Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Основные направления в технологии производства чистых соединений железа 8
1.1.1. Виды чистых соединений железа и области их применения. Оксид железа высокой чистоты - как основа изделий для новой техники 8
1.1.2. Способы получения чистых оксидов железа 11
1.1.3. Основные виды железосодержащего сырья 16
1.1.4. Экстракционные технологии получения солей железа и оксида железа на их основе
1.2. Физико-химические свойства и структура концентрированных водных растворов электролитов 34
1.3. Состояние железа(Ш) в водных хлоридных растворах 37
1.4. Механизмы экстракции железа(Ш) из хлоридных растворов кислородсодержащими нейтральными экстрагентами. 43
1.5. Состояние катионов примесных элементов в водных хлоридных растворах 50
1.6. Экстракция катионов примесных элементов и соляной кислоты из хлоридных растворов нейтральными кислородсодержащими экстрагентами 55
1.7. Проявление взаимного влияния элементов при экстракции из хлоридных растворов в присутствии макрокомпонента - железа 60
1.8. Алифатические спирты - перспективные экстрагенты для промышленной технологии. Физико-химические свойства алифатических спиртов 64
ЗАДАЧИ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 70
ОСНОВНЫЕ ВЕЩЕСТВА И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 73
РАЗРАБОТКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭКСТРАКЦИИ ЖЕЛЕЗА(Ш) ИЗ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ХЛОРИДНЫХ РАСТВОРОВ... 80
4.1. Физико-химические свойства концентрированных водных растворов хлорида железа(Ш) 81
4.2. Физико-химические свойства спиртовых растворов хлорида железа(Ш) 87
4.3. Равновесия в экстракционной системе алифатический спирт - водный концентрированный раствор FeCb, FeCl3+FeCl2
4.4. Спектроскопическое исследование форм железа(Ш) в водных и органических растворах, образующихся в экстракционной системе алифатический спирт - кон центрированный раствор хлорида железа(Ш).
Предполагаемая модель экстракции хлорида железа(Ш) из концентрированных растворов 96
4.5. Экстракционные равновесия в системе концентрированный раствор FeCb, FeCb+ FeCb-микропримесь алифатический спирт 104
ГИДРОХЛОРИДНАЯ ЭКСТРАКЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ МАГНЕТИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ВЫСОКОЧИСТЫХ РАСТВОРОВ ХЛОРИДА ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ЦЗ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОЧИСТЫХ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА
5.1. Физико-химические свойства Оленегорского и Норвежского магнетитовых концентратов 113
5.2. Разработка условий разложения магнетитовых концентратов в растворах соляной кислоты 113
5.3. Выбор условий экстракции, реэкстракции и промывки н-октанольных экстрактов для снижения содержания в них примесных элементов 124
5.4. Укрупненные лабораторные испытания гидрохлоридной экстракционной технологии магнетитового концентрата
с проведением экстракции в непрерывном режиме 130
5.5. Описание непрерывной экстракции. Результаты укрупненных испытаний на экстракционной установке в непрерывном режиме 133
5.5. Варианты технологической схемы переработки магнетитового концентрата с получением высокочистых хлоридных растворов железа(Ш) для получения высокочистого оксида железа 141
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 148
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 150
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Высокочистые оксиды железа находят широкое применение в таких областях промышленности, как пигментная, аккумуляторная, ферритная и других. Уникальными свойствами обладают высокочистые оксиды железа, содержащие не более 10 ррт примесных элементов, использующиеся для изготовления ферритов для электронной, вычислительной техники, техники средств связи, в приборо- и машиносроении.
Актуальность работы. В настоящее время в России отсутствует производство высокочистого оксида железа и потребляемые высококачественные монокристаллические и высокопроницаемыё ферриты закупаются за рубежом. Не полностью удовлетворяются потребности аккумуляторной промышленности. В то же время сырьевые ресурсы железа в России практически не ограничены как в виде природного сырья, так и в виде различных оксидных концентратов и продуктов химических производств. Поэтому, разработка технологии получения высокочистых оксидов железа является актуальной научно-технической задачей.
На Кольском полуострове в качестве такого сырья может быть использован обогащенный оксидный железосодержащий концентрат Оленегорского ГОКа. Заинтересованность в создании технологии высокочистых оксидов железа проявляется в Норвегии, производящей аналогичный железосодержащий концентрат Syperling месторождения Андория.
Разработка универсальной технологии высокочистого оксида железа позволит создать базу для производства отечественных высококачественных ферритов высших марок.
Цель работы. Целью работы является физико-химическое обоснование и разработка гидрохлоридной экстракционной технологии высокочистых оксидов железа из оксидных железосодержащих концентратов Оленегорского и норвежского месторождений с использованием эффективных экстрагентов.
Задачи исследования.
1. Сравнительная оценка экстракционной способности ряда одноатомных высокомолекулярных органических спиртов ROH (R=C5- -Cio) по отношению к железу в высококонцентрированных хлоридных растворах Fe(III), Fe(III)+Fe(II). 2. Исследование физико-химических свойств концентрированных водных и органических растворов, содержащих железо(Ш) и химизма экстракции железа(Ш) из концентрированных растворов алифатическими спиртами.
