ГИДРОФТОРИДНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ МОКРОЙ МАГНИТНОЙ СЕПАРАЦИИ ТИТАНОМАГНЕТИТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ АМОРФНОГО ДИОКСИДА КРЕМНИЯ
Аннотация
Разработано вскрытие кремнийсодержащего техногенного сырья водным раствором гидрофторида аммония (NH4HF2) с последующим получением аморфного кремнезема. В работе использованы хвосты мокрой магнитной сепарации (хвосты, tailings) – отходы обогащения железных титаномагнетитовых руд, которые в огромных количествах образуются и складируются в шламохранилищах обогатительных фабрик. Основными породообразующими минералами хвостов мокрой магнитной сепарации (ХММС) являются упорные силикаты – пироксен, амфибол, плагиоклаз и оливин с общим содержанием около 50% SiO2. Было установлено, что фторирование кремнийсодержащих минералов начинается при механическом диспергировании реакционной смеси в сухом виде при комнатной температуре. Термодинамические расчеты подтверждают активное взаимодействие компонентов в составе минеральных комплексов уже при 25 ℃, при этом часть процессов являются экзотермическими с запасом энтропии. Увеличение температуры до 90 ℃ и продолжительности выщелачивания до 5 ч повышает извлечение кремния в виде растворимого фторосиликата аммония. В нерастворимом остатке содержатся нерастворимые фториды кальция и магния и малорастворимые в условиях выщелачивания фторометаллаты аммония, а также часть непрореагировавшей породы. В наиболее эффективных условиях обескремнивания (20% раствор NH4HF2, соотношение Ж:Т=4:1, 2 ч) остаточное содержание кремния снижается до 1–2% SiO2. Синтез высокодисперсного аморфного кремнезема (SiO2) проводили гидролитическим осаждением при снижении величины рН осветленного раствора фторосиликата аммония путем введения аммиака. Показано, что постепенное введение водного раствора аммиака (5 мл/ч) в разбавленный кремнефторидный раствор с концентрацией менее 5 г/л Si при постоянном перемешивании приводит к формированию сферических наночастиц кремнезема. Степень извлечения кремния из хвостов в процессе гидрофторировании 20% раствором NH4HF2 при 90 ℃ в течение 2 ч составила 98%, а содержание примесей в аморфном кремнеземе не превысило 1–2%. Отделение тонкодисперсной взвеси нерастворимых фторидов, а также примесей гидроксидов, образующихся при ступенчатом гидролизе кремнефторидного раствора до величины рН не более 5, являются необходимыми условиями для получения чистого кремнезема SiO2. Конечный продукт, близкий по свойствам к «белой саже», характеризуется преимущественным размером частиц в интервале 2-20 нм, высокой площадью поверхности 230-360 м2/г и низкой пикнометрической плотностью 1,62 г/см3.
Для цитирования:
Медянкина И.С., Пасечник Л.А. Гидрофторидная переработка отходов мокрой магнитной сепарации титаномагнетитов с получением аморфного диоксида кремния. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 2. С. 70-77. DOI: 10.6060/ivkkt.20236602.6706.
Литература
Bugaeva A.I., Slizhov Yu.G. Silica gel modification by nickel (II) complexes with nitrogen- and oxygen-containing organic ligands for gas chromatography. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 1. P. 59-66. DOI: 10.6060/ivkkt.20216401.6299.
Habashi F. Handbook of Extractive Metallurgy. Germany. Heidelberg: WILEY-VCH. 1984. V. 4. Р. 584 - 660.
Rao K. S., El-Hami K., Kodaki T., Matsushige K., Makino K. A novel method for synthesis of silica nanoparti-cles. J. Colloid Interface Sci. 2005. V. 289. N 1. P. 125-131. DOI: 10.1016/j.jcis.2005.02.019.
Sun L., Gong K. Siliconbased materials from rice husks and their applications. Ind. Eng. Chem. Res. 2001. V. 40. P. 5861–5877. DOI: 10.1021/ie010284b.
D'yachenko A.N., Andreev A.A., Kraidenko R.I. Fluorination of beryllium concentrates with ammonium fluorides. Russ. J. Appl. Chem. 2011. V. 81. N 2. P. 178-182. DOI: 10.1134/S1070427208020043.
Rimkevich V.S., Girenko I.V., Pushkin A.A. Study of fluoride processing of kyanite concentrates. Russ. J. Appl. Chem. 2013. V. 86. N 10. P. 1470-1477. DOI: 10.1134/S1070427213100029.
Laptash N., Maslennikova I. Hydrofluoride decomposition of natural materials including zirconium-containing minerals. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 112. Art. 012024. DOI: 10.1088/1757-899X/112/1/012024.
Silva F.L., Araújo F.G.S., Teixeira M.P., Gomes R.C., Von Krüger F.L. Study of the recovery and recycling of tail-ings from the concentration of iron ore for the production of ceramic. Ceram. Int. 2014. V. 40. N 10. P. 16085-16089. DOI: 10.1016/j.ceramint.2014.07.145.
Lur'e Yu.Yu. Handbook of Analytical Chemistry. M.: Kniga po Trebovaniyu. 2012. 440 p. (in Russian).
Christian G.D., Dasgupta P.K., Schug K.A. Analytical Chemistry. USA: Wiley. 2013. 848 p.
Stepanov S.I., P’ei K., Boyarintsev A.V., Giganov V.G., Chekmarev A.M., Aung M.M. Use of machining to increase the recovery of scandium from refractory silicate raw material. Theor. Found. Chem. Eng. 2018. V. 52. N 5. P. 898-902. DOI: 10.1134/S0040579518050275.
Rimkevich V.S., Pushkin A.A., Girenko I.V., Eranskaya T.Y. Integrated fluoride processing of kyanite concentrates. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. V. 55. N 4. P. 344-349. DOI: 10.3103/S1067821214040142.
Medyankina I. S., Pasechnik L.A., Skachkov V. M., Yatsenko S.P., Bamburov V.G. Interactions of the phases containing calcium and aluminium as a part of red mud with ammonium hydrofluoride. Physic. Chem. Asp. Study Clus. Nanostr. Nanomat. 2017. V. 12. P. 307-316. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.307.
D'yachenko A.N., Andreev A.A., Buinovskii A.S., Kraidenko R.I. Aluminosilicate ores processed by a fluoride method. Refract. Ind. Ceram. 2006. V. 47. N 3. P. 146-148. DOI: 10.1007/s11148-006-0074-1.
Demyanova L.P., Rimkevich V.S., Buynovskiy A.S. Elaboration of nanometric amorphous silica from quartz-based minerals using the fluorination method. J. Fluorine Chem. 2011. V. 132. N 12. P. 1067-1071. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2011.06.003.
Rakov E.G. Ammonium fluorides. Scientific and engineering results. Ser. Neorganicheskaya khimiya. V. 15. M.: VINITI. 1988. 155 p. (in Russian).
17. Nakamoto K. IR and Raman spectra of inorganic and coordi-nation compounds. M.: Mir. 1991. 536 p. (in Russian).
Costa J., Gallas M.R., Benvenutti E.V., Da Jornada J.A.H. Infrared and thermogravimetric study of high pressure consolidation in alkoxide silica gel powders. J. Non-Cryst. Solids. 1997. V. 20. P. 195-201. DOI: 10.1016/S0022-3093(97)00236-6.
Sing K. S. W., Everett D. H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R. A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. N 4. P. 603-619. DOI: 10.1351/pac198557040603.
Rumble J. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 2021. 1624 p.
