - биотит*.

подтверждена химическим, рентгенсфазовым и кристаллоотическим методами. Ч основным минералам, входящим в состав указанных сиенитов, относятся: нефелин, амфибол, микроклин, альбит и биотит.

Хлорирование минералов, входящих в состав нефелиновых сиенитов. проводили в интервале 500-1000°С. Результаты анализов по извлечений оксидов На, К, А1 и Ре из состава отдельных минералов в зависимости от температуры представлены на рис.1.

Значения степени хлорирования минерала нефелина на рис.1а показывают, что хлорирование оксидов натрия, калия и алюминия начинается при бОО-5ЬО°С и с увеличением температуры до 900-950°С степень хлорирования составляет (в 2): ЫагО - Р5-03, А1г0з -" 84-86, К^О - 73-75.

Хлорирование полевых шпатов (смесь минералов микроклина и альбита) начинаете!» при Солее высоких температурах - 700-850°С. (рис.16). Бра 950°С степень извлечения составляет (р 2): ЫагО -80-83. А1г0э -.78-80, КгО - 60-63. Полевые шпаты в отличие от других минералов, в'тдящих в состав нефелиновых сиенитов, являются трудновекгываемьаи минералами, тек как Имеют более жёсткую кристаллическую решйтку.

Амфибол начинает хлорироваться при 550°С, • а при 950°С степень ьзвлечекиа оксидов составляет (в X): НагО - 98-99. РегОз 95-96, А1г0з - 88-90, КгО - 78-80 (рис. 1в). Вскрьшаемость минерала амфибола идёт легче, меы минералов полевых шпатов, что, видимо, нахецитс.т в прямой зависимости от структурных состояний компонентов, входящих в состав амфибола.

Хлорирование биотита (рисЛг) также начинается при 550°С, а при 950°С степень хлорированы достигает значений (в X): РегОэ <96-98, А120З - 85-86, КгО - 85-85,5.

• Аналг* степени .хлорирования минералов, входящих в состав сиенита, >казыьает на более лёгкую вс.фываемость минералов нефелина, амфибола и биотита по сравнению с минералами микроклином и альбитом, хотя при 950°С и достигаются высокие значения степени извлечения компонентов.

■"На степень хлорирования далюнентов, входящих в состав минералов, зероятно, оказывают влияние не только фазовый состав и кристаллическая структура исходного минерала, но и физико-химические свсйства образующихся хлоридов металлов.

- 5 -

Падучего® коагулянтов из нефелиновых сивнмгса

Механизм процесса вскрытия нефелинов и извлечение в раствор алюминия, железа, калия и натрия в виде хлоридов, определяется рядом внешних факторов, а именно, температурным режимом, продолжительностью процесса/ концентрацией и дозировкой соляной кислоты, а также размером частиц измельчённой руды.

При исследован'« влияния температуры нч ход реакции установлено, чт.о нефелиновые сиениты начинают вскрываться уже при комнатной температуре (20°С). С ростом температуры степень извлечения компонентов в раствор возрастает и при 98°С составляет (в 2): К20 - 39.5; А120з - 50.8; Ре203 - 98,8; ИагЭ - 71,8.

Изучение зависимости степени извлечения компонентов при .вскрытии нефелиновых сиенитов'от продолжительности выщелачивания показало, что уже в Течение 10 минут с момента взаимодействия соляной кислоты с рудой, вскрываемоеть очень велика, (в 2): КгО -35,1; А120з - 44.8; ИагО - 64.2; ГегОз - 78,2. Отмечено, что при увеличении времени выщелачивания степе::ь извлечения увеличивается незначительно, креме оксидов железа. Учитывая строгие требования ГОСТа по отношению содержания оксидов железа в полевошпатовом материале (Гег0з<0,2г). длительность процесса должна быть не менее 150 мин.

- Результаты исследования влияния концентрации соляной кислоты и её дозировки показывгют, что изменение концентрации от 10 до . 36% существенно изменяет степень вскрытия руды. Выяснили, что оптимальной концентрацией соляной кислоты, вводимой в реакционную массу, является 20-25%-ная.

