Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время растет интерес к интенсификации существующих и развитию новых процессов переработки минерального сырья. Основной причиной является то, что промышленные фосфорные руда характеризуются значительными колебаниями минерального и химического состава из-за присутствия изоморф-нозамещениых минералов фосфора в фосфатном веществе. Это приводит к неполному извлечению фосфора при кислотной обработке руды, а также других полезных компонентов, сопутствующих основному элементу фосфору, в частности, магний, кремний. Поэтому особую актуальность приобретают работы, направленные на совершенствование действующих систем производства соединений фосфора.
Опыт реализованных процессов свидетельствует о том, что эффективность их невысокая из-за эмпирического подхода к подбору растворителя к фосфатному сырью. Несмотря на многочисленные работы по кислотной переработке фосфорных руд, отсутствует научно-обоснованный метод прогнозирования селективности растворения фосфатных минералов и магнийсиликатных минералов в кисіотах. Меж-ду тем, установив корреляционную взаимосвязь термодинамических параметров минералов с кинетическими характеристиками кислотного разложения их, молено для любого минералогического состава исходного сырья выбрать растворитель, теоретически рассчитать оптимальные условия растворения и на их основе предложить технологические принципы процесса кислотного разложения сырья, содержащего наряду с фосфором кальций и силикаты магния.
Цель работы. Выявление механизма и кинетики растворения фосфатных и магнийсиликатных минералов в неорганических кислотах, получение закономерностей селективного растворения их на основе корреляции термодинамических параметров и кинетических характеристик процесса растворения и создание научных основ для разработки технологии комплексной переработки сырья на целевые продукты.
Научная новизна. Рассчитаны средние атомные энергии Гиббса ( aG ) фосфатных и магнийсиликатных минералов и определена последовательность их реакционной способности. Определены кинетические характеристики растворения гидроксидапатита, фторкарбонат-апатита, фторапатита, антигорита в соляной, серной, фосфорной, азотной кислотах(К., Е„," ). Установлена корреляционная взаимо-связь во всехсистемах между термодинамическими и кинетическими характеристиками: 1бКс-л^ ; Ea-uGf. Изучено влияние природы
минерала и кислоты на константу скорости растворения минералов фосфора и магния в кислотах.
Связь темы с планом основных научных работ. Работа выполнялась в соответствии с планом НИР, проводимых на кафедре неорганической химии Казахского государственного национального университета им.Аль-Фараби по темам: "Разработка физико-химических основ получения сложных удобрений, солей из некондиционных фосфоритов, отходов производства и методов синтеза пестицидов" и "Исследование процессов солеобразования и синтеза соединений с удобрительными, пестицидшми и другими свойствами" (номера госрегистрации 0186009Э415 и 810879424), входящим в координационные планы научно-исследовательских работ союзной и республиканской академий наук по проблемам "Неорганическая химия" (раздел 2.17.15) и "Химизация сельского хозяйства" (раздел 2.30.1).
"Практическая ценность. Полученные экспериментальные результаты и теоретические представления о закономерностях растворения фторапатита, франколита.-гидроксидапатита, антигорита в кислотах позволили предложить методику определения селективности растворения их в указанных кислотах. На основе корреляционной взаимосвязи термодинамических и кинетических параметров растворения минералов разработан принцип прогнозирования константы скорости для неизученного минерала фосфора и неизученных реакций. Предложена принципиальная схема растворения фосфатного сырья через научно-обоснованный подбор определенной кислоты или смеси кислот, позволяющий проводить процесс растворения в условиях максимальных скоростей химической реакции и максимальной степени извлечения полезных компонентов.
Автор выносит на защиту следующие основные положения:
закономерности селективного растворения фосфатных и магнийси-ликатных минералов в неорганических кислотах;
результаты по прогнозированию констант скоростей растворения минералов Р и Mg в кислотах на основе корреляционной взаимосвязи термодинамических параметров минералов и кинетических характеристик растворения их в кислотах;
принцип управления процессом комплексной переработки фосфорных руд на продукты целевого назначения.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на конференциях молодых ученых (Иркутск, 1990; Алма-Ата, 1989; 1990), на Всесоюзном отраслевом совещании (Москва,
1990), на Всеооюзной конференции по физико-химическому анализу Фрунзе, 1988), на республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (на казахском языке, Алма-Ата, 1990).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано II печатных работ.
Внедрение в учебный пронесе. В спецкурсе "Химия фосфорных удобрений" внедрены 2 работы: "Изучение кинетики растворения гидроксиддпатита в фосфорной кислоте", "Прогнозирование селективности растворения фосфатных руд в неорганических кислотах".
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 193 страницах машинописного текста, содержит 55 таблиц и 33 рисунка, библиография содержит 140 наименований и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, выводов, . списка цитируемой литературы, приложения.