КИНЕТИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ АРВАТЕНСКОГО СЕРПЕНТИНИТА АЗОТНОЙ КИСЛОТОЙ
Аннотация
Серпентинит привлекает большой интерес как перспективное сырье для получения из него окиси магния и кремния, широко используемые в получении чистых и прикладных материалов. Судя по минералогическому составу серпентинит относится к руде, обогащенной магнием. Исследования по извлечению магния из серпентинита химическим методом имеет особое значение. В данной работе изучен процесс разложения серпентинита Арватенского месторождения азотной кислотой в широком интервале концентрации азотной кислоты (20-50%), стехиометрической ее нормы (70-120%), температуры (40-120 °С) и продолжительности контактирования (5-300 мин). На основе химического анализа недоразложенных осадков и фильтратов рассчитаны степень перехода (Сперех.) в жидкую фазу и коэффициент разложения (Кразл.) компонентов серпентинита (MgO, СаО, Fe2O3 и Al2O3). Экспериментально доказано, что на Кразл., определяющий вскрытие компонентов минерала, больше всего влияет концентрация азотной кислоты, температура, время перемешивания и норма кислоты. Найдены оптимальные условия разложения серпентинита: концентрация HNO3 – 30%, норма HNO3 – 100%, соотношение твердой фазы к жидкой = 1:5, температура процесса – 90 оС и время контактирования – 180 мин, при которых достигнуто приемлемое значение Кразл. для MgO – 96,36 %. Кинетические кон-станты процесса разложения серпентинита рассчитаны по первому порядку при 313-363 К, где значение кажущейся энергии активации (Еа) серпентинита составляет от 18,75 до 9,19 ккал/моль или от 78,38 до 38,41 кДж/моль, а среднее значение Еа.ср. составляет 13,52 ккал/моль или 56,53 кДж/моль. Рентгенографическим методом исследования установлено, что лимитирующей стадией растворения серпентинита является внешняя диффузия, на что указывает увеличение количества аморфного кремнезема. По показателям кинетических констант серпентинит из месторождения Арватен относится сырью с достаточной реакционной способностью, что необходимо для создания условий для максимального извлечения магния и магнийсодержащих руд в гидрометаллургии.
Для цитирования:
Ахмаджонов А.Н., Алимов У.К., Сейтназаров А.Р., Пиримов Т.Ж., Намазов Ш.С., Беглов Б.М., Номозов Ш.Ю. Кинетические и физико-химические особенности разложения арватенского серпентинита азотной кислотой. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2025. Т. LXIX. № 2. С. 52-65. DOI: 10.6060/rcj.2025692.7.
Литература
Leng Y., Soares A. Microbial phosphorus removal and recovery by struvite biomineralisation in comparison to chemical struvite precipitation in municipal wastewater. J. Env. Chem. Eng. 2023. V. 11. N 2. P. 109208. DOI: 10.1016/j.jece.2022.109208.
Carmignano O., Vieira S.S., Brandao P., Bertoli A.R., Lago M. Serpentinites: Mineral Structure, Properties and Technological Applications. J. Braz. Chem. Soc. 2020. V. 31. N 1. P. 2-14. DOI: 10.21577/0103-5053.20190215.
Передерин Ю.В., Усольцева И.О., Краснощекова Д.А. Основные технологии получения оксида магния из серпентинита. Ползуновский вестник. 2019. Вып. 2. С. 123-127. DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.02.024.
Шарафеев Ш.М., Сергеев Н.П., Меженин А.В. Влияние оксидов магния и железа на процессы фазообразования и спекания анортитовых материалов на основе природного сырья. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2024. Т. 67. Вып. 4. С. 101-107. DOI: 10.6060/ivkkt.20246704.6940.
Бажин В.Ю., Суслов А.П., Котова Е.Л. Санкт-Петербургский горный университет и Д.И. Менделеев. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2022. Т. LXVI. № 2. С. 51-56. DOI: 10.6060/rcj.2022662.9.
Краснощекова Д.В., Передерин Ю.В., Усольцева И.О. Переработка серпентинитсодержащего минерального сырья: Современное состояние технологий. Физико-технические проблемы в науке, промышленности и медицине: сборник научных трудов Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых; Томский политехнический университет. 2019. С. 49.
Nduagu E., Bjorklof T., Fagerlund J., Warna J., Geerlings H., Zevenhoven R. Production of magnesium hydroxide from magnesium silicate for the purpose of CO2 mineralisation – Part 1: Application to Finnish serpentinite. Minerals Engineering. 2012. V. 30. P. 75–86. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.12.00 4.
Nduagu E., Bjorklof T., Fagerlund J., Makila E., Salonen J., Geerlings H., Zevenhoven R. Production of magnesium hydroxide from magnesium silicate for the purpose of CO2 mineralization – Part 2: Mg extraction modeling and application to different Mg silicate rocks. Minerals Engineering. 2012. V. 30. P. 87-94. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.12.002.
Hemmati A., Shayegan J., Sharratt P., Yeo T.Y., Bu J. Solid products characterization in a multi-step mineralization process. Chem. Eng. J. 2014. V. 252. P. 210-219. DOI: 10.1016/j.cej.2014.04.112.
Koivisto E., Erlund R., Fagerholm M., Zevenhoven R. Extraction of magnesium from four Finnish magnesium silicate rocks for CO2 mineralisation - Part 1: Thermal solid/solid extraction. Hydrometallurgy. 2016. V. 166. P. 222-228 DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.07.005.
