РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ СОЛЕЙ МАГНИЯ РАСЩЕПЛЕНИЕМ СЕРПЕНТИНИТА СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ

АННОТАЦИЯ

Серпентинитовое сырье поступает на подготовку (дробление, измельчение и классификация), затем водно-серпентинитовая пульпа поступает на выщелачивание серной кислотой. В основе процесса расщепления серпентинита серной кислотой лежит реакция между серной кислотой и магнезиальными силикатами, присутствующими в горной породе. В результате реакции образуется сульфат магния, а также кремниевая кислота. Применение серной кислоты позволяет эффективно извлекать магний, делая процесс перспективным для масштабного промышленного применения. Установлено влияние концентрации серной кислоты при выщелачивании серпентинита на переход основных и примесных элементов в раствор.

ABSTRACT

Serpentinite raw material undergoes preparation (crushing, grinding, and classification), after which the water-serpentinite slurry is subjected to leaching with sulfuric acid. The core of the process of serpentinite decomposition by sulfuric acid is the reaction between sulfuric acid and the magnesium silicates present in the rock. As a result of the reaction, magnesium sulfate and silicic acid are formed. The use of sulfuric acid allows for efficient extraction of magnesium, making the process promising for large-scale industrial application. The effect of sulfuric acid concentration on the leaching of serpentinite has been established, influencing the dissolution of both major and trace elements into the solution.

Ключевые слова: Серпентинит, магнезиальные силикаты, сульфат магния (MgSO₄), серная кислота, утилизация.

Keywords: Serpentinite, magnesium silicates, magnesium sulfate (MgSO4), sulfuric acid, recycling.

Введение

Магний - один из ключевых элементов, широко используемый в различных отраслях промышленности. Благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая удельная прочность и малый вес, магний и его соединения применяются в производстве сплавов, химических реагентов и даже фармацевтических препаратов. Одним из перспективных методов получения солей магния является переработка серпентинита - богатой магнием горной породы, которая может быть эффективно расщеплена с использованием серной кислоты. Серпентинит - это метаморфическая горная порода, образующаяся в результате метасоматических процессов в мантии Земли. Он в основном состоит из серпентина, минерала, включающего в себя магний, железо и кремний [1-3].

Существуют способы получения оксида магния из отходов серпентинитовой руды включает подготовку отходов серпентинитовой руды, мокрую магнитную сепарацию для отделения магнийсодержащей суспензии от магнетита, выщелачивание с помощью минеральной кислоты, карбонизацию и отжиг [4].

Подготовку отходов серпентинитовой руды производят термической активацией в печи при температуре 500-600°C и размолом термически активированного серпентинита до размера частиц менее 0,1 мм. Выщелачивание проводят с использованием топочного углекислого газа, образующего при пропускании через водную суспензию активированного серпентинита угольную кислоту HCO₃ с водородным показателем pH 3,5-4,5. Техническим результатом является повышение скорости процесса и степени извлечения благодаря большей доступности заблокированных пустой породой включений растворяемого минерала.

Также предлагается метод, где состав изготавливают путем грубого помола природного минерала серпентинита, затем проводят тонкий помол полученного серпентинита с добавлением воды и натриевого жидкого стекла. Полученную пульпу пропускают через магнитный сепаратор, затем производят сепарацию и сушку и вводят ее в минеральное индустриальное масло и загущают стеаратом лития. В результате получают состав для трущихся соединений, содержащий природный минерал серпентинит, стеарат лития, натриевое жидкое стекло, индустриальное масло и воду, причем массовая доля воды составляет не более 10%, дисперсность порошковой смеси составляет 5- 30 мкм, зольность не более 6% [5].

Методы исследования

Из-за высокого содержания магния серпентинит представляет собой ценное сырьё для получения магниевых солей, что делает его важным объектом для разработки промышленных технологий переработки. Главным минералом в серпентините является хризотил (Mg₃Si₂O₅(OH)₄) - магниевый силикат, содержащий до 40% оксида магния, которые подвержены разложению при воздействии кислот.

В качестве исходного сырья использовался серпентинит из Республики Каракалпакстан.

Целью данной работы является разработка технологии получения солей магния из серпентинита путём его обработки серной кислотой.

Для точного состава провели высокопроизводительный энергодисперсионный рентгеновский анализ на спектрометре - Rigaku NEX CG EDXRF (Япония) (рис.1).

Рисунок 1. Энергодисперсионный рентгеновский анализ после обжига серпентинита

Энергодисперсионный рентгеновский флуоресцентный (ЭДРФ) анализатор обеспечивает быстрое качественное и количественное определение основных и примесных элементов в разнообразных образцах.

