Физико-химический аспект технологических процессов образования и разложения ортофосфатов металлов в кислых средах

• Автор: Добрыднев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 407 с. : ил

1.1. Кислотное разложение фосфатного сырья

1.1.1. Азотнокислотное разложение фосфатного сырья

1.1.2. Сернокислотное разложение фосфатного сырья

1.1.3. Фосфорнокислотное разложение фосфатного сырья

1.1.4. Азотноссрнокислотнос разложение фосфатного сырья

1.1.5. Разложение фосфатного сырья другими кислотами

1.1.6. Основные направления совершенствования технологии процессов разложения фосфатного сырья
1.1.7. Физикохимические методы экспериментального изучения реакции взаимодействия фосфатного сырья с кислотами

1.2. Способы получения апатитов

1.2.1. Получение гидроксилапатита

1.2.2. Получение фторапатита

1.2.3. Получение карбонатапатита
1.2.4. Получение соединений со структурой апатита
1.3. Способы получения ортофосфатов железаШ
1.3.1. Кристаллические фосфаты железа
1.3.2. Аморфные фосфаты железа
1.4. Строение и физикохимические свойства ортофосфатов жслсзаШ
1.4.1. Кристаллические фосфаты железа
1.4.2. Аморфные фосфаты железа
1.5. Гидролитические и коллоидные свойства ионов железа Ш в водных растворах
1.6. Области применения ортофосфатов железаШ
1.7. Очистка электролита хромирования от ионов железа.
1.7.1. Рсагснтные методы
1.7.2 Реагентиоионообмснные методы
1.7.3 Реагентноэлектрохимические методы 1.8. Заключение
2. Экспериментальная часть
2.1. Ионометрический контроль кинетики разложения апатитов
2.1.1. Схема и принцип работы экспериментальной установки
2.1.2. Методика проведения потенциометрических исследований процесса кислотного разложения апатитов
2.1.3. Характеристики блока потенциометрических измерений
2.1.4. Подготовка объектов исследования
2.1.5. Изменение потенциала стеклянного электрода в зависимости от активности протона
2.2. Физикохимические методы анализа 3 Расчетная часть
3.1. Моделирование химических равновесий
3.2. Табулирование термодинамических данных неорганических соединений методом сравнительного расчета
3.2.1. Термодинамические свойства производных апатитов при 8 К
3.2.2. Термодинамические свойства производных апатитов в интервале температур 8 8 К
3.2.3. Энергетические характеристики кристаллической решетки апатитов
3.2.4. Термодинамические свойства апатитов в водном растворе при стандартных условиях
3.2.5. Условия растворения твердых веществ
3.2.6. Расчет произведений активностей производных апатитов
3.2.7. Проявление закономерностей между отношением энергии Гиббса образования твердого соединения и составляющих его ионов
3.3. Расчет химических равновесий в системе водный распор кислоты апатит ФАП и ГАП и растворимости твердого реагента
3.4. Расчет химических равновесий в хромовокислых и сернокислых водных растворах сульфата железа
4. Обсуждение результатов
4.1, Кислотное разложение фтор и гидроксилапатитов
4.1.1. Химизм реакции азотнокислотного разложения фторапатита
4.1.2. Химизм реакции фосфорнокислотного разложения фторапатита
4.1.3. Химизм реакции сернокислотного разложения фторапатита
4.1.4. Химизм реакции азотнокислотного разложения гидроксилапатита
4.1.5. Химизм реакции фосфорнокислотного разложения гидроксилапатита
4.1.6. Химизм реакции сернокислотного разложения гидроксилапатита
4.2. Кинетические параметры процесса кислотного разложения апатитов
4.2.1. Вывод кинетического уравнения процесса кислотного разложения минерального сырья
4.2.2. Определение порядка реакции
4.2.3. Определение кажущейся энергии активации
4.3. Влияние ПАВ на кинетику разложения апати тов
4.4. Влияние строения ДЭС на кинетику разложения апатитов
4.4.1. Механизм возникновения заряда на границе раздела апатит вода
4.4.2. Анализ реакции кислотного разложения апатитов синергетическим методом
4.5. Механизм кислотного разложения апатитов
4.6. Термодинамические основы получения ортофосфатов металлов
4.6.1. Термодинамические основы получения производных апатитов гидротермальным способом
4.6.2. Термодинамическое моделирование процесса синтеза фосфатов железа III в аморфном состоянии
4.6.3. Удаление железа 1 из отработанного электролита хромирования
4.7. Расчет ионообменных характеристик гидроксил и фторапатитов в водных растворах электролитов
5. Технология процессов образования и разложения твердых неорганических фосфатов в кислых средах
5.1. Технологическая схема модификации поверхности фторапатитового концентрата ПАВ на стадии подготовки сырья
5.2. Технологическая схема модификации поверхности гидроксилапатита ПАВ на стадии нейтрализации
5.3. Термодинамический анализ типовых технологических процессов кислотного разложения фосфатного сырья
5.4. Технология очистки электролита хромирования от железа III
5.5. Технология получения ортофосфатов металлов гидротермальным способом
Выводы Литература Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5 Приложение 6 Приложение
Введение