Erlunda R., Koivisto E., Fagerholm M., Zevenhoven R. Extraction of magnesium from four finnish magnesium sili-cate rocks for CO2 mineralisation – part 2: Aqueous solution extraction. Hydrometallurgy. 2016. V. 166. P. 229-236. DOI: 10.1016/j.hydromet.2016.07.004.
Sebastian T., Hannu R., Sanni E., CarlJohan F., Ron Z. Dissolution of natural serpentinite in mineral and organic ac-ids. Int. J. Miner. Process. 2007. V. 83. P. 36–46. DOI: 10.1016/j.minpro.2007.04.001.
Калиниченко И.И., Габдуллин А.Н. Азотнокислотная безотходная переработка серпентинита. Химическая технология. 2008. № 6. С. 244-245.
Fedorockov A., Hreus M., Raschman P., Sucik G. Disso-lution of magnesium from calcined serpentinite in hydrochloric acid. Minerals Engineering. 2012. V. 32. P. 1–4. DOI: 10.1016/j.mineng.2012.03.006.
Raschman P., Fedoročkov A., Sučik G. Thermal activation of serpentine prior to acid leaching. Hydrometallurgy. 2013. V. 139. P. 149–153. DOI: 10.1016/j.hydromet.2013.08.010.
Sierra C., Chouinard S., Pasquier L.C., Mercier G., Blais J.F. Feasibility Study on the Utilization of Serpentine Resi-dues for Mg(OH)2 Production. Waste Biomass Valor. 2018. P. 1-16. DOI: 10.1007/s12649-017-9926-9.
Умиров Ф.Э., Шодикулов Ж.М. Исследование основных минералогических составов серпентинита Карманинского месторождения. Аcademic Research in Modern Science. International Scientific-Online Conference. 2023. C. 13-17. DOI: 10.5281/zenodo.7631576.
Бугаенко В.А., Кадырова З.Р., Эминов А.А. Магнезиальные огнеупорное сырье и перспективы его использования. Новые огнеупоры. 2018. № 5. C. 10-12. ISSN 1683-4518.
Бадалов Ф.А., Бойжонов И.Р., Тожиев К.Ф., Мадаминов Д.К. Study of the enrichment of serpentinite in the Аmandara deposit for obtaining forsterite refractories. Со-временная наука: проблемы, идеи, инновации 12/2020. Материалы II Международной научно-практической конференции. 20 декабря 2020 г. C. 37-43.
Umirov F.E., Shodikulov Zh.M., Umirov U.F. Research of processes of obtaining chlorate-magnesium defoliant on the basis of serpentinite of the Arvaten deposit. Put' Nauki (The Way of Science). 2020. N 10. P. 19–22.
Pirimov Т.J., Namazov Sh.S., Seytnazarov A.R., Temirov U.Sh., Usanbaev N.Kh. Obtaining of magnesium oxide from serpentenites of the arvaten deposit of Uzbekistan. International Journal of Advanced Science and Technology. 2020. V. 29. N 8. P. 1619-1627.
Wang J., Li Zh., Alissa A.H.P., Petit Ce. Thermodynamic and Kinetic Studies of the MgCl2-NH4Cl-NH3-H2O System for the Production of High Purity MgO from Calcined Low-Grade Magnesite. AIChE Journal. 2015. V. 61. N 6. P. 1933-1946. DOI: 10.1002/aic.14789.
ГОСТ 27097-86. Стандартный образец серпентинита. М.: Издательство стандартов, 1987. 11 с.
Rogozhnikov D., Karimov K., Shoppert A., Dizer O., Naboichenko S. Kinetics and mechanism of arsenopyrite leaching in nitric acid solutions in the presence of pyrite and Fe(III) ions. Hydrometallurgy. 2021. V. 199. P. 105525 DOI: 10.1016/j.hydromet.2020.105525.
Штиллер В. Уравнение Аррениуса и неравновесная кинетика: Пер. с англ. - М.: Мир. 2000. 176 с.
Hidalgo T., Kuhar L., Beinlich A., Putnis A. Kinetics and mineralogical analysis of copper dissolution from a born-ite/chalcopyrite composite sample in ferricchloride and methanesulfonic-acid solutions. Hydrometallurgy. 2019. V. 188. P. 140–156. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.06.009.
Yatsimirskii K.B. Kinetic methods of analysis. M: Khimiya. 1967. 200 p.
Митрофанов А.В., Мизонов В.Е., Малько М.В., Василевич С.В., Зарубин З.В. Формально-кинетические подходы к описанию термического разложения материалов – проблемы идентификации параметров и интерпретации результатов: краткий обзор. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 7. С. 6-16. DOI: 10.6060/ivkkt.20226507.6579.
Кольцов Н.И. Описание критических форм множественности стационарных состояний в кинетике каталитических реакций. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2023. Т. 66. Вып. 8. С. 6-21. DOI: 10.6060/ivkkt.20236608.6793.
Kuba M., Skoglund N., Ohman M., Hofbauer H. A review on bed material particle layer formation and its positive influence on the performance of thermo-chemical biomass conversion in fluidized beds. Fuel. 2021. V. 291. P. 120214. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.120214.
Ahmadjonov A.N., Alimov U.K., Primov T.J., Seitnazarov A.R., Reimov A.M., Namazov Sh.S. Effect of temperature on the kinetics of the process of nitric acid decomposition of arvaten serpentinite. IOP Conf. Series: Earth and En-vironmental Science. 2023. V. 1142. P. 012034. DOI: 10.1088/1755-1315/1142/1/012034.