Размер частиц сиенита в реакционной смеси не должен превы-йать 0,1-0,5 мм. Нефелиновые сиениты, измельчённые выше 0.5 мм, вскрывэгатея хуже, особенно их железосодержащая часть. .. '

Бри переработке нефелиновых сиенитов солянокгзлотным методом разделение твёрдой и жидкой фаз после разложения сырья трудоёмко и длительно, что объясняется высокой дисперсностью тзёрдых частиц, значительной вязкостью и плотностью солянокислых растворов хлоридов соответствующих компонентов. Определение, оптимальных условий разделения жидкой и твёрдой фаз неразрывно связано с. осуществлением 'других технологических операций/ и в первую очередь .с кислотной обработкой, т.к. . полученнал пульпа' после кислотного разложения подвергается отстаиванию или фильтрации.'-Скорость э^чпе

, процессов характеризуется физико-химически.«I свойствами дисперсионной среды и дисперсионной фазы. Длительное отстаивание пульпы при различных температурах и применение осздителей - флокулянтов, таких как полиакриламид, крахмал, жидкое стекло, винный камень и гранатов^» корки положительных результатов разделения не дали. Поэтому нсши разделение пульпы проводилось фильтрованием.

Исследовали влияние разности давления, температуры пульпы, ' высоты слоя осадка на скорость фильтрования. В качестве фильтровальной перегородки применяли перхлорвиниловуи ткань. Поверхность фильтрования составляла 63,6 см2. При увеличении разности давления наблюдается максимум скорости фильтрования при Р - 0,8 атм. -Следовательно, осадок состоит из частиц, обладающих большой способностью к деформации, поэтому фильтрование проводили при Р<0,8 атм. С созытелием температуры пульпы от 20 до 90°С скорость фильтрования увеличивается примерно в 10 раз вследствие понижения вязкости и плотности раствора. В последующих опытах температура поддерживалась равной 90°С и перепад давлений - 0,8 атм. С увеличением высотч слоя осадка от 1,0 до ?,0 см скорость фильтрования уменьшалась примерно в 2 раза..

На основании выполненных исследований выявлены оптимальные условия, процесса разделения жидкой и твёрдой фаз нефелиновых пульп после ¿олянокислотного выщелачивания: температура - 90°С; Я:Т - (4,5 - 8):1; высота стоя осадка - 2-3 см; разность давления - 0,8 атм.

При солянокисдотном разложении сиенитов в найденных оптимальных условиях образуегся жёлто-бурый раствор, представляющий собой смесь хлоридют солей алюминия, железа и др., которая можот быаь использована в качестве )лагулянтоЕ для очистки воды или разделена на отдельные'- компоненты, также представляющие практический ин-' терес. Кроме того, всоставе этой с-еси содержится определённое количество активной кремнекислого, которая является флокулянтом и применяется в технике водоочистки. Таким образом, появляется возможность получать и использовать при очистке воды растворы, содержание одновременно эффективные коагулянты и фдокулянт.

Коагулирующую способность алшожелезосодержащего коагулянта изучали методом пробного коагулирования при осветлении воды реки Варзоб, основные показатели которой варьировались в пределах: мутность 100-3400 мг/л; щелочность 1,6-2,0 мг-экв/л; рН 6,5-9,65; Т » Б-12°С. Все его основные коагулирующие свойства оп-

Г>еделены в сравнении с теми же свойствами широко используемого сульфата алюминия.

Кривые скорости осаждения коагулированной взвеси для указанных коагулянтов при щелочности 2,0 мг-экз/л, Т - б°С, рН - 7,8 представлены на рис.2.

Эффект

ссиоткй

%

tco

90 80 70

60 50 40

. ,30 .

Í0 20 30 ; 40 ' 3> ' /60

: Время оЬочйения мин^ ;

Рис.2. Кривее скорос!И осаждений коагулированной вввеси

для коагулянтов:--------. алшожелевосодерзгащий

коагулянт; --— сернокислый алюминий.