Результаты анализа серпентинита после обжига при 800°С приведены в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав серпентинита после обжига

Результаты и обсуждения

Одним из наиболее эффективных методов переработки серпентинита является его расщепление кислотами [6-9], в частности серной кислотой. В результате этой реакции образуются магниевые соли, такие как сульфат магния (MgSO₄), которые могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Например, MgSO₄ используется как удобрение в сельском хозяйстве, а также в медицине и косметологии. Его важность объясняется высокой растворимостью и доступностью в природе.

Mg₃Si₂O₅(OH)₄ + 3H₂SO₄ → 3MgSO₄ + 2H₄SiO₄ + H₂O

Высокая концентрация H₂SO₄ способствует более полному извлечению магния, однако чрезмерно концентрированная кислота может приводить к образованию излишних побочных продуктов, таких как осадки кремнезёма.

Более длительное воздействие кислоты на серпентинит позволяет увеличить степень расщепления минералов и повысить выход MgSO₄.

Процесс расщепления серпентинита серной кислотой связан с образованием значительных объемов кислых отходов, что требует специальных мер по утилизации и переработке. Важно также отметить, что процесс можно сделать более экологичным за счёт использования циркуляции кислоты и повторного использования побочных продуктов, таких как кремниевая кислота, в других отраслях промышленности.

В ходе экспериментов было установлено, что оптимальной концентрацией серной кислоты для расщепления серпентинита является 20-30%. При повышении температуры до 75°C реакция ускоряется, достигая максимального выхода сульфата магния при 0,5-1,5 часах обработки. При этом побочные продукты, такие как кремниевая кислота, также могут быть извлечены и использованы в качестве сырья для других процессов.

Заключение

Разработанная технология получения магниевых соединении путём расщепления серпентинита серной кислотой показывает возможность получения чистых магниевых солей с расширением сырьевой базы производства. Экспериментальные данные подтверждают эффективность процесса при оптимальных условиях, а также его экологическую целесообразность при правильной утилизации отходов. Перспективы применения технологии включают как производство магниевых солей для химической промышленности, так и возможное использование побочных продуктов в строительстве и других отраслях.

Список литературы:

1. Зулумян Н. О., Оганесян Э. Б., Оганесян З. Г., Караханян С. С. О термокислотной обработке серпентинитов северо-восточного побережья озера Севан // Доклады НАН РА. Неорганическая химия. 2002. Т. 102, № 3. С. 55–58.
2. Габдуллин А. Н., Калиниченко И. И., Печерских Е. Г., Семенищев В. С. Получение высокодисперсного кремнезема методом азотнокислотной переработки серпентинита // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия: Биология, химия. 2011. Т. 24, № 3. С. 44–47.
3. Пат. 2285666 Российская Федерация, МПК C 01 F 5/06. Способ комплексной переработки магнийсиликатосодержащего сырья / Григорович М. М., Менькин Л. И. № 2005122952/15, заявл. 20.07.2005; опубл. 20.10.2006, Бюл. № 29. 6 с.
4. Пат. 2659510 Российская Федерация, МПК C 22 B 26/22. Способ получения оксида магния из отходов серпентинитовой руды / Ауешов А. А., Ахметгареева Е. Г. и др. // Опубликовано: 02.07.2018 Бюл. № 19.
5. Пат. 2368654 Российская Федерация, МПК C10M 177/00. Способ получения противоизносного состава из серпентинита и состав на его основе / Гужев Олег Павлович, Волков Дмитрий Георгиевич // Опубликовано: 27.09.2009 Бюл. № 27.
6. Umirov F. E, Fayzullaev N. I., Usanbayev N. Kh., Muzaffarov A. M., Umirov U. F., Pirnazarov F. G. Mineralogical and technological evaluation of saponites of the Uchtut residential place in the Republic of Uzbekistan // International Journal of Control and Automation. 2020. Vol. 13, No. 4. P. 230–236.
7. Döbelin N., Kleeberg R. Profex: a graphical user interface for the Rietveld refinement program BGMN // Journal of Applied Crystallography. 2015. Vol. 48. P. 1573–1580.
8. Габдуллин А. Н. Разработка способа азотнокислотной переработки серпентинита Баженовского месторождения: дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2015. 135 с.
9. Владимиров А. С., Катышев С. Ф., Теслюк Л. М. Совершенствование процесса промывки аморфного диоксида кремния, полученного при солянокислотном выщелачивании серпентинита // Химическая технология. 2015. Т. 16, № 3. С. 139–141.