Актуальность. Оксид магния и диоксид кремния являются необходимыми веществами для химической, металлургической промышленности и при производстве строительных и полимерных материалов. Магнийсиликатное сырье широко распространено на Урале. К нему относятся многие ультраосновные породы: минералы группы серпентина, дуниты, тальк, оливины и т.д.
Наиболее известные месторождения дунитов, серпентинита и талька - Баженовское (г. Асбест), Иовское, Уктусское, Нижнетагильское (гора Соловьева), Сарановское, Шабровское, Режевское, Ишановское, Джетыгоринское, Киембаевское, Магнитогорское, Кара-Кудукское. и др.
При обогащении хризотил-асбеста Баженовского месторождения образуются миллионы тонн отхода - серпентинита, занимающего огромные площади и представляющего опасность для окружающей среды. В состав серпентинита входят, в основном, гидросиликаты магния, переработка которых позволяет получить оксид магния и диоксид кремния.
Оксид магния применяется в производстве магнезитовых, шпинельных, форстеритовых, доломитовых, тальковых, талькомагнезитовых и хромомагнезиальных огнеупорных материалов, в изготовлении магнезиальных цементов, для осветления нефтепродуктов, в качестве активного наполнителя в резиновой промышленности. Высокоактивный оксид магния и композиции на его основе используют в качестве термостойкого электроизоляционного материала для трансформаторной стали и электроизоляторов.
"Белая сажа" (шБЮ2-пН2О) - осажденный гидратированный кремнезем, содержит 85-95 % БЮ2, представляет собой тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью Буд = 60 - 300 м2/г. Она является активным минеральным наполнителем, применяется в шинной и резинотехнической, химической, лакокрасочной, легкой промышленностях.
Цель работы заключается в разработке способов получения высокочистых ценных продуктов (оксида магния и диоксида кремния) при комплексной переработке магнийсиликатных материалов: природного минерального сырья и отходов промышленности.
Для решения поставленной задачи необходимо было исследовать: химический и минеральный состав серпентинита Баженовского месторождения; определить условия проведения кислотной обработки сырья и отделения примесей из полученного раствора соли магния; изучить термическое разложение нитрата магния до его оксида; разработать способ очистки диоксида кремния, полученного из кремнеземистого остатка.
Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач применялись следующие методы исследования: эмиссионный спектральный анализ с индуктивно-связанной плазмой ("Optima 4300 DV" фирмы "PerkinElmer", США), микрорентгеноспектральный анализ (прибор JEOL, Япония) с приставкой энергодисперсионного анализа AN-85S фирмы "Link" (Великобритания), рентгенофазовый (автоматические рентгеновские дифрактометрыSTADI-P фирмы STOE, Германия, и "Rigaku D'MAX-2200VL/PC" фирмы "Rigaku", Япония), ИК- (ИК-Фурье спектрометр BrukerAlpha, Германия) и КР-спектроскопический (рамановский микроскоп-спектрометр U1000 фирмы Renishaw, Англия), дериватографический, титриметрический метод анализа, определение величины удельной поверхности по методу БЭТ (прибор "СОРБИ №4.1" фирмы "Meta", Россия). Обработка данных и расчеты проведены с применением компьютерной программы Excel (см. Приложение ).
1) Пат. 2292300 Российская Федерация, МПК C 01 F 5/02. Способ переработки серпентинита / Калиниченко И.И., Габдуллин А.Н. - №2005122242/15; заявл. 13.07.2005; опубл. 27.01.2007. Бюл. № 3. - 10 с.
2) Калиниченко, И.И. Азотнокислотная безотходная переработка серпентинита / И.И. Калиниченко, А.Н. Габдуллин // Химическая технология.
2008. - № 6. - С. 244-245
3) Вайтнер, В.В. Исследование кинетики термического гидролиза нитратов алюминия и магния / В.В. Вайтнер, И.И. Калиниченко, Е.Г. Печерских, О.А. Антропова, А.Н. Габдуллин // В мире научных открытий. - 2010. - № 4. - С. 33-34
4) Калиниченко, И.И. Значение азотнокислотной технологии переработки магнийсодержащего сырья для производства металлического магния и его соединений / И.И. Калиниченко, А.Н. Габдуллин, А.С. Молодых, В.Е. Зарецкий, О. А. Антропова, Е.Г. Печерских // В мире научных открытий. - 2010. - № 4. - С. 34-36
5) Katyshev, S.F. Conditions Investigation of Nitric Acid Leaching of Serpentinite / S.F. Katyshev, A.N. Gabdullin, E.A. Nikonenko, D.F. Rakipov // Eastern European Scientific Journal (Gesellschaftswissenschaften): Düsseldorf (Germany): Auris Verlag, 2014. - №6. - P. 136-141.)
