РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫВКИ НИЗКОСОРТНЫХ ФОСФОРИТОВЫХ РУД РАСТВОРОМ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ НИЗКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ

АННОТАЦИЯ

В статье исследуется современное состояние переработки бедных фосфоритовых руд, а также результаты промывки слабоконцентрированным раствором серной кислоты для обогащения этих руд. Промывка бедных фосфоритовых руд раствором серной кислоты концентрацией 8 г/л привела к увеличению содержания P₂O₅ в осадке руды с 8,69% до 10,38%. При этом масса твердой фазы, полученной в результате промывки, уменьшилась на 17% по сравнению с исходной массой. В раствор переходили легкорастворимые соединения щелочных и щелочноземельных элементов. При исследовании зависимости процесса промывки от Ж:Т было обнаружено, что оптимальное соотношение составляет 1:10. Было обнаружено, что при температуре от 15 до 20 °C и 20 минут перемешивания достаточно для полного протекания процесса.

ABSTRACT

The article examines the current state of processing of poor phosphorite ores, as well as the results of washing with a weakly concentrated solution of sulfuric acid for the enrichment of these ores. Washing of poor phosphorite ores with a sulfuric acid solution with a concentration of 8 g / l led to an increase in the content of P₂O₅ in the ore from 8.69% to 10.38%. In this case, the mass of the solid phase obtained as a result of washing decreased by 17% compared to the initial mass. When studying the dependence of the washing process on L : S, it was found that the optimal ratio is 1:10. It has been found that at temperatures between 15 and 20 ° C, 20 minutes of stirring is sufficient for the complete process to proceed.

Ключевые слова: низкосортная фосфоритовая руда, слабоконцентрированная серная кислота, промывка, соотношение Ж:Т, температура, время, обогащение.

Keywords: low-grade phosphorite ore, low-concentration sulfuric acid, washing, L : S ratio, temperature, time, enrichment.

Согласно технологического регламента на Кызылкумском фосфоритном комбинате (КФК) перерабатываются шихтованные фософритные руды с содержанием P₂O₅ 19%, тогда как в месторождении состав полезного компонента в фосфоритах делится на следующие четыре класса: сбалансированные (более 20%), низкосортные сбалансированные (16-20%). ), забалансовые (12-16%), минерализованная масса (до 12%) [1].

В настоящее время КФК производит три вида фосфатного сырья: мытый прокаленный концентрат в количестве 400 тыс. тонн в год (P₂O₅ -27-29%; Cl <0,04%); Мытый сушенный концентрат 200 тыс. тонн в год (P₂O₅ -18-19%); Обыкновенная фосфоритная мука  200 тыс. тонн (P₂O₅ -16-18%) [2-4].

Следует отметить, что производство фосфорных удобрений в Республике Узбекистан ограничено качеством бедных руд фосфоритов месторождения Джерой-Сардара в Центральных Кызылкумах. Это бедное фосфоритовое сырье, которое содержит большое количество вредных соединений, особенно карбонатов и хлоридов. Сырье с таким составом не подходит для получения высококачественных, концентрированных фосфорных удобрений, т.е. такие руды непригодны для получения концентрированных фосфорных удобрений в присутствии азотной, серной и соляной кислот, что приводит к образованию большого количества отходов. Большое количество серной кислоты расходуется на взаимодействие с карбонатом кальция, что приводит к образованию таких производственных отходов как фосфогипс, в составе которых присутствует неизвлеченный фосфор, из-зи неполного разложения минерала франколита. Дополнительно к этому, кислотная обработка такого сильно карбонизированного сырья приводит к значительному увеличению вязкости пены, значительно замедляющего весь процесс и снижает производительность оборудования.

Целью проводимых исследований было вовлечение в производственный процесс забалансовых (12-16% P₂O₅) руд и минерализованной массы (до 12% P₂O₅) фосфоритов.

Для этого, низкосортную фосфоритовую руду обрабатывали слабоконцентрированным раствором серной кислоты для определения кинетики процесса и определения оптимальных концентраций, при которых в раствор могли переходить мешающие примеси, а полезный компонент P₂O₅, оставался в осадке. Примечательным фактом является то, что при низких концентрациях серной кислоты не отмечено образование пены. После кислотной обработки раствор фильтровали, измеряли массу отделенной твердой фазы и были получены следующие результаты химического анализа (таблица 1).

Таблица 1.

Анализ содержания P₂O₅, pH и массы осадка в руде, твердом веществе и растворе экстракта

Когда 100 г промытой фосфоритной руды, взятой в качестве образца, растворяли в воде (0 г/л), растворимость руды в воде составляла 0%, а количество полученной твердой фазы составляло 100 г. При этом содержание P₂O₅, который является необходимым компонентом руды, не изменилось. Количество полученной твердой фазы первоначально уменьшилось из-за увеличения концентрации кислоты, а количество твердой фазы, полученной после обработки кислотой 8 г/л, масса осадка показало значение 83,41 г. При увеличении концентрации кислоты до 20 г/л произошло увеличение массы осадка до 102,2 г, а при концентрациях кислоты 30 и 40 г/л масса осадков увеличилась соответственно на 107,3 ​​и 118,9 г.