3. Исследование распределения примесных элементов тяжелых цветных, щелочных и щелочно-земельных металлов (Zn, Са, Mg, Mr», Ni, Cr, Си, Na, К, Pb, Al, Si) между равновесными органической и водной (растворы Fe(III), Fe(III) + Fe(II)) фазами при индивидуальной и коллективной экстракции алифатическими спиртами.
4. Разработка режимов разложения магнетитовых концентратов растворами соляной кислоты с получением концентрированных растворов хлорида железа.
5. Разработка гидрохлоридной экстракционной технологии высокочистого оксида железа из магнетитовых концентратов.
Научная новизна.
1. Разработаны научные основы гидрохлоридной экстракционной технологии высокочистого оксида железа из магнетитов с использованием одноатомных высокомолекулярных алифатических спиртов.
2. Изучено равновесное распределение железа(Ш) из высококонцентрированных растворов (3-5 моль/л Fe(III), Fe(III„ II), 0.3-е-2.8 моль/л НС1) в системах с одноатомными высокомолекулярными алифатическими спиртами.
3. Разработана методика съёмки электронных спектров поглощения жидких образцов в тонких пленках. Методами электронной и инфракрасной спектроскопии идентифицирован состав форм Fe(III), существующих в концентрированных водных растворах хлорида железа(Ш), экстрактах и рафинатах.
4. Изучено равновесное распределение 12 примесных элементов (Na, К, Zn, Са, Mg, Мп, Си, Ni, Pb, Cr, Al, Si) между органической и водной фазами при индивидуальной и коллективной экстракции алифатическими спиртами из концентрированных растворов Fe(III), Fe(III)+Fe(II).
5. Разработан режим разложения магнетитовых концентратов 32%-ной соляной кислотой, позволяющий получать концентрированные растворы хлорида железа(Ш) с содержанием Fe(III) 250 г/л для экстракции железа алифатическими спиртами без предварительного концентрирования.
6. Разработана гидрохлоридная экстракционная технологическая схема получения высокочистых растворов хлорида железа, пригодных для получе 6 ния высокочистых оксидов железа, из магнетитовых концентратов с использованием в качестве экстрагентов одноатомных высокомолекулярных алифатических спиртов.
Практическая значимость работы. Разработана и проверена в укрупненном лабораторном масштабе на экстракционной установке непрерывного действия гидрохлоридная экстракционная технологическая схема получения концентрированных растворов высокочистого хлорида железа из магнетитовых концентратов с использованием в качестве экстрагентов одноатомных высокомолекулярных алифатических спиртов, позволяющая при использовании установок для пирогидролиза растворов создать промышленное производство высокочистого оксида железа для получения ферритов высших марок различного назначения.
Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов была подтверждена воспроизведением результатов анализов, выполненных различными методами (атомно-адсорбционным, спектральным, ЮР) а также спектроскопическими (ИК и ЭСП спектроскопии) и рентгенофазовыми исследованиями твердых,водных и органических образцов, а также совпадением результатов лабораторных и укрупненных испытаний.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Обоснование возможности и оптимальные условия экстракционного выделения железа(Ш) из концентрированных по металлу хлоридных растворов одноатомными высокомолекулярными алифатическими спиртами ROH (R = Сб-гСю) и получением высокочистых концентрированных растворов с содержанием Fe 150 г/л и ГІО МіО"4 мае. % примесных элементов (в пересчете на РегОз).
2. Результаты идентификации форм существования Fe(III) в концентрированных водных растворах хлорида железа(Ш), экстрактах и рафинатах методами электронной и инфракрасной спектроскопии. Модель экстракции Fe(III) из концентрированных растворов алифатическими спиртами.
3. Совокупность данных по равновесному распределению 12 примесных элементов (Na, К, Zn, Са, Mg, Mn, Си, Ni, Pb, Cr, Al, Si) между водной и органической фазами при индивидуальной и коллективной экстракции из концентрированных растворов, содержащих Fe(III), Fe(III)+Fe(II). 4. Режимы разложения магнетитов соляной кислотой с получением концентрированных растворов железа, пригодных для эффективной экстракции одноатомными высокомолекулярными алифатическими спиртами.
5. Технологическая схема гидрохлоридной экстракционной переработки магнетитов с получением высокочистого раствора железа, пригодного для получения высокочистого оксида железа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на I и II Международном симпозиуме «Проблемы комплексного использования руд» (С.-Петербург, 1994 и 1996 гг.), научных конференциях «Химия и технология переработки комплексного сырья Кольского полуострова», «Химия и химическая технология в освоении природных ресурсов Кольского полуострова» (г.Апатиты, 1996, 1998 гг.), V Международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания новых высокоэффективных химико-технологических процессов и оборудования» (г.Иваново, 26-28 июля, 2001 г.), XI Российской конференции по химии и технологии высокочистых веществ (Н.Новгород, 2000 г.), XI и XII Российских конференциях по экстракции (г.Москва, 1998 и 2001 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка цитируемой литературы из 318 наименований и приложения.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных статей и 8 тезисов докладов.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность доктору химических наук, профессору Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова Резнику A.M. и кандидату химических наук, старшему научному сотруднику Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН Кадыровой Г.И. за замечания и ценные советы при обсуждении материалов диссертации.
