авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Фторидный способ переработки кварцсодержащего сырья приамурья с получением высококремнистых продуктов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Демьянова Лариса Петровна

ФТОРИДНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ

КВАРЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ПРИАМУРЬЯ

С ПОЛУЧЕНИЕМ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.17.11 – Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геологии и природопользования Дальневосточного отделения РАН в лаборатории алюмосиликатных систем и термических технологий

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Буйновский Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Козик Владимир Васильевич

доктор технических наук,

Дьяченко Александр Николаевич

Ведущая организация – Институт неорганической химии

СО РАН

Защита состоится «15» сентября 2009 г.

в 14-00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.269.08 при Томском политехническом университете по адресу: 634050, г.Томск, пр. Ленина, 30

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТПУ.

Автореферат разослан «___» _________2009 г.

Ученый секретарь

совета, к.т.н., доц. Петровская Т.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. За последние десятилетия наблюдается интенсивный рост исследований областей науки и техники, базирующихся на использовании различных форм кремнезема. Разнообразное применение нашли: селективные кремне­земные адсорбенты и поглотители; носители активной фазы в катализаторах; наполнители, в том числе армирую­щие волокна для полимерных систем; загустители дисперсион­ных сред, связующие для формовочных материалов; носители для газовой хроматографии и др. Большое развитие получило химическое модифицирование поверхности дисперс­ного кремнезема, что дает возможность направленно изменять адсорбционные свойства и технологические характеристики син­тезируемых композиционных материалов.

Кварцевые пески являются перспективным сырьем для получения аморфного кремнезема, который используется в различных областях промышленности и пользуется большим спросом на отечественном рынке и зарубежном рынках. Поэтому исследования процессов переработки кварцсодержащего сырья с целью получения чистой силикатной продукции являются актуальными.

В работе использованы кварцевые пески, полученные из кварцсодержащего минерального сырья Чалганского месторождения Амурской области, содержащие до 95 % (мас.) диоксида кремния.

Данная работа выполнена в соответствии с плановой тематикой ИГиП ДВО РАН, тема 5: «Разработка ресурсосберегающих, малоотходных и природоохранных технологий комплексной переработки природных ресурсов Приамурья» (номер государственной регистрации 01.2.00606189); и по гранту РФФИ-ДВО РАН «Дальний Восток» (№ 20605-96041).

Цель работы. Целью работы является разработка фторидного способа получения аморфного кремнезёма из кварцсодержащего минерального сырья Чалганского месторождения Приамурья.

При выполнении настоящей работы были поставлены следующие задачи:

– разработать способ переработки кварцевых песков с использованием бифторида аммония до получения аморфного кремнезема на примере Чалганского месторождения Приамурья;

– определить оптимальные технологические условия переработки кварцсодержащего минерального сырья методом фторирования для получения аморфного кремнезема;

– экспериментально подтвердить предложенную технологию переработки кварцевых песков;

– изучить свойства аморфного кремнезема, полученного из кварцевых песков Чалганского месторождения Приамурья.

Научная новизна работы

- впервые установлено, что процесс взаимодействия кварцевого минерального сырья с бифторидом аммония происходит в две стадии: 1). химическое взаимодействие с образованием фаз (NH4)3SiF6F и (NH4)2SiF6 при температуре 100.9°С; 2). сублимация (NH4)2SiF6 при температуре 209.6°С;

- установлено что, проведение процесса взаимодействия кварцевого песка и бифторида аммония при стехиометрическом соотношении (1:2.85) с последующей обработкой аммиачной водой концентрацией 25 % при рН 8-9 и температуре 25 С, позволяет получить аморфный кремнезем с содержанием примесей менее 110-4 мас.%;

- доказано, что процесс фторидной переработки кварцевого песка в аморфный кремнезём является операцией очистки до содержания примесных элементов соответствующих ГОСТу 14922-77;

- доказано, что механическое измельчение кварцевого песка активирует процесс взаимодействия кварцевого песка с бифторидом аммония и понижает температурный интервал на 50 град.


Практическая значимость

Разработана малоотходная, экологически безопасная фтораммонийная технология получения аморфного кремнезема из кварцсодержащего сырья Чалганского месторождения Приамурья.

Способ позволяет получить при низких энергозатратах, на стандартном оборудовании, с регенерацией фторирующего агента, аморфный кремнезем соответствующий номеру стандарта ГОСТ 14922-77.

Выданы исходные данные и рекомендации по проектированию производства аморфного кремнезёма в рамках проекта «Комплексная переработка алюмосиликатного минерального сырья» в «Программе развития Амурской области до 2015 года».

На способ переработки кремнеземсодержащего сырья получен патент РФ № 2286947.

На защиту выносятся:

– результаты физико-химических исследований процесса фторирования кварцевого минерального сырья до получения гексафторосиликата аммония;

– механизм процесса взаимодействия кварцевого песка и бифторида аммония;

– результаты исследований свойств аморфного кремнезема, с использованием современных.