Как свидетельствуют приведённые данные, исследуемый коагулянт при Дозе в 2 раза.меньшей (по Al203+F"203). чём сернокислой алпминий, находится с ним на одном уровне по осветлению воды, т.е. эффект коагулирующего действия практически одинаков.

В процессе коагулирования алшожелезосодержащим коагулянтом значение рН воды снижается на 202 . меньше, чем при использовании сернокислого алюминия. Он обладает хорошей коагулирующей способностью при значении рН 7,0-11,0.. Особенно, при рН. исходной , вода 7,8-10,0 образуются прочные хлопья с хорошими адсорбционными свойствами, быстро Ьеедавдие д обрагумцие штатный осадок.

- 8 - •

Водуияи» коагулятов ю юашнаыж глмв

Каолин - тонкодисперсная пластичная порода, продукт выветривания полевых штатов, слюд, гранитов и других горных пород; состоит з основном иг минерала каолинита - А1г0з'25102*2Нг0 и различных примесей (кварца, полевого шпата, слгды и др.)

В настоящем разделе изучено слияние различных факторов (температуры и продолжительности процесса, концентрации и дозировки кислоты) в широких интервалах изменения параметров на вскрывае- . мозга сырья, химический состав которого приводится в табл.1.

Таблица 1

йммсюй соям иаинид гаш

Месторок-|Помер! . Содержание элементов. масс.Х__

дение щробы 15109 1А1?.0а1Рв£.СЫРе0 |СаО |Кг0 |МаО |Нр.О |п.п.п. Миенаду 25 56,92 20.08 7.0 1.72 0.56 1.7 0.75 1.19 9.56 "Еодда-49" 49 63.1С 23.2 0,65 0,56 0.7 2.81 0.41 0,26 7,73

/(осадочные) - ,___^_

Зидды (кора 74 39,82 20.5 13.86 0.29 0.56 0.40 0.15 1.0 12.86 выветривания) __ ____•

Результаты кислотного разложения не обожжённых каолиновых руд при температурах 20-80°С 20Х-ной соляной кислотой при 2-часовой обрэвогда руды ("Уйенаду", "Эидды-49") показали следующие результаты: степень извлечения глинозема для обоих образцов 10-14Х, извлечение РегОз для пробы "Миеналу" составляет от 69,3 до 85,4*, для пробы "2И1ЛЫ-49" от 18,7 до 25.17.. Изменение концентрации НС! в, пределах 20-362 мало влияет на выделение гликозе«»а в раствор.

В реэу. ьтате виполненны:: исследований разложения каолиновых глин • "оляной кислотой (обевжелсзование) можно рекомендовать оле-душцне условия процесса: продолжительность 30 мин. температура разложения 80-98°С, концентрация соляной кислоты 20% масс.

■ Установлено, что при обжиге до температуры ,Д00°С молекула каодШта практически не претерпевает химических превращений и степень извлечения глинозема при солянокислотном разложении составляет 4,5 - 1С«. При температуре 500-600°С. по-вилимому, происходит удалешв воды, извлечение оксида алюминия в раствор у таких образцов резко повышается и достигает 80-831 (Зиддн-74). У образцов, обожжённых при 800-900°С наблюдается незначительное извлече-

ние оксида алюминия- в раствор. Это объясняется образованием небольшого количества AI2O3 и при 900°0 - муллита, трудно раствори-Ыш в кнолот-е. Предварительный обжиг каолиновых глин мало влияет на извлечение оксида гелева..

Увеличение длительности обжига при 550-600°С ма~о влияет за извлечение глинозема. ' Дальнейшее увеличение времени обжига (до 2 час) ке приводит к существенному изменению извлечения оксида алюминия, наоборот, извлечение РегОз уменьшается. Перехода диоксида кремния в раствор практически не наблюдается.

