ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА ФОСФАТА ЦИНКА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ ЦИНКСОДЕРЖАЩЕГО КОНЦЕНТРАТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ ХAНДИЗА

АННОТАЦИЯ

В данной работе проведён всесторонний анализ физико-химических характеристик и свойств фосфата цинка, синтезированного из цинксодержащего концентрата, добытого на месторождении Хандиза. Основное внимание уделено изучению структурных и химических параметров синтезированного соединения с применением ряда современных аналитических методов. В частности, использованы рентгенографический анализ, инфракрасная (ИК) спектроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), что позволило получить детальное представление о морфологии и составе рассматриваемого материала.

По результатам исследований определена высокая степень чистоты фосфата цинка, что подтверждает его соответствие международным стандартам, включая ISO 6745. Также были изучены его физико-химические характеристики, например, устойчивость к коррозии, что делает данный материал перспективным для использования в промышленности, в том числе при производстве антикоррозионных покрытий и пигментов.

ABSTRACT

In this study, a comprehensive analysis of the physicochemical characteristics and properties of zinc phosphate synthesized from zinc-containing concentrate obtained from the Khandiza deposit was conducted. The primary focus was on the investigation of the structural and chemical parameters of the synthesized compound using a range of modern analytical methods. In particular, X-ray diffraction analysis, infrared (IR) spectroscopy, X-ray fluorescence analysis, and scanning electron microscopy (SEM) were employed, providing detailed insights into the morphology and composition of the material.

The research results revealed a high degree of purity of the zinc phosphate, confirming its compliance with international standards, including ISO 6745. Furthermore, its physicochemical properties, such as corrosion resistance, were studied, making this material promising for industrial applications, including the production of anticorrosion coatings and pigments.

Ключевые слова: фосфат цинка, СЭМ-микрофотографии, цинковый концентрат, полиметаллическая руда, месторождения Хандиза.

Keywords: zinc phosphate, SEM micrographs, zinc concentrate, polymetallic ore, Khandiza deposits.

На сегодняшний день самым популярным антикоррозийным пигментом является фосфат цинка благодаря его низкой цене и безвредности. Ортофосфат цинка является одной из самых известных солей цинка и широко используется в различных отраслях промышленности, медицины и сельского хозяйства [8]. Его химические свойства представляют собой интерес для многих исследователей, а его использование по-прежнему остается актуальным. Данное химическое соединение представляет собой яркий белый порошок. Фосфаты цинка также вызывают интерес как люминесцентные материалы [7].

Рассматриваемое нами соединение обладает рядом преимуществ, таких как высокая антикоррозионная активность, низкая стоимость, низкая токсичность (не требует специальных мер при работе с ним), улучшенная адгезия и способность увеличивать защитные свойства краски. Белый цвет пигмента позволяет использовать его в широком цветовом диапазоне [3; 6]. Следует отметить, что размер частиц оказывает значительное влияние на антикоррозионные свойства пигмента. В связи с этим важно разделить основные компоненты руды и разработать оптимальную технологию переработки для получения фосфата цинка [1; 2; 5].

С целью установления физико-химических свойств готового продукта необходимы данные тщательного исследования химического состава и физико-химических свойств фосфата цинка [4].

Для исследования химического состава фосфата цинка, полученного из цинксодержащей руды Хандизинского месторождения, использованы рентгенофлуоресцентный, рентгенофазовый (Shimadzu, XRD 6100), ИК-спектроскопический (Shimadzu, IRAffinity-1) методы анализа.

Анализ химического состава показал, что фосфат цинка, полученный из Хандизинского концентрата, соответствует международному стандарту ISO 6745.

Рентгенографический анализ проводили на дифрактометре XRD-6100 (Shimadzu, пр-во Япония), применяя CuK_α-излучение (β-фильтр, Ni, режим тока и напряжения трубки 30 mA, 30 kV) и постоянную скорость вращения детектора 4 град/мин. При снятии образца применяли камеру со скоростью вращения 30 об./мин. Расшифровку рентгенограмм проводили с использованием базы данных американской картотеки «The American Mineralogist Crystal Structure Database» и рентгенометрического определителя минералов Михеева.

На рисунках 1 и 2 приведены рентгенограмма и ИК-спектр сульфата цинка.

Рисунок 1. Рентгенограмма Zn₃(PO₄)₂∙2H₂O

На рентгенограмме Zn₃(PO₄)₂∙2H₂O имеются дифракционный максимум 4,30 Å, которому принадлежит Zn₃(PO₄)₂, дифракционные максимумы 2,93 Å  – им принадлежит Zn₃(PO₄)₂∙2H₂O, дифракционные максимумы 1,94 Å, принадлежащие Zn₃(PO₄)₂∙4H₂O.