Спектрофотометрический анализ количества P₂O₅ в осадке показал, что содержание P₂O₅ в твердой фазе постепенно увеличивалось с увеличением концентрации кислоты с 9,01% при 4 г/л и достигло максимальной концентрации при 8 г/л, составив 10,38% P₂O₅. При остальных значениях серной кислоты, содержание P₂O₅ в твердой фазе несколько уменьшалось и достигало 7,2% при 40 г/л H₂SO₄. Анализ содержания P₂O₅ в полученном растворе показал, что обработка серной кислотой слабой концентрации (от 2 до 40 г/л) не растворяет P₂O₅ в руде, а содержание P₂O₅ в полученном растворе варьировало от 0,008 до 0,018%. Изучение pH растворов, полученных в процессе, практически не изменялось и находилось в пределах около нейтрального значения (pH = 8,25 - 6,70).

 Внезапное увеличение массы образовавшегося осадка при концентрациях серной кислоты в 30 и 40 г/л, показало, что при этом началобразовываться гипс(CaSО₄ 2H₂O) [5-6], а его образование выразилось в следующей реакции:

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂

Среди этих результатов были выявлены относительно высокие концентрации P₂O₅ в полученной твердой фазе при концентрациях серной кислоты в 6, 8 и 10 г/л с появлением зависимости содержания P₂O₅ в полученной твердой фазе от соотношения Ж:Т в процессе (рисунок 1).

Рисунок 1. Зависимость содержания P₂O₅ в твердой фазе от соотношения Ж:Т.

Как видно из графика, содержание P₂O₅ в твердой фазе, равной 10,38, полученное при соотношении Ж:Т=10:1 во время обработки раствором серной кислоты с концентрацией 8 г/л было максимальным значением для руды и шлама. Было обнаружено, что не только концентрация кислоты, но также соотношение Ж:Т=10:1 является важным показателем при обработке раствором серной кислоты низкой концентрации с целью обогащения руды.

На основании этого была изучена зависимость времени перемешивания от температуры процесса при обработке этим концентрированным раствором (рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость от времени увеличения содержания P₂O₅ в твердой фазе при различных температурах

Исследования показали, что зависимость температуры от времени перемешивания в процессе одинакова и для завершения процесса, перемешивание при температуре 15 и 20 °C достаточно в течение 20 минут. Из этого можно сделать вывод, что 20 минут перемешивания достаточно для завершения процесса при комнатной температуре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате промывки фосфоритовых руд слабоконцентрированным раствором серной кислоты возможно обогащение низкосортных фосфоритовых руд, где pH раствора, полученного от промывки кислотным раствором находится в пределах нейтрального и не вызывает коррозии обрудования в производственном процессе. В результате выщелачивания основной компонент руды - P₂O₅, остается в осадке и его увеличивается с 8,69% до 10,38%, что обусловлено растворением соединений щелочных и щелочноземельных элементов в виде примесей и переводом их в раствор. Процесс осуществляется в жидкой среде с соотношением Ж:T=10:1, что обеспечивает наивысшую эффективность обогащения. Процесс отмывки фосфорита занимает 20 минут при температуре 15-20 ° C.

Список литературы:

1. Донияров Н.А., Тагаев И.А. Анализ вещественного состава фосфоритов Центральных Кызылкумов после обработки активного ила // Горный вестник Узбекистана. – 2018. ‒ №3. – С. 91-95.
2. Донияров Н.А., Тагаев И.А., Асроров А.А., Муродов И.Н. Разработка технологии получения фосфорных удобрений высокого качества, очищенных  от балластных примесей// Горный вестник Узбекистана. -  2019. - № 2 (77). - С.68-70.
3. Ilkhom Tagayev, Nodirjon Doniyarov, Anvar Asrorov, Islom Murodov, N.KH. Usanbayev, Uktam Temirov. Distinctive IR-Spectroscopic Features of Functional Groups of Low-Grade Phosphorites After  Microbiological and Acid Processing// Ideas spread/ Land Science – 2020. Vol. 2. No. 1. P. 43-54   https://doi.org/10.30560/ls.v2n1p43
4. Донияров Н.А., Муродов И.Н., Асроров А.А., Хуррамов Н.И. Специфические особенности механизмов взаимодействия в системе среда-минерал-микроорганизм // Универсум технические науки. - 2020 № 11 (80).
5. John Anawati, Gisele Azimi. Recovery and separation of phosphorus as dicalcium phosphate dihydrate for fertilizer and livestock feed additive production from a lowgrade phosphate ore // The Royal Society of Chemistry. -  2020. № 10.  P. 38640–38653. doi: 10.1039/d0ra07210a.
6. В.К.Каржавин. Термодинамические величины химических элементов и соединений примеры их практического применения //  Апатиты. -  2011. C. 24-31.