В результате выполненных исследований кислотного разложения предварительно обсижбнных каолиновых глин можно рекомендовать следующие условия процессов: температура обжига Б50-600°С, продолжительность обжига 60 мин, температура разложения 98°С, дли--тельность разложения 120-мин. концентрация соляной кислоты 202 масс.. '-.'".,.•

Каолинсодержацее сырьё - сиаялита содержат большое количество железа, которое препятствует их использованию в естественном виде в производстве фарфоро-фаянсовых изделий. Сернокислотная переработка сиалли/ов проводилась с целью получения глинозема, коагулянтов и сырья для фарфоро-фаянсовой промышленности.

Пробу предварительно измельчали в шаровой мельнице до крупности <0.4 мм. Серная кислота дозировалась из расчёта образования сульфатов алюминия,' железа, натрия и кальция.' Полученную пульпу фильтровали и промывали твёрдый остаток несколько раз горячей дистиллированной водой. В растворе определяли содержание оксидов алюминия и железа по общепринятым методикам. Исследовано влияние температуры,и продолжительности процесса, концентрации кислоты и размера частиц на степе® извлечения полезных компонентов.

Реакция сиаллитов ■ с серной кислотой является экзотермической. поэтому кислоту предварительно нагревают не до температуры разложения, а несколько ниже, иначе возможен перегрев, вспенивание и разбрызгивание массы.

Влияьие температуры изучено в интервале от 20 до 98°С, ríe неизменными факторами являлись: длительность обработки - 120 мин, концентрация кислоты - 75Z, дозировка H2SO4 г 100% стехиометрии.'

. С увеличением температуры в указанном интервале степень извлечения оксидов алюминия и железа соответственно изменяется от 0,3 до 13,82; от 3,о8 до 97,82 (рис.За), оптимальной температурой обработки является 9б°С. . При дальнейшем'.повышении т жературы

наблюдается снижение извлечения указанных ;:омпонентов, что объясняется потерей кислот» и воды.

НИН

20 40. 60. 80 100 С,* 0,063 0,1 0,160,3 0,4 d , ш»

Рис.З. Зависимость степени извлечения компонентов сырья от температуры (а),, ^ продолжительности процесса (б), концентрации H2SQ4 ''в) и размера часгиц (г). 1 - 'РегОз; 2 - AI2O3.

Сувеличением длительности процесса переработки от 30 до 120 ' мин извлечение МгОэ. и ГегСз возрастаат: от 4,1 до Í3.8X и от 56,9 до 97,82, сответственно . При дальнейшем' увеличении длитель-вогти процесса извлечение этих компонентов изменяется незначительно. V Для максимального извлечения полезных компонентов достаточно ^двухчасовой обработки исходного сырья (рис/&0). X' В следующей серии опытов изучалось влияние концентрации кислоты от. 5 fio 92Z (рис.Зв). Неизменными факторами в данном случае являлись: температура.- 98°С, продолжительность - 120 минут, дозировка кислоты - 1COZ стехиометрии. С ростом концентрации кислоты до 70-75.1 степень извлечения компонентов возрастает, достигая

максимального значения 10.3-lS.8r А1г0з * 87-95,851 рвгОз. При дальнейшем увеличении концентрации кислоты степень извлечения компонентов из состава руды сшивется, вследствие уменьшения соотношения жидкой и твёрдой фаз. увеличения вязкости пульпы, которые в свсю очередь привадят к уменьиеяио скорости диффузионного-переноса ионов водорода к нераздидивддшся частицам сиаллитов.

Влияние крупности "частиц сяалхнтов на извлечение компонентов-показано на рис.Эт.. Как зидно. врушкл'ть частиц руды в исследуемом интервале мало влияет на извлечение компонентов, поэтому оптимальной фракцией жато считан» крупность частиц менее 0,4 мм.

Основные факторы, влияпшв на скорость процесса, изменяли» в следующих интервалах: темперктурв 20-93°С. размер чагеиц сырья 0,063-0,63 му, скорость вращения метки 150-600 обЛьн. При атом использовали стехиоыетрическое количество серной кшуюты.Хсоле-доааииь проводили в тпрмостгтрсвяаясм реакторе о образным холодильником при Непрерывном переживания.