Личный вклад автора в работы, включённые в диссертацию, состоял в общей постановке задач, в непосредственном участии в осуществлении экспериментов, выборе методов исследования, анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов, выдаче данных для проектирования. Свыше 75 % работы выполнено диссертантом лично.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях и семинарах: Международной конференции «Стратегия развития минерально-сырьевого комплекса в XXI веке», Москва, 2004; VII Международной конференции «Новые идеи в науках о земле», Москва, 2005; XV Российском совещании по экспериментальной минералогии. Сыктывкар 2005; II Международного Сибирского семинара (Современные неорганические фториды) «INTERSIBFLUORIN»-2006, Томск, 2006; XXVI Российской школы по проблемам науки и технологий. Екатеринбург, 2006; Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (III Самсоновские чтения). Хабаровск. 2006; XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Москва. 2007; VI Международной научно-технической конференции «Современные технологии освоения минеральных ресурсов», Красноярск, 2008; XII Международная конферен-ция «Наукоемкие химические технологии – 2008», Волгоград, 2008; VIII Международная научная конференция «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодске, 2008; III Международного Сибирского семинара (Современные неорганические фториды) «INTERSIBFLUORIN»-2008, Владивостоке, 2008; всероссийская научно-практическая конференция «Фторидные технологии», Томск, июнь 2009.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 5 работ в реферируемых журналах и 1 Патент РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 121 страницах машинописного текста, включая 33 рисунка, 29 таблиц, и состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка литературы из 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены новые научные результаты, указаны основные положения, выносимые на защиту, указана практическая значимость работы.

В первой главе рассматриваются месторождения кварцсодержащего минерального сырья в мире и России, в том числе в Амурской области. Школа фторидных технологий в России весьма широка: В. И. Красовский (г.Москва), Раков Э.Г. (г.Москва), Мельниченко Е.И. (г.Владивосток), Буйновский А.С. (г.Северск), Дьяченко А.Н. (г.Томск) и данная работа является продолжением исследований в этой области с углубленным изучением фторидного способа для получения силикатной продукции. Проведён анализ существующих способов получения гексафторосиликата аммония, аморфного кремнезема.

Вторая глава включает в себя описание состава исходного кварцевого песка, методики получения гексафторосиликата аммония, аморфного кремнезема из кварцевых песков Чалганского месторождения Приамурья, лабораторных установок. Объектом исследования являлись кварцевые пески Чалганского месторождения Приамурья. Компонентный состав определен в ИГиП ДВО РАН. Среднее содержание оксидов в кварцевых песках составляет (% мас.): SiO2 – 95.8; Al2O3 – 2.4; Fe2O3 – 0.2; TiO2 – 0.16; Na2O – 0.13; K2O – 1.03; п.п.п. – 0.27. По данным электронно-микроскопического исследования размер зерен колеблется от 0.8 мм до 2.7 мм (рис. 1а).

В кварцевом песке фракция (-0.2 до -1.0) составляет до 70 % и содержание SiO2 – до 93 %, максимальное содержание SiO2 в фракции +1.0 (15%) до 95 %.

 Рис 1. Морфология зерен (а) и-1

Рис 1. Морфология зерен (а) и энергодисперсионный спектр (б) кварцевого песка Чалганского месторождения.

Энергодисперсионный спектр подтверждает, что в исходном материале присутствуют примеси Al, Fe, Ti, K и Na (рис. 1б).

Дана характеристика фторирующего реагента бифторида аммония (NH4HF2). Описан фторидный способ получения вышеуказанных соединений и методики аналитического обеспечения.

В главе 3 описан фторидный способ получения гексафторосиликата аммония, который проходит в две стадии: взаимодействие при температуре до 200°С и сублимация при температуре от 200 до 450°С.


При фторировании кварцевого песка происходят реакции взаимодействия основного компонента и примесей с бифторидом аммония.

SiO2 + 3NH4HF2 = (NH4)2SiF6 + 2H2O + NH3 (1)

Al2O3 + 6NH4HF2 = 2(NH4)3AlF6 + 3H2O (2)

Fe2O3 + 6NH4HF2 = 2(NH4)3FeF6 + 3H2O (3)

TiO2 + 3NH4HF2 = (NH4)2TiF6 + 2H2O + NH3 (4)

Na2O + NH4HF2 = 2NaF + H2O + NH3 (5)

K2O + NH4HF2 = 2KF + H2O + NH3 (6)

Термодинамические расчеты равновесия реакций фторирования с учетом литературных данных представлены в таблице 1.

Установлено, что образование гексафторсиликата аммония по реакции (1) начинается при комнатной температуре, причем константа равновесия реакции (Кр) увеличивается с повышением температуры.

В соответствии с реакциями (1) – (6) и исходным составом кварцевого песка были рассчитаны конечные продукты процесса фторирования (табл. 2).

Таблица 1. Расчётные значения термодинамических параметров реакций (1) – (6).

Реакция Величина Tемпература, 0C
25 100 300 500
1 H (кДж/моль) -104,4 -105,5 -110,2 -184,7
G (кДж/моль) -34,4 -69,3 -162,5 -255,6
lgКр 13.9 22.4 34.1 39.8
2 H (кДж/моль) -345,7 -353,8 -373,0 -287,3
G (кДж/моль) -340,4 -339,1 -335,5 -331,9
lgКр 135.2 109.4 70.5 51.7
3 H (кДж/моль) -279.3 -283.3 -291.4 194.8
G (кДж/моль) -287.6 -289.7 -295.2 -300.8
lgКр 116.1 93.5 62.0 46.8
4 H (кДж/моль) -128.2 -123.0 -11.8 168.5
G (кДж/моль) 58.7 41.2 -5.5 -52.2
Кр (мин-1) 5.1·10-11 1.7·10-6 3.2 3.4·103
5 H (кДж/моль) -222.2 -223.1 -224.8 -191.6
G (кДж/моль) -309.7 -331.7 -390.5 -449.2
lgКр 125,1 107,0 82,0 69,9
6 H (кДж/моль) -252.3 -253.1 -254.1 -221.0
G (кДж/моль) -342.5 -247.4 -425.8 -486.4
lgКр 138,3 77,5 89,4 75,7


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.