На ИК-спектре имеется полоса поглощения 1024,25 см^-1, которая относится к группам фосфатов. Полосы поглощения имеют расширенную структуру, из-за межмолекулярных взаимодействий в кристаллической структуре минерального сырья. Это также подтверждает полученные данные химического и рентгенофазового анализов.

Спектры образцов снимали с помощью ИК-Фурье спектрометра IRAffinity-1 с высокопроизводительным энергодисперсионным рентгеновскым флуоренсцентным спектрометром – Япония, Rigaku NEX CG EDXRF Analyzer with Polarization (Рис. 2.). ИК-Фурье спектрометр IRAffinity-1 имеет высокое отношение сигнал/шум, 30.000:1 и максимальное разрешение 0,5 см^-1. Присутствие встроенного автоматического осушителя существенно повышает точность метода, а также постоянную работу прибора при анализе химических элементов с чистотой высокого уровня.

Рисунок 2. ИК-спектр Zn₃(PO₄)₂∙2H₂O

В связи с включением в оптическую схему прибора высокомонохроматического источника излучения (Не-Ne лазера) при снятии ИК-спектров обеспечивается точность установки волновых чисел.

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа готового продукта – фосфата цинка – по содержанию основного вещества утвердили данные проведенных ранее анализов.

Рисунок 3.  Спектры РФА ПВО проб фосфата цинка, где Intensity – число импульсов

На рисунке 3 показан РФА ПВО спектр фосфата цинка. Спектр дан в логарифмическом масштабе, позволяющем визуально оценивать уровень вклада фоновой составляющей.

Рисунок 4. Микрофотографии фосфата цинка

На рисунке 4 представлены микрофотографии фосфата цинка, полученного из цинкового концентрата месторождения Хандиза, имеющие больше светлых пятен, которые обусловлены фосфатом цинка и частичным проявлением воды. Это является еще одним подтверждением состава Zn₃(PO₄)₂∙2H₂O, полученного из цинкового концентрата месторождения Хандиза.

Таким образом, проведенные исследования по переработке цинксодержащего концентрата месторождения Хандиза и изучение химического состава и физико-химических характеристик фосфата цинка показывают, что полученный фосфат цинка соответствует международному стандарту ISO 6745.

Список литературы:

1. Бабаев К.Л. Некоторые представления о структурных и генетических особенностях месторождения Хандиза // Геология, закономерности размещения эндогенных рудных формаций (свинец, цинк, серебро). – Т., 1986. – Вып. З. – С. 51–54.
2. Баймухамедов И.Д. Взаимоотношение оруденения и метасоматитов на колчеданно-полиметаллическом месторождении Хандиза (Юго-Западный Гиссар) : дисс. канд. геолого-минералогических наук. – Т. 1984. – 141 с.
3. Каландаров П.И., Искандаров Б.П., Абриев Б.С. Проектное решение технологии обогащения полиметаллических руд на меднообогатительной фабрике «Хандиза» // Записки Горного института. – Т.198. – Санкт-Петербург 2012. – С. 243–248.
4. Cheng, Ch.Y.  Keith R.B., Zhang, W., Zhu, Z., Pranolo, Y. Recovery of nickel, cobalt, copper and zinc in sulphate and chloride solutions using synergistic solvent extraction // Chinese Journal of Chemical Engineering. – 2016. – Vol.24. – No. 2. – Pp. 237-248. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2015.06.002.    
5. Huang, H., Zhang, P., Yang, L., Zhang, D., Guo, G., Liu, J. A pilot-scale investigation on the recovery of zinc and phosphate from phosphating wastewater by step precipitation and crystallization // Chemical Engineering Journal. – 2017. – Vol.317. – Pp. 640-640. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.112
6. Lee, Ch., Madhusudan, P., Kim, J.O. Recovery of phosphate using a zinc oxide/hydroxide and lanthanum hydroxide nanoflower adsorbent prepared via co-precipitation in water // Separation and Purification Technology. – 2024. – Vol.30. – Pp. 125313. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125313.
7. Samadiy, M., Ramazonova, D., Umarov, S., Shamishova, A., Mamatova, K., Ayakulov, N., Samadiy, M. Solubility Studies of Sulfates of Copper, Zinc and Cobalt in Phosphoric Acid at 30 ºC // Asian Journal of Chemistry. – 2023. – Vol.35(9). – Pp. 2285–2288. https://doi.org/10.14233/ajchem.2023.28499.
8. Sinha, Sh., Choudhari, R., Shekhar, S., Mishra, D., Sahu, K.K. Recovery of zinc as zinc phosphate and by-products from hydrometallurgical treatment of hot-dip galvanizing (Zn-Al) dross // Materials Today: Proceedings. – 2021. – Vol.46. – No. 3. – Pp. 1532-1536. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2023-59-4-334-340.