Результаты опытов по киавиа» раалояеяия сталлитаа серной кислотой представлены на рис.4. Степень извлечения оксида железа, входящего в состав сиаддита, при температурах 20-6С°С изменяется, прямолинейно, при 80-9а°С вначале наблюдается аналогичный характер хода кривой, данной зависимости, а послс 30 мин изменение степени извлечения оксида железа с течением времени увеличивается параболически.

На рис. 4в представлена зависимость логарифма кснетаяты скорости разложения от величины образной абсолютной температуры. Как видно из рисунка, точки удовлетворительно укладывается на ярямуи Аррениуса. По наклону прямой была вычислена ветдчина. вакуцейся' энергии активащш» которая составила 30,6 кДх/мань. .

Предварительно изучаюсь влияние скорости перемешивания на степень извлечения. Интенсивность перемешивания не сказывается на степени ивыечения оксида железа, что свидетельствует об отсутствий внешнедиффузионного торможения. " ■

Проведённые исследования показали, что с уменьшением круп-' ности частиц сиаллитоя в лнтервале 0,63-С,0в3 мм степень извлечения оксида железа равномерно возрастает с результате увеличения удельной поверхности контакта реагирующих частиц с серной ' кисло-

той. Зависимость скорости процесса кислотного разложения от размера частиц указывает на то, что процесс, протеказт во внутридиф-фузионной области.

Рис.4. Зависимость степени извлечения оксида железа от

времени (а), зависимость 1еС1/(1 - «)] от времени (б) . и 1еК от обратной абсолютной температуры (в).

Таким образом, в процессе.кислотного разложения сиаллитов извлечение оксидов железа в раствор в исследованном интервале изменения параметров пр^екает в смешанной области, близкой к диф-

фузионной. Сб этом свидетельствует численное значение энергии активации 30.6 кДж/ксль и зависимость скорости реакции разложения от размера частиц сиаллитов.

В настоящей работе также изучена • кинетика содянокислотного разложения счаллитов. 3 процессе солянокислотного разложения сиаллитов извлечение оксидов железа в раствор в исследованием интерваге изменения параметров также протекает в смешанной области. близкой л диффузионной. Об этом свидетельствует числовое значение энергии активации 29 кДх/моль и функциональная связь между скоростью реакции разложения и размером частиц сиаллитов.

Глава III. ЬОХГаЕВШ CWUSIK МАЯРЯЛЮ

дта производства домра

Известно, что наиболее доступным и экономически выгодным способом обезжелезования алюмосиликатных минералов является обра-бона их минеральными (серной, соляной и щавелевой) кислотами при нагревании. Анализ литературных данных (глава I) показывает, что кислотная обработка алюмосиликатов с целью удаления железа является одним из распространит« методов. В процессе кислотной обработки расходы ютслоты обычно колеблются от 100 до 500 кг/т, а температура обработки составляет около 100°С. В ряде случаев выщелачивание железа осуществляют при повышенном давлении.

При использовании полевошпатовых материалов важнейшими требованиями являются ссотношение в них 'оксвдр калия и оксида натрия, характеризуемое калмевьа модулем, который должен составлять не менее 2-3. и содержание оксидов железа, которое "аш:о находиться в пределах 0.2-0,35!.

Перспективным и Еесьма. ценным новым видом сырья для получения полевсипатовых материалов могут сгать нефелиновые сиениты Турпи. Однако содержание в них оксидов железа составляет в среднем 4.5-S.5X и калиешй модуль - 1.1, что не позволяет использовать та в производстве фарфора и фаянса Сев предварительного обогащения.

Падянокислотной обработкой нефелилогых "иенитоз Турпи нам удалось "случить полевоаттатовый материал; удозлетЕоряюций требованиям, предъявляют к полевым пшатам ПИН 0,2-3 по ГОСТу 7U30-75 для производства художественного и хозяйственного фарфора и фаянса и -электротехнического фаофора.