6) Габдуллин, А.Н. Очистка кремнеземистого о статка
азотнокислотного выщелачивания серпентинита / А. Н. Габдуллин, С. Ф. Катышев, Е. А. Никоненко, В. В. Вайтнер // В мире научных открытий. - 2014. - № 12.2(60). - С. 779-787
7) Калиниченко, И.И. Анализ состава и физико-химических свойств отхода асбестовой промышленности / Калиниченко И.И., Никоненко Е.А., Блифернец Н.А., Колесникова М.П., Габдуллин А.Н. // Деп. в ВИНИТИ 19.06.2002, № 1143. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ. - 2002. - 11 с.
8) Калиниченко, И.И. Оценка проекта получения оксида магния из отходов производства асбеста - серпентинита / Калиниченко И.И., Блифернец Н.А., Колесникова М.П., Никоненко Е.А., Габдуллин А.Н. // Деп. в ВИНИТИ 12.07.2002, № 1316. -Екатеринбург: УГТУ-УПИ. - 2002. - 11 с.
9) Калиниченко, И.И. Асбест и серпентинит. Применение отходов асбестообогатительной промышленности / Калиниченко И.И., Габдуллин А.Н., Вайтнер В.В. // Рус. Деп. в ВИНИТИ № 952-В200, 08.10.2007. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Урал. гос. ун-т - УПИ». - 2007. - 29 с.
10) Калиниченко, И.И. Комплексная переработка серпентинита - отхода производства асбеста / Калиниченко И.И., Никоненко Е.А., Габдуллин А.Н. // Тез. докл. Экологическая безопасностью Уралэкология. Техноген - Екатеринбург. - 2002. - С. 164.
11) Калиниченко, И.И. О переработке серпентинита - отхода производства асбеста / Калиниченко И.И., Габдуллин А.Н. // Тез. докл. Шестая всероссийская конференция "Экологические проблемы промышленных регионов". Уралэкология. Техноген'2004. - Екатеринбург - 2004. - С. 300.
12) Калиниченко, И.И. Комплексные способы азотнокислотной переработки некондиционного магний- и глиноземсодержащего сырья / И.И Калиниченко, А.Н. Габдуллин, В.В. Вайтнер // Сборник трудов заочной международной научно¬практической конференции. Система управления экологической безопасностью. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ. - 2007. - С. 241-243.
13) Габдуллин, А.Н. Выделение ионов кальция в виде карбоната из растворов нитрата магния / Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И. // Научные труды XIII отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. - Екатеринбург. - 2007. - С. 185-187.
14) Габдуллин, А.Н. Технология безотходной азотнокислотной переработки серпентинита / Габдуллин А.Н. // Материалы XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам "Ломоносов - 2008". - Москва: МГУ. - 2008. - С. 377.
15) Габдуллин, А.Н. Получение высокочистых соединений магния из магнийсодержащего сырья / Габдуллин А.Н. , Калиниченко И.И. // Тез. докл. XVIII Российская молодежная научная конференция "Проблемы теоретической и экспериментальной химии". - Екатеринбург: УрГУ. - 2008. - С. 262-263.
16) Габдуллин, А.Н. Растворимость оксида магния в водном растворе нитрата магния / Габдуллин А.Н. , Калиниченко И.И. // Научные труды XIV отчетной конференции молодых ученых УГТУ-УПИ. - Екатеринбург - 2008. - С. 79-80.
17) Габдуллин, А.Н. Получение высокодисперсного чистого кремнезема из магнезиосиликатного сырья / Габдуллин А.Н. , Калиниченко И.И. // Тез. докл. XIX Российская молодежная научная конференция "Проблемы теоретической и экспериментальной химии". - Екатеринбург: УрГУ. - 2009. - С. 170-171.
18) Габдуллин, А.Н. Азотно-кислотная технология переработки серпентинита / Габдуллин А.Н. , Калиниченко И.И. // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: сборник статей. Ч.1. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ. -
2009. - С. 113-115.
19) Калиниченко, И.И. Азотнокислотные способы переработки глинозем- и магнийсодержащего сырья / Калиниченко И.И., Габдуллин А.Н., Молодых А.С., Вайтнер В.В. // Наука и технологии. Труды XXIX Российской школы. - Москва. - 2009. - С. 308-313.
20) Молодых, А.С. Безотходная азотнокислотная переработка окисленных никелевых руд и серпентинита - отхода производства асбеста / Молодых А.С., Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И. // Сборник докладов Международной заочной конференции Актуальные вопросы современной техники и технологий. Т.2. - Липецк. - 2010. - С. 86-89.
21) Габдуллин, А.Н. Получение высокодисперсного кремