Физико-химическое обоснование и разработка азотнокислотного способа комплексной переработки рисчорритов

• Автор: Горбунова, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 144 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМИНИЙСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ
2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ
2.1. Характеристика образцов рисчорритов
3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ЛЗОТНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РИСЧОРРИТОВ
3.1. Взаимодействие алюмосиликатов калия с азотной кислотой
3.2. Поведение примесных железосодержащих минералов при обработке рисчорритов азотной кислотой
3.3. Исследование возможности выделения нитрата калия из растворов разложения рисчоррита
3.4. Исследование кинетики образования алюмината калия при взаимодействии нитрата калия с различными формами глинозема
4. ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РИСЧОРРИТОВ
4.1. Исследования по обогащению рисчорритов
4.2. Исследования по активированию рисчорритов
4.2.1. Термическое активирование
4.2.2. Термохимическое активирование
4.2.3. Автоклавное щелочное активирование
4.3. Оптимизация процесса азотнокислотного разложения активированного рисчоррита
4.4. Исследование свойств растворов от азотнокислотного разложения активированного рисчоррита
4.5. Исследование некоторых физико-химических свойств аморфного кремнезема, выделенного из кислотонерастворимого остатка от разложения рисчоррита
5. УКРУПНЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ РИСЧОРРИТОВ
5.1. Азотнокислотное разложение рисчоррита и фильтрование пульп
5.2. Упаривание азотнокислых растворов
5.3. Термическая обработка (спекание) нитратных плавов
5.4 Переработка алюминатных спеков
ВЫВОДЫ....................................................... 111 .
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Увеличение количества и улучшение качества сельскохозяйственной продукции требуют непрерывного роста производства и применения минеральных удобрений, в том числе калийных. Россия располагает настолько значительными запасами калийного сырья (сильвинита), что может обеспечивать калийными удобрениями не только внутренние потребности страны, но и поставлять их в больших количествах на экспорт. Однако ассортимент и качество этих удобрений не в полной мере соответствуют необходимым требованиям, так как сельскому хозяйству они поставляются в основном в виде хлористого калия. В то же время агрохимическими исследованиями установлено, что многие растения весьма чувствительны к хлор-иону. В частности, он снижает урожайность и качество овощей (например, картофеля), фруктов, чая и многих других сельскохозяйственных культур. Кроме того, внесение его в почву способствует ее закислению. Поэтому за рубежом до 10% калийных удобрений выпускаются в бесхлорной форме, в основном в виде сульфата и нитрата калия. Эти удобрения особенно востребованы при выращивании культур, чувствительных к хлору, в закрытом грунте, при внекорневой подкормке растений, а также в качестве калийной составляющей при производстве высококачественных комплексных азотно-фосфорно-калийных (МРК) удобрений. В СССР производство бесхлорных видов калийных удобрений (сульфата калия и калимагнезии) не превышало 2% от общих объемов производства. Нитрат калия сельскому хозяйству практически не поставлялся.
Производство бесхлорных солей калия известными методами, в частности методами конверсионного обмена хлористого калия с другими солями, весьма сложно и связано с получением большого количества трудно реализуемых отходов. В СССР эту проблему планировалось решать на основе комплексной переработки калийсодержащего глиноземного сырья. Попутное получение глинозема и другой продукции позволяет значительно
снизить себестоимость производства бесхлорных калийных удобрений. В промышленных масштабах была освоена комплексная переработка алунитов на Кировобадском глиноземном заводе, где получали значительную часть производимого в стране сульфата калия. Действующие заводы по переработке нефелина производили в значительных количествах поташ. В связи с тем, что потребность в нем относительно невелика, планировалось при строительстве новых предприятий по переработке нефелина перерабатывать поташ на бесхлорные калийные удобрения.
С целью обеспечения сельского хозяйства страны, особенно восточных ее регионов, бесхлорными видами калийных удобрений в 1980-х годах в СССР был выполнен большой объем исследований по получению их на основе комплексной переработки высококалиевых псевдолейцитов Сыннырского массива (сынныритов), расположенного в Прибайкалье примерно в 200 км от трассы БАМа [1]. Сынныриты являются весьма перспективным сырьем для получения солей калия, глинозема и других продуктов. Однако вовлечение их в переработку связано с рядом значительных трудностей, так как месторождение находится в бездорожной, слабо заселенной горно-таежной местности Байкало-Патомского нагорья, характеризующейся суровыми климатическими условиями
(продолжительностью бесснежного периода - 3 месяца) и высокой сейсмичностью. Поэтому создание необходимой инфраструктуры требует очень высоких капитальных вложений.
Вместе с тем Россия располагает практически неограниченным источником альтернативного сырья, каковым являются хибинские рисчорриты. Свое название они получили от горы Рисчорр, где эти породы были впервые выявлены. Месторождения их находятся вблизи действующих рудников ОАО «Апатит» и СЗФК и даже примыкают к ним. Более того, они входят в состав вскрышных пород, бортов и подошв этих предприятий. Специальных геологических работ по оценке и поиску обогащенных по калию рисчорритовых месторождений не проводилось. Однако по оценкам

В случае отсутствия справочных характеристик для некоторых сложных веществ необходимые величины определялись, исходя из известных данных для составляющих их простых веществ и молярного соотношения между ними (правило аддитивности). Например, для азотной кислоты НИОз’пНгО (п = 0, 1,3) уравнения зависимости термодинамических характеристик в зависимости от «п» имеет вид:
ДС°298= -(80.70 + 236.95-п), кДж/моль;
ДН°298 = -(173.0 + 285.84-п), кДж/моль;
$°298 = 156.16 + 69.96-п, Дж/(моль-К);
Ср°298 = Ю9.77 + 75.22-п, Дж/(моль-К).
Результаты расчета, представленные в графическом виде на рис. 3.1, показывают, что протекание всех приведенных реакций термодинамически вероятно. При этом в случае использования 100%-ной НЫОз термодинамические характеристики процесса увеличиваются с ростом температуры, а при использовании моногидрата и более разбавленных кислот имеет место обратная функциональная зависимость энергии Гиббса, а, следовательно, и константы равновесия от температуры.
Из полученных данных также следует, что реакционная способность калиевых алюмосиликатов по отношению к азотной кислоте возрастает в ряду полевой шпат-лейцит-кальсилит.