ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОДУКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ГИПСА С КАРБОНАТОМ НАТРИЯ: ХИМИЧЕСКИЙ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
Аннотация
Фосфорная кислота и фосфорсодержащие удобрения производят примерно 7 млрд. т фосфогипса (ФГ), который занимает сельскохозяйственные территории и ухудшает экологическую обстановку в близлежащих регионах. ФГ может быть использован в качестве мелиоранта или удобрения, термохимически переработан для производства серной кис-лоты и цемента, применен в строительных материалах и изделиях, а также может быть источником для получения сульфатов аммония, калия, натрия и карбоната каль-ция. Кроме того, его можно использовать в качестве пигмента, наполнителя для бумаги и резины. Одним из потенциальных методов переработки является щелочная конверсия ФГ в сульфат натрия и карбонат кальция. Процесс зависит от многих факторов, таких как: температура, время контакта, концентрация и расход карбоната натрия. Степень конверсии CaSO4 (Кконв.) является основным показателем образования осадка карбоната кальция и раствора сульфата натрия. Химический анализ как твердой, так и жидкой фаз показывает, что при концентрации 20% карбоната натрия, 110% расхода карбоната натрия и температуре 80 °C в течение 30 мин достигается максимальный коэффициент конверсии - 97,07%. В данной работе установлено, что оптимальными условиями про-цесса являются: расход карбоната натрия – 105%, раствор карбоната натрия – 20%, время контакта - 60 мин и температура процесса – 80 °C. Результаты сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа показывают морфологию, струк-туру и состав упаренной жидкой фазы и осадка из твердой фазы.
Для цитирования:
Темиров Г.Б., Алимов У.К., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Номозов Ш.Ю., Курбаниязов Р.К. Исследование про-дуктов взаимодействия технического гипса с карбонатом натрия: химический и физико-химический анализ. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2025. Т. LXIX. № 2. С. 30-42. DOI: 10.6060/rcj.2025692.5.
Литература
U.S. Geological Survey. Mineral commodity summaries (by Joyce A. Ober). 2017. P 202. DOI: 10.3133/70180197.
Angelov A.I., Levin B.V., Klassen P.V. World production and consumption of phosphate raw materials. Mining Journal. 2003. N 4-5. P. 6.
Sahu S.K., Ajmal P.Y., Bhangare R.C., Tiwari M., Pandit G.G. Natural radioactivity assessment of a phosphate ferti-lizer plant area. J. Radiat. Res. Appl. 2014. N 7. P. 123-128. DOI: 10.1016/j.jrras.2014.01.001.
El-Didamony H., Ali M.M., Awwad N.S., Fawzy M.M., Attallah M.F. Treatment of phosphogypsum waste using suitable organic extractants. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2012. V. 291. N 3. P. 907-914. DOI: 10.1007/s10967-011-1547-3.
Hammas-Nasri I., Horchani-Naifer K., Férid M., Barca D. Production of a rare earths concentrate after phos-phogypsum treatment with dietary NaCl and Na2CO3 solu-tions. Minerals Engineering. 2019. V. 132. P. 169-174. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.12.013.
Namazov Sh.S., Sadykov B.B., Volynskogo N.V., Seitnaza-rov A.R., Isaev R.D., Beglov B.M. Extractive phosphoric acid from the washed calcined phosphoconcentrate of the Central Kyzylkum, containing 26% Р2О5. Chemical industry. 2014. V. 91. N 5. P. 223-236.
Silva L.F.O., Oliveira M.L.S., Crissien T.J., Santosh M., Bolivar J., Shao L., Dotto G.L., Gasparotto J., Schindler M. A review on the environmental impact of phosphogypsum and potential health impacts through the release of nanopar-ticles. Chemosphere. 2022. V. 286. DOI: 10.1016/j.chemo-sphere.2021.131513.
Kadirova Z.C., Hojamberdiev M., Bo L., Hojiyev R., Okada K. Ion uptake properties of low-cost inorganic sorp-tion materials in the CaO-Al2O3-SiO2 system prepared from phosphogypsum and kaolin. J. Clean. Prod. 2014. V. 83. N 15. P. 483-490. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.06.084.
Yang L., Zhang Y., Yan Y. Utilization of original phosphogyp-sum as raw materials for the preparation of self-leveling mortar. Journal of Cleaner Production. 2016. V. 127. P. 204-213. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.04.054.
Bouray M., Moir J., Condron L., Lehto N. Impacts of Phos-phogypsum, Soluble Fertilizer and Lime Amendment of Acid Soils on the Bioavailability of Phosphorus and Sulphur under Lucerne (Medicago sativa). Plants. 2020. V. 9. N 7. DOI: 10.3390/plants9070883.
Rasulov A.A., Alimov U.K., Seytnazarov A.R., Namazov Sh.S., Sultonov B.E. Production of NP fertilizers based on the decomposition of poor phosphates using a mixture of phos-phoric and sulphuric acids. J. Chem. Technol. Metall. 2019. V. 54. N 6. P. 1263-1270.
Numonov B., Namazov Sh., Badalova O., Seytnazarov A., Sultonov B., Alimov U. Low-waste process of complex ferti-lizer based on sulphuric acid processing thermic calcinated phosphorite concentrate. J. Chem. Technol. Metall. 2020. V. 55. N 4. P. 831-838.
Al-Hwaiti M.S., Al-Khashman O.A., Shaweesh M.Al., Al-mohtasib A.H.. Potentially utilizations of Jordan phosphogyp-sum. International Journal of Current Research. 2019. V. 11. N 04. P. 3258-3262. DOI: 10.24941/ijcr.35160.04.2019.
Vlasjan S.V., Voloshin N.D., Shestozub A.B. Producing calcium nitrate and rare-earth element concentrates by phosphogypsum conversion. Cheminė Technologija. 2013. N 2. V. 64. P. 58-62. DOI: 10.5755/j01.ct.64.2.6024.
Zhao H., Li H., Bao W., Wang Ch., Li S., Lin W. Experimental study of enhanced phosphogypsum carbonation with ammonia under increased CO2 pressure. Journal of CO2 Utilization. 2015. N 11. P. 10–19. DOI: 10.1016/j.jcou.2014.11.004.
Ennaciri Y., Alaoui-Belghiti H.El., Bettach M. Comparative study of K2SO4 production by wet conversion from phosphogyp-sum and synthetic gypsum. J. Mater. Res. Technol. 2019. V. 8. N 3. P. 2586–2596. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.02.013.
Kolokolnikov V.A., Shatov A.A. Processing of phosphogypsum into sodium sulfate and commercial calcium carbonate. Chemis-try for sustainable development. 2008. N 16. P. 409-413.
Mulopo1 J., Ikhu-Omoregbe D. Phosphogypsum Conver-sion to Calcium Carbonate and Utilization for Remediation of Acid Mine Drainage. J. Chem. Eng. Process. Technol. 2012. V. 3. N 2. P 2-6. DOI: 10.4172/2157-7048.1000129.
Ennaciri Y., Bettach M., Cherrat A., Zegzouti A. Conver-sion of phosphogypsum to sodium sulfate and calcium car-bonate in aqueous solution. J. Mater. Environ. Sci. 2016. V. 7. N 6. P. 1925-1933.
Abdel Wahab S.M., Gado H.S., Taha M.H, Roshdy O.E. Application of Full Factorial Design to Improve Phosphogyp-sum Conversion Process to Calcium Carbonate. J. Bas. Envi-ron. Sci. 2017. N 4. P. 339-350.
Trendafelov D., Christov Ch., Balarew Ch., Karapetkova A. Study of the conversion of CaSO4 to CaCO3 within the CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 four-component water–salt system. Collect. Czech. Chem. Commun. 1995. V. 60. P. 2107-2111. DOI: 10.1135/CCCC19952107.