На фарфоровом заводе были проведены опытно-промышленные испытания подученного полевошпатового материала. В состав фарфоровой массы взамэк используемого привозного пегматита вводили наш полевошпатовый материал. Производство фарфоровой массы и изделий на её основе проводилось го принятой на заводе технологической схеме. Изучение физико-химических и керамике-технологических свойств опытных масс в фарфоровых изделий проводили в экспериментальном цехе и ЦЭЛ. в сравнении с производственной массой и изделиями завода, полученной в одинаковых условиях.

Испытуемый материал представляет собой мелкозернистый материал белого цвета; состоит, главным образом, кз полевых шпатов (микрокаив и альбит), аморфного кремнезема и имеет следующий примерный химический состав, 2 вес.: 70,0-74,0 БЮг; 14,0-16,0 А1г0з; 7.5-8,5 КгО; 2,0-2,8 НагО; 0,1-0,2 ГегОз; 1,5-2,5 г.п.п.

Испытание материала на чистоту проведено путём огневой г.ро-ч-бы. Он был опробовав в составе опытной массы, близкой по химическому составу массе завода. При изготовлении опытной массы были испольго^аны сырьевые материалы, применяемые ка фарфоровом заводе. Пегматит, как плавень, был заменён испытываемым полевошпатовым материален. Зная химсостав требуемого фарфора и химсостав используемых сырьевых материалов, был сделав соответствующий пересчёт шихтового состава массы.

Состав фарфоровой массы включает следующие компоненты (по сухому весу): каолин просяновский (ГОСТ 21-208-82, марки КФ-3) -392; глина веселовская (ТУ 21-28-203-81, марки ВГО-1) - 122; кварцевый песок курганчинский (ГОСТ 7030-75, марки КПШМ-62-2) -202; долевошпатовый материал - 172; утильный череп - 32; бентонит огландинский, сверх 1002 - 12; жидкое стекло, сверх 1002 - 0.52.

Сырьевые материалы в расчётных количествах были загружены в шаровую мельницу и после их обработки был получен шликер, не отличающийся по поведению и параметрам от производственного. Из полученного шликера (суспензии) литейными способами были изготовлены опытные партии фарфоровых изделий (чайники, пиалы, вазы, различные сувенирные изделия, а танке отдельные части этих изделий).

После сушки опытные образцы обжигали в печи ПШ прт' температуре 730°С- в течение 3 чаров. Второй обжиг глазурованных изделий проводили в туннельной печи при температуре 1380°С в течение 25 часов по1 существующему на заводе температурному и газовому режимам. Подученные .эксце ментальные фарфоровые изделия были испита-

ны по отраслевой методика-и установлено, что все юс технологические характеристики находятся на уровне заводской продукции.

Для иа учения физико-химических и технологических свойств опытной фарфоровой массы также были изготовлены различные, треСу-емые по чнструкции, образцы (стержни, цилиндры,.' плитки и др.). Результаты проведённых испытаний показали, . что фарфороьые массы, приготовленные с использованием опытного материала, по своим. свойствам блузки к производственной массе фарфорового завода.

Производство фарфоровой массы и изделий на основе каолинов такте проводилось по принятой на заводе технологической схеме. Изучение физдао-механических и керамико-технологических свойств опытных масс и изделий проводили в экспериментальном цехе и ©Л и сравнивали с производственной массой и изделиями ваЕода, получанными в одинаковых условиях.

После облагораживания пробы содержание суммы окислов железа не превышало и,82 масс. Каждый полученный материал бы* испытан на огневую пробу, представляющую собой мелкозернистый сыпучий порошок белого цвета с незначительным* различием по белизне.

Испытываемые образцы каолина были включены в состав опытной массы, Слизкой по химическому составу массе завода. При приготовление опытной массы были использованы сырьезые компоненты, используемые на фарфоровом заводе. Состав фарфоровой заводской мае- * сы включает слздугщие компоненты (по сухому весу): каолин - 55,02. кварцевый песок кугганчинскии - 22,02, пегматит -16,02, череп утильный - 6,02. Сверх 1002 добавляют жидкое стекло и кальцинированную соду до 1,52.

