Уравнение реакции флюорита и серной кислоты

Минерал флюорит (плавиковый шпат) удивителен по своим свойствам. Он имеет широкую палитру цвета – лиловый, фиолетовый, розовый,

Ваш ответ

решение вопроса

Похожие вопросы

• Все категории
• экономические 43,296
• гуманитарные 33,622
• юридические 17,900
• школьный раздел 607,211
• разное 16,830

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Уравнение реакции флюорита и серной кислоты

Крысенко Г.Ф., Гордиенко П.С., Эпов Д.Г.

Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия

Process of sulphuric acid decomposition of fluorite at presence of silicon dioxide as a quartz and the mica accompanying fluorite ores in the nature is investigated. It is shown that researched process at temperatures 120-140 0 C and presenting in a reactionary mix the evaporate water proceeds with distillation mixes HF, H₂SiF₆ and H₂O. It is established that presence of free and connected silicon dioxide influences kinetic parameters of researched process and results in increase of a degree of extraction of fluorine and under certain conditions to its full extraction.

Главным источником фтористого водорода, играющего ведущую роль в современной технологии фтора и фтористых соединений, является плавиковый шпат, представляющий собой природный минерал флюорит, концентраты которого с содержанием CaF₂ выше 92% используются для производства HF.

Наиболее распространенным методом обогащения флюоритовых руд является флотация [1], с помощью которой можно перерабатывать тонко вкрапленные руды. Особенностью минерально-сырьевой базы Приморского края является сложный состав и мелкокристаллическая структура руд, что затрудняет получение концентратов высокого качества. Так, например, Ярославский горно-обогатительный комбинат (п. Ярославка Приморского края) выпускает флюоритовый концентрат ФФ-92, содержащий

2.5% кварца, 1.9% карбоната кальция и около 4% других примесей. Кварц и кальцит отрицательно влияют на экологию и экономические показатели химического производства безводного фтористого водорода по сернокислотному способу: теряется до 7% фтора вследствие связывания его с кремнием в SiF₄, тратится лишняя серная кислота на взаимодействие с кальцитом, а выделяющийся при реакции углекислый газ распыляет частички образующегося гипса и «забивает» ими коммуникации.

Для повышения сортности флюоритового концентрата в последнее время нашел применение химический способ обогащения [2], заключающийся в разрушении кальцита растворами кислот, гидродифторида, фторида аммония и др. При использовании гидродифторида аммония концентрат смешивают с NH₄HF₂ и нагревают до 180-200 о С для связывания кальцита и кварца. Кальцит при этом переходит во фторид кальция, а кварц — в гексафторосиликат аммония, который удаляется при 600 0 С. Остаточное содержание кремния составляет 0.1%. В результате такой обработки концентрация флюоритового концентрата повышается до 97% [3].

Перспективным методом получения фтористоводородной кислоты является высокотемпературный гидролиз флюоритовых руд. Практическое осуществление высокотемпературного превращения в системе CaF₂-SiO₂-H₂O возможно в двух температурных режимах: пирогидролиз продуктов в твердом состоянии и взаимодействие компонентов системы в расплаве [4]. Однако при пирогидролизе твердых продуктов реакция тормозится диффузией паров воды к частицам материала, а при взаимодействии в расплаве — низкой растворимостью и малой скоростью диффузии паров воды в силикатных шлаках. Кроме того, промышленная реализация процессов пирогидролиза сталкивается с существенными трудностями, обусловленными большой агрессивностью газовой фазы к металлам и сплавам и разрушением при температуре процесса огнеупорных материалов образующимся оксидом кальция.

Основным промышленным способом получения HF до настоящего времени остается сернокислотное разложение флюоритового концентрата [5]. При обычном одностадийном способе смешения флюоритовый концентрат полностью смешивается со всей массой серной кислоты. При этом образуется сильно разжиженная смесь, которая направляется далее в печь разложения. При питании печи такой разжиженной массой увеличивается скорость коррозии реторты печи, а при последующем затвердевании реакционной массы стенки смесителя покрываются гипсом, и возрастает расход серной кислоты. Более эффективным является метод двухступенчатого смешения компонентов, по которому на первой стадии вводится небольшое количество серной кислоты, а через некоторое время — все остальное ее количество. В результате взаимодействия флюорита с серной кислотой на первой стадии смешения образуется сульфат кальция, который обуславливает ускорение схватывания реакционной смеси. При двухстадийном смешении получают сыпучий продукт, разложение которого позволяет увеличить срок службы печи, уменьшает отложения на внутренней стенке печи и значительно снижает коррозию реторты печного агрегата.