Этим способом удается получить очень чистую кислоту, содержащую Р2О5, так как она полностью переходит в спиртовой раствор, а хлорид кальция и основная часть соляной кислоты остаются в водной фазе В работе 6 исследованы процессы разложения фосфоритов Каратау соляной кислотой в зависимости от различных факторов нормы и концентрации кислоты, температуры, продолжительности взаимодействия реагентов, и установлено, что при норме соляной кислоты 0 от стехиометрии, концентрации и температуре С время проведения процесса не превышает 0,5 часа. Поведение фтора при солянокислотном выщелачивании забалансовых фосфоритов состава в , Р2О5, , СаО, 1. ТЖ в реакционной смеси. Каратау ной соляной кислотой при се норме
0 Наилучшие показатели получены в случае нейтрализации солянокислотной вытяжки при С, норме карбоната кальция . РгО в этих условиях достигает ,8 , а преципитат формируется в виде хорошо фильтрующихся кристаллов, обеспечивающих сьем осадка 2,8 тмч 0 Возможность селективного разложения фосфатов соляной кислотой изучалась в работах 1, 2, с использованием верхнекамской руды состава Р0 , СаО ,9, . Результаты исследования солянокислотного разложения низкосортных фосфоритов с получением преципитата Р5 , СаО , , показывают, что солянокислотная технология может решить проблему утилизации абгазной соляной кислоты и переработки бедных фосюритов и отходов горнообогатитсльных производств 2. В работе 3 изучен процесс получения монокальцийфосфата из фосфатного сырья с высоким содержанием оксидов железа, алюминия и магния в условиях рецикла маточного раствора, содержащего фосфорную кислоту и хлорид кальция, показано, что железо и алюминий выделяются в виде фосфатов вместе с готовым продуктом, а катион магния, накапливаясь в маточном растворе, способствует высаливанию соединений кальция В обзоре 4 приведены некоторые физикохимические свойства солянокислотных пульп и растворов фосфатов в зависимости от состава фосфатного сырья, концентрации кислого реагента и условий разложения, экспериментально определены плотности, вязкости, электропроводности кислотных вытяжек, полученных разложением фосфоритов Каратау и Сардара Вязкость солянокислотной пульпы, полученной из фосфоритов Сардара, в 1,2, раза выше вязкости пульпы, полученной из фосфоритов Каратау, а электропроводность солянокислотных растворов и пульп из фосфоритов Каратау в 1,,3 раза выше относительно растворов и пульп фосфорита Сардара 4. Для увеличения скорости фильтрования. При этом в солянокислый раствор переходят соединения железа от 0,9 до 1,1 и магния от 0,3 до 0,4 . Более концентрированные растворы соляной кислоты 9 непригодны в процессе химического обогащения, так как в нем разлагается фосфатная часть фосфоритной муки с последующим переходом в раствор ионов кальция и фтора. Увеличение отношения ЖТ, а также температуры приводит к растворению фосфатной части фосфоритной муки Полученные данные могут быть использованы в технологии обогащения фосфоритной муки 7 Авторы работы 8 проводили кинетические исследования разложения фосфатного сырья Карагау ной соляной кислотой с прекращением реакции введением в систему нбутилового спирта, экстрагирующего остаточную соляную и образующуюся фосфорную кислоты За первые с разложение фосфорита проходит с большой скоростью, в раствор переходит РгО Процесс разложения фосфоритз двухстадийный различаются кинетическая и диффузионная области. Степень извлечения ЯсгО. Как показали результаты исследований 6 8 процесса солянокислотного разложения фосфатного сырья, этот способ представляет интерес для переработки бедных фосфоритов или их обогащения Использование слабоконцентрированных до 9 растворов С1 позволяет проводить селективное разложение минералов, при этом процесс разложения проходит с высокой скоростью при достаточно низких значениях температуры сС и характеризуется степенью извлечения Р5, близкой к 0 Однако, применение солянокислотного способа для получения ортофосфорной кислоты ограничено тем, что отходом процесса разложения является раствор хлорида кальция, содержащий органические спирты. Одними из наиболее перспективных кислых реагентов в переработке фосфатного сырья в настоящее время считаются кремнефтористоводородная и фтор и стовод сродная кислоты, при использовании которых техпроцесс может быть организован циклически и без отходов. Уравнение 1.