Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышенный интерес к океаническим железомарганцевым конкрециям основывается прежде всего на практической ценности этих образований, которые являются полиметаллическими рудами. В конкрециях обнаружено свыше 60 элементов, причем содержания All , Со, Си выше, чем в известных месторождениях этих металлов на суше. Однако своеобразие конкреций: тонкодисперсное состояние основных минеральных фаз - гидроксидов марганца и железа, их кристаллохимические особенности, трудности выделения мономинеральных фракций ставит необходимость комплексного подхода в изучении свойств этих новых минеральных образований в пред-верии их промышленного освоения.
Цель работы. Изучение химико-структурных преобразований марганцевых минералов глубоководных океанических железомарганцевых конкреций в водных растворах электролитов в широком диапазоне концентраций и рН. растворов, а также оценка перспектив использования конкреций в качестве сорбента для решения технологических и природоохранных задач.
Задачи исследования. I. Установить вклад марганцевых минералов в сорбционные свойства океанических железомарганцевых конкреций. 2. Изучение изменений химического состава марганцевых минералов в реакциях ионного обмена. 3. Изучение структурных преобразований марганцевых минералов океанических конкреций в водных растворах электролитов. 4. Изучить подвижность металлов, входящих в марганцевые минералы, при кислотном декатионировании конкреций. 5. Разработать способы модифицирования океанических конкреций с целью получения новых сорбентов на цветные и редкие металлы и изучение их свойств.
Научная новизна
-
Установлена структурная устойчивость марганцевых минералов океанических конкреций - бузерита-1 и неупорядоченного смеша-нослойного асболан-бузерита-І в реакциях ионного обмена.
-
Установлено структурное превращение смешанослойного асбо-лан-бузерита-І в асболан.при взаимодействии с водными растворами солей никеля и кобальта.
-
Установлен эффект икислотной бернесситизации бузерита-1 в результате взаимодействия исходных железомарганцевых конкреций с растворами минеральных кислот.
-
Методом кислотного декатионирования из исходных океанических конкреций синтезирован марганцевый минерал бернессит. Изучены сорбционные свойства данного минерала к широкому спектру металлов. Определена устойчивость бернессита в реакциях ионного обмена, при взаимодействии с водными растворами минеральных кислот и щелочей.
-
Разработан метод кислотно-щелочного модифицирования океанических конкреций, приводящий к их обогащению марганцевыми минералами. Данным способом получен новый высокоселективный марганцевый сорбент на цветные и редкие металлы многоразового использования.
Практическая значимость
-
Разработан метод насыщения марганцевых минералов океанических конкреций цветными и редкими металлами, позволяющий более детально изучать кристаллохимические особенности высокодисперсных марганцевых минералов.
-
Данные по дифференциальной подвижности щелочных, щелочно-
- З -земельных и цветных металлов при кислотном декатионировании желе-зомарганцевых конкреций могут быть учтены при разработке оптимальной технологии передела этого нового нетрадиционного типа сырья.
3. Разработан способ утилизации марганцевых кеков выщелачивания океанических конкреций, позволяющий получать новый высокоселективный сорбент многократного использования на цветные и редкие металлы.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на конференции молодых ученых и специалистов ИМГРЭ (Москва, 1985г.), 7,8 и 9 Всесоюзных школах морской геологии (Геленджик, 1986, 1988, 1990гг.), П Всесоюзном совещании "Современные методы морских геологических исследований (Светлогорск, 1987г.). Отдельные результаты исследований демонстрировались на выставке ВДНХ СССР (1985г.), где отмечены бронзовой медалью, а также на международной выставке "Технологическая минералогия-87" (Ленинград, 1987г.).
По теме диссертации опубликовано б статей, б тезисов, кроме того, 2 статьи сданы в печать. Результаты исследований защищены 4 авторскими свидетельствами на изобретения.
Защищаемые положения:
-
Установлена химическая и структурная устойчивость марганцевых минералов океанических железомарганцевых конкреций в реакциях ионного обмена с водными растворами солей металлов. Слоистая матрица марганцевых минералов сохраняется во всем диапазоне рН водных растворов электролитов. Установлено превращение неупорядоченного смешанопослойного асболан-бузерита в асболан при взаимодействии с концентрированными водными растворами солей никеля и кобальта.
-
При кислотном декатионировании железомарганцевых конкреций установлена дифференциальная подвижность щелочных, щелочноземель-
- 4 -ных и цветных металлов при извлечении их из марганцевых минералов в раствор. Кислотная обработка конкреций приводит к необратимому структурному преобразованию бузерита-І в бёрнессит. Асболановая составляющая смешанослойного асболан-бузерита проявляет структурную устойчивость в кислой среде при одновременной трансформации бузеритовых пакетов в бёрнесситовые.
-
Методом кислотного декатионирования из исходных бузеритовых конкреций синтезирован бёрнессит. Установлено, что синтетический бёрнессит обладает сорбционными свойствами к щелочным, щелочноземельным, цветным и редким металлам и проявляет структурную устойчивость в реакциях ионного обмена, при взаимодействии с водными растворами кислот и щелочей.
-
Разработаны способы одноразового использования океанических конкреций для сорбционного концентрирования металлов их технологических растворов, сбросных вод с последующей переработкой обогащенного продукта совместно с основной рудой. Путем двухстадий ной обработки конкреций в водных растворах электролитов получен новый высокоселективный марганцевый сорбент на цветные и редкие металлы, который может быть применен для решения технологических
и природоохранных задач.
Автор благодарит научного руководителя доктора геолого-минералогических наук, профессора Н.Ф.Челищева; за советы, ценные замечания, высказанные при написании работы, доктора геолого-минералогических наук А.И.Горшкова, кандидата геолого-минералогических наук О.Г.Сметанникову, кандидата химических наук Н.К.Грибанову; за содействие в работе сотрудников лаборатории экологической и технологической минералогии А.В.Михайлова, Т.Н.Романову, Н.Ф.Кук-лину и Н.С.Шацкую, а также сотрудников других подразделений института В.В.Капцова, В.В.Чернову, Л.Г.Щема, С.Л.Родину; Т.В.Коленко (ВШС).
- 5 -Объем работы. Работа содержит ISO страниц машинописного текста, состоит из введения, 6 глав и заключения, иллюстрирована 23 рисунками, 48 таблицами. Список литературы содержит 182 наименования.