Представляло интерес объединить эти два процесса (сернокислотное разложение флюорита и пирогидролиз флюорита в системе CaF₂-SiO₂-H₂O) и всесторонне изучить возможность и условия сернокислотного разложения CaF₂ при небольшом нагревании в присутствии SiO₂.

В данной работе представлено исследование возможности и условий разложения CaF₂ концентрированной серной кислотой в присутствии диоксида кремния, что позволило бы проводить комплексную переработку флюоритового сырья. Последнее особенно важно при переработке плавикошпатового концентрата Ярославского горно-обогатительного комбината, являющегося основным производителем этого концентрата в России, и сырьевая база которого содержит не только огромные запасы флюоритовых руд, но и целый ряд стратегически важных полезных ископаемых, таких как тантал, ниобий, литий, рубидий, цезий и др.

В качестве исходных веществ для исследования использовали растертые образцы с размером частиц 20-44 мкм минерала флюорит (Ф), флюоритового концентрата с содержанием CaF₂ 92% (ФК-92), слюдисто-флюоритовой руды с содержанием CaF₂ 39.8% (СФР) и слюды мусковит, кристаллический a-кварц с размером частиц 30-50 мкм и концентрированную серную кислоту квалификации «хч». Все образцы, содержащие флюорит, получены с Ярославского ГОКа. Химический и фазовый состав флюоритовых образцов приведены в таблице.

Таблица Химический и фазовый состав исходных образцов

Химические свойства флюорита

Флюорит за счет своих химических свойств полностью разлагается крепкой серной кислотой с выделением HF; также хлорной кислотой в присутствии небольшого количества борной кислоты. ​

Кристаллы кальцита (белый) и флюорита (желтый). Северный Кавказ. Белоречеснкое месторождение

​ Растворимость CaF2 в химически чистой воде, по Кольраушу, незначительна, но заметно возрастает соответственно с повышением температуры; по Казакову и Соколовой, при 0° раствор содержал мг/л фтора, при 20° — 15 мг/л, при 100° — 30,0 мг/л. Присутствие в воде CaS0 ₄ также, как и СаС0 ₃ , снижает растворимость CaF ₃ (в присутствии гипса раствор содержал всего 6—8 мг/л F при комнатной температуре); при увеличении концентрации NaCl в растворе растворимость CaF ₂ постепенно увеличивается, достигая максимума 18 мг/л F при 100 г/л NaCl; присутствие Na ₂ SO ₄ заметного влияния не оказывает, при содержании 10 г/л MgSO ₄ и выше растворимость CaF ₂ резко возрастает, в растворах с низкой концентрацией MgSO ₄ (около 2 г/л) она незначительна.
Растворимость CaF2 в водных растворах значительно повышается в присутствии солей алюминия (образуется малодиссоциированный ион AlF ₂ ).

Прочие свойства флюорита

Не электропроводен. Диамагнитен, а при низких температурах флюорит парамагнитен. На гранях куба установлена разность электрических потенциалов между серединами граней и их краями, возникающая в результате действия свата (фотоэлектричество) или тепла (термоэлектричество). Обычно флуоресцирует в ультрафиолетовых и в катодных лучах, светится и после удаления источника излучения (остаточная люминесценция); люминесцирует также в результате нагревания, причем термолюминесценция может вызываться любым источником тепла: нагреванием в руке или на солнечном свету. Свечение обычно голубое или фиолетовое, также красное, иногда после нагревания зеленое («хлорофан» и «пиросмарагд»). Элементами-активаторами считаются редкие земли; голубое свечение в ультрафиолетовых лучах связывается с присутствием Eu 2+ , термолюминесценция — с TR 3+ . У искусственных флюоритов, активированных редкими землями, спектры люминесценции бывают тождественны природным. Установлена поляризованная люминесценция F-центров в интенсивно окрашенных красных кристаллах CaF ₂ , зависящая от длины волны возбуждающего света. При продолжительном одностороннем давлении флюорит обнаруживает пластическую деформацию. Флотируется разными реагентами.

Температура плавления 1360°, кипения — 2450° (по Берчу и др.). Показатели преломления минерала флюорит, как и плотности в результате нагревания понижаются.