Было составлено три рецепта с участием в качестве основы местного каолинового сырья: первый - проба N 31 - 28,CZ и каолин Ангрена - 23,02, второй - . проба N 31 - 37,52 и каагин N 49 -18,52 и, наконец, третий, полностью составлен из компонентов месторождений Таджикистана - каолин N 74 - 48,02, полевошпатовый материал - 222, песок - бонгонит - 42.

Исходные сырьвые материалы в расчётном количества загружались в гэровую мельницу. После измельчения полученный глилар при влажности 37,22 имеет текучесть 14,1 сек.

Из полученного сликера (суспензии) литейным способом' (набор черепа не превышал 10 сек) были изготовлены опытные партии фарфоровых изделий (чайники, пиалы, вазы, различные сувенирные изделия и отдельные части этих изделий). Зоздушно-сухие образцы суточной

вздержки обжигали в печи ПСЕ (печь обжиговая конвейерная) при температуре 780°С в течение 1.5 часа. Политой обжиг глазурованных изделий проводили в туннельной печи при температуре 1380°С в течение 25 часов по существующему на ваводе температурному и временному релину.

Таблица 2

Керачико-тотгодогическке свойства использованных каолиновых глин.

_ Наименование показателя__

Вид глины |_Усадка___(Механичес-|Адсор-|Водо- |Остаток

|воздуш-1огневая|общаяIкая дроч- |5дая. Iпоглощ.|на сите

,__I 110°С |1350°С I |ность, Ша[ мг/л | X |К 0056,7.

Зидды N 74

грубо 3.8 16,3 20.1 7,7 12,8 10,9 • 25,7

измельч. 6,5 19,5 25,0 21,4 9,2 5,7 6,4

Зидды К 49

грубо 3.6 8,3 11.9 1,0 11,5 .2,2 .24,4

измельч. 4,3 10.2 14,5 12.7 10,4 0,5 5,6

Зчдды N 31

грубо 4,4 15,8 20,2 5.5 16,0 4,5 28,6

Просяновск

N 237. 4.7 19.6 24,3 ' 18.2 - 5.7 5.4

N 238 3,6 18.6 22.2 19.3 - 4.1 5,8

Ангрен

N 255 4,9 " 9,5 14.4 30,2 18,5 8'. 8 5,5

N 248 обогащ. 7,0 13,4 20.4 41,5 25,6 9.6 0,3

Таблица 3

Керамико-техяажинческие свойства опигнмх масс

Наименование показателя

Массл по рецепту

N 1|N 2 3 3 с глиной|Заводской

Усадка. X воздушная (110°С) 3,9 4,2 5.1 4,9 4,0

огйевая (1350°С) 13.2 14,8 16.9 16,1 15,3

\ обитая 17.1 19,0 22,0 21,0 19,3

Механическая прочность. МПа 29.9 25,0 29,1 26,8 25,9

А^оорбция, МГ/Л 17.С 16,0 12,8 11.8 15,2

Влажность, 7, » 37.2 36.5 40,0 39.0 37.6

Остаток на сите N 0С56, X 1,5 1,8 1,0 1.0 1.1

Коэффициент загустеваемости 2.2 2,8 2.1 2,4 2,3

Водопоглсщение, X 0.37 0,40 0,33_0,20_0,35

Полученные экспериментальные фарфоровые изделия были также . испытаны по отраслевой методике и установлено, что технические характеристики образцов находятся на уровне заводской продукции. Для изучения физико-механических и технологических свойств исследуемых проб каолина (табл.2) и опытной фарфоровой массы на их основе (табл.о) были изготовлены требуемые по инструкции образцы -стержни, цилиндры, плитки.

Результаты проведённых испытаний показали, что фарфоровые массы, приготовленные с использованием местных сырьевых материалов, по свойствам близки к производственной мтссв фарфорового завода.

