Исходное сырье и материалы
В эксперименте использовалась соляная кислота концентрацией 36% и плотностью 1,178 г/см3 марки «х. ч.» и серпентинит Киембаевского месторождения с технологического потока 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 анализ выполнен лабораторией ЦНИИ Геолнеруда.
Минералогический состав представлен 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 данного эксперимента использовался серпентинит фракцией -0,63+0,14 мм.
При проведении экспериментов и анализов исходного сырья и продуктов использовались растворы, приготовленные из реактивов, приведенных в таблице 3.1.
Все растворы приготавливались 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•2H2O | 10652-73 |
| Парадиметиламинобензол сульфокислый Na(Метиловый оранжевый) | C14H14N3O3SNa | 10816-64 |
| Натр едкий | NaOH | 4328-77 |
| Аммиачно-буферный раствор | NH4ClNH4OH | 3773-723760-79 |
Mетодика проведения эксперимента [1,2]
Перед началом опыта в реактор, который представляет собой цилиндрический стакан с эллиптическим днищем (V=450 мл), вносили рассчитанное количество необожженного серпентинита, заливали рассчитанным количеством дистиллированной воды и добавляли концентрированную кислоту небольшими порциями при постоянном перемешивании стеклянной палочкой. Затем раствор герметизировали и помещали в нагретый до 90° термостат. Далее устанавливали частоту вращения мешалки такую, чтобы суспензия находилась во взвешенном состоянии (мешалка 4-х лопастная с наклонными лопастями).
Через 2,5 часа эксперимент прекращали, суспензию фильтровали на вакуум-фильтре. Фильтрат переносили в бюкс, взвешивали и анализировали в нем содержание MgCl2, FeCl3, HCI. Осадок промывали горячей дистиллированной водой (порциями по 100 мл) до отрицательной пробы на Cl- - ионы по AgNO3 (800-1000 см3).
Промытый осадок высушивали в сушильном шкафу при температуре 110-120°С в течение 2 часов, взвешивали и анализировали на содержание в нем SiO2, влажность и ППП.
Методика проведения анализа фильтрата [3]
Взвешивали бюкс, бюкс с фильтратом (10 мл), переливали в стакан и добавляли 20-30 мл дистиллированной воды и 1 мл HNO3(конц) (для перевода Fe2+ в Fe3+). Нагревали до 100°С и держали 10-15 минут. По каплям добавляли 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 стакана декантировали на беззольный фильтр и фильтровали в мерную колбу. Остаток раствора вместе с осадком переносили на фильтр. Стакан и палочку несколько раз промывали горячей водой (не менее 5-6 раз). Объем раствора в мерной колбе после охлаждения доводили до метки.
Определение содержания MgO
Из мерной колбы отбирали пипеткой 10 мл раствора и помещали в коническую колбу, приливали 10 мл аммиачно-буферного раствора, 100 мл дистиллированной воды (~70°С), добавляли индикатор 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 на титрование анализируемого раствора, мл;
Э – эквивалент MgCl2 (Э=47,6052);
N – нормальность трилона Б;
К – поправочный коэффициент трилона Б;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Определение содержания Fe3+
Осадок с фильтром смывали водой в стакан, в котором велось осаждение. Частицы осадка на фильтре растворяли 20 мл HCl (1:1). Раствор из стакана фильтровали и количественно переносили в мерную колбу на 250 мл и доводили водой до метки.
Из мерной колбы пипеткой отбирали 50 мл раствора и переносили в коническую колбу. Доливали 50 мл дистиллированной воды и нейтрализовали NH3 (1:1) до pH=4÷5 по универсальной индикаторной бумаге. Раствор подогревали до 40-60°С. Добавляли 5 мл HCl (1:4) и индикатор – 5 капель 10%-го раствора 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 на титрование анализируемого раствора, мл;
Э – эквивалент FeCl3 (Э=54,0677);
N – нормальность трилона Б;
К – поправочный коэффициент трилона Б;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Определение кислотности
Из мерной колбы отбирали пипеткой 10 мл раствора, добавляли индикатор метил-оранжевый и титровали 0,1 М NaOH до перехода окраски из красной в оранжевую.
Расчет вели по формуле:
фильтрат выщелачивание 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 молярности NaOH;
VК – объем мерной колбы, см3;
Vn – объем пипетки, см3;
m – масса навески фильтрата, г.
Методика проведения анализа аморфного кремнезема [1]
Oпределение нерастворимого в HCl остатка ( SiO2)
Взвешивали навеску промытого 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 3 часов при постоянном перемешивании. Стеклянную палочку постоянно держали в стакане, который накрывали часовым стеклом.
После 3-х часов и уменьшения объема раствора до 30 – 40 см3 суспензию количественно переносили в выпарную чашку и упаривали досуха (~2 часа). После этого чашку с сухим остатком накрывали часовым стеклом, через носик чашки по каплям вводили 15 см3 концентрированной HCl и оставляли на 10-15 минут на водяной бане, затем горячий раствор фильтровали через беззольный фильтр в стакан. Чашку обмывали на фильтр и осадок промывали до исчезновения реакции на Cl- ион (7 ступеней).
Фильтр с осадком помещали в предварительно прокаленный и взвешенный тигель и прокаливали при 800°С в течении не менее 2-х часов. После прокаливания тигель с навеской охлаждали в эксикаторе. Осажденный осадок взвешивали с точностью 0,2 мг.
Содержание нерастворимого в HCl остатка считали по формуле:
Х=(mост/mнав)•100,% (4)
где Х – содержание нерастворимого в HCl остатка, %;
mост – масса нерастворимого остатка после прокаливания, г;
mнав – масса навески, г.
ППП (потери при прокаливании)
Форфоровый тигель предварительно прокаливали до постоянной массы при температуре 900°С , не менее 2-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 – масса серпентинита до прокаливания, г;
н2 – масса серпентинита после прокаливания, г.
Результаты экспериментов и их обсуждение
Результаты экспериментов приведены в таблицах 2-4.
Таблица 2 – Результаты анализа фильтрата, полученного путем выщелачивания серпентинита 20-ти %-ной соляной кислотой
| Температура,˚С | Время выщелачивания,мин | Промывные воды | СодержаниеMg2+,% | СтепеньизвлеченияMg2+ ,% | СодержаниеFe3+,% | СтепеньизвлеченияFe3+,% | 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 – Результаты анализа полученного кремеземистого остатка
| Температура,˚С | Промывные воды | Время выщелачивания,мин | Нерастворимый в HClостаток,% | 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 оптимальных условий выщелачивания, при которых из серпентинита максимально извлекаются все ценные компоненты, необходимо изучить в отдельности действие всех факторов на процесс выщелачивания и установить их оптимальные пределы.