Rafie Sh.El., Ghytany H.El., Ramadan R., Gaber M.H. Treatment and Purification of Phosphogypsum. Egypt. J. Chem. 2019. V. 62. Special Issue [Part 1]. P. 243-250.
Proydakova V.Yu.., Voronova V.V.., Pynenkovb A.A.., Kuznetsova S.V., Zykovac M.P., Nishchevb K.N., Fedorov P.P. Sodium Sulfate Polymorphism. Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. N 2. P. 970-977. DOI: 10.1134/S0036023622070208.
Kochetkova N.V., Gavrilova N.B., Dergacheva N.P., Chudnenkob K.V., Kreneva V.A. Physicochemical model-ing of precipitating and dissolving of gypsum in chloride so-lutions. Russ. J. Inorg. Chem. 2006. V. 51. P. 823-828. DOI: 10.1134/S003602360605024X.
Aliev A.R.., Akhmedov I.R., Kakagasanov M.G., Aliev Z.A. Raman Spectra of Polycrystalline Lithium Sulfate, Sodium Sulfate, and Potassium Sulfate in the Pretransition Temperature Range Lower the Structural Phase Transition. Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 61. P. 1464-1470. DOI: 10.1134/S1063783419080043.
Vinnik M.M., Erbanova L.N., Zaitsev P.M. Methods of analysis of phosphate raw materials, phosphate and complex fertilizers, fodder phosphates. M.: Chemistry. 1975. V. 218. P. 112-118. DOI: 10.21608/EJCHEM.2021.94546.4444.
Ennaciri Y., Bettach M. Procedure to convert phosphogypsum waste into valuable products. Mater Manuf. Process. 2018. V. 33. N 16. P. 1727–1733. DOI: 10.1080/10426914.2018.1476763.
Temirov G.B., Alimov U.К., Seytnazarov A.R., Reymov А.М., Namazov Sh.S., Beglov B.M. Rheological behaviours and composition of products of phosphogypsum conversion with sodium carbonate. Ros. Khim. Zh. 2023. V. 67. N 3. P. 25-35. DOI: 10.6060/RCJ.2023673.4.
Sharafeev S.M., Sergeev N.P., Mezhenin A.V. Magnesium and iron oxides influence on sintering processes and phase formation of anorthite ceramics based on natural raw materials. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 4. P. 101-107. DOI: 10.6060/ivkkt.20246704.6940.
Pochitalkina I.A., Kondakov D.F., Makaev S.V., Sibiryakova I.B., Kostanov I.M. Sulfate additives for intensification of the filtration of low grade phosphorite-nitric acid suspension. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 12. P. 30-36. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.6672.
Kunin A.V., Ilyin A.A., Morozov L.N., Smirnov N.N., Nikiforova T.E., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Afineevskiy A.V., Borisova O.A., Grishin I.S., Veres K.A., Kurnikova A.A., Gabrin V.A., Gordina N.E. Catalysts and ad-sorbents for conversion of natural gas, fertilizers production, purification of technological liquids. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 132-150. DOI: 10.6060/ivkkt.20236607. 6849j.
Temirov G., Alimov U., Seytnazarov A., Tojiev R., Namazov Sh., Honkeldieva M. Study of phosphogypsum conversion from Kyzylkum phosphorites with soda ash solution. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2023. V. 1142. P. 012066. DOI: 10.1088/1755-1315/1142/1/012066.
Yusupov F., Kucharov A., Baymatova G., Shukurullayev B., Yuldashev R. Development and study of adsorption prop-erties of a new sulfur polyvinyl chloride cation exchanger for water treatment. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2023. V. 1231. P. 012027. DOI: 10.1088/1755-1315/1231/1/012027.
Xursandov B., Yusupov F., Kucharov A., Baymatova G., Аchilov N. Study of changes in the physical and mechanical properties of sulfur asphalt concrete mixture based on polymer sulfur. AIP Conf. Proc. 2024. V. 3045. P. 030056. DOI: 10.1063/5.0197790.