выводи

1. Изучены условия взаимодействия составляющих минералов во** фелиновых сиенитов с хлором в присутствии восстановителей. Установлено, что на степень хлорирования компонентов, входящих в состав минералов, екагывает влияние не только фазовый состав и кристаллическая структура исходного минерала, но и физико-химические свойства образующихся хлоридов металлов.

?. Изучено взаимодействие нефелиновых сиенитов и составляющих их минералов с соляной кислотой. Найдены оптимальные условия кислотного разложения сиенитов: концентрация кислоты 15-202, тем-, пература 100-105°С, продолжительность 100-120 мин, дозировка кислоты на алюминий и железо 120-1Е0Х от стехиометрического количества.

3. Исследована коагулирующая способность хлоридных адюможе-лезосодержадих растворов и показано, что алха*сиеле8осодержащий коагулянт пс своему коагулирующему действию несколько превосходит сернокислый алюминий.

4. Исследована кинетика сернокислотного разложения сгаллитов ■ в интервале 20-1С0оС. Вычисленное значение кажущейся энергии активации 30,6 кДж/мсхль и зависимость степени извлечения оксидов железа от размера частиц скадлитов указывают на внутридиффузкоя-ную область протекания процесса. Найдены оптимашие условия взаимодействия исходных и'предварительно обожжённых каолиновых глин и сиаллитов с серной кислотой.

5. Разработаны прин-дапиальные технологические схемы комплексной переработки изученных алюмосиликзтных руд кислотным способом. Исследованием физико-химических свойств • алюмосиликатных

руд и продуктов их кислотного разложения показано, что они являются качественным сырьём для производства коагулянтов и фарфоровых изделий.

' Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Сафиев X.. Ыирзоев В., Рахимов К.. Ыирсаидов У. Солянокислот-ное разложение нефелиновых сиенитов // Изв. АН Республики Таджикистан. Сер. физ.-мат.,хим. и техн. наук. 1995, N 3, с.66-58.

2. Сафиев X., Ыирзоев Б., Рахимов К. Хлорирование алшосиликатных минералов нефелинового сиенита Турпи // Там же. с. 69-71.

3. Сафиев X., Ыирзоев Б., Рахимов К:, Ыирсаидов У. Солянокислот-ное разложение минералов нефелинового сиенита Турпи // Докл. АН Республики Таджикистан. 1995, т. 38, N 5-6, с.52-56.

4.. Вобоев Х.Э., Сафиев X., Рахимов К. А. Кинетика солянокислотного разложения сиаллитов// Докл. АН Республики Таджикистан. 1996, т. ЗГ. N 1-2, с.34-39.

5. Сафиев X., Бобоев Х.Э., Гайдаенко Н.В., Рахимов К.А, Ыирсаидов У. Кислотное разложение каолиновых гтан Таджикистана // Докл. АН Республики Таджикистан. 1995, т. 38, N 5-6, с.57-61.

6. Сафиев X., Бобоев Х.Э., Гайдаенко Н.В., Рахимов К. А, Ыирсаидов У. Кислотное разложение предварительно обожжённых каолиновых глин Таджикистана // Докл. АН Республики Таджикистан. 1995, Т. '38, N 5-6. с.67-70.

7. Сафиев X.. Рахимов К.А, Бобоег Х.Э., Ыирсаидов У. Использова-- зие абгазной соляной кислоты ПО "Таджикхшпром" для получения

коагулянтов // Республиканская конференция, посвящённая 50-ле-1Щ Института" химии АН Республики Таджикистан: Тезисы докладов". - Душанбе, 1996, с.90.

8. Сафиев X., Рахимов К.А, Бобоев Х.Э., Ыирсаидов У. Сернокислотное разложение каолиновых глин Таджикистана. Там же, с.91.

9. Рахимов К.А., Бобоев Х.Э., Сафиев X. Кинетика сернокислотного разложения сиаллитов// Докл. АН Республики Таджикистан. 1997, т. 40, N 1-2, с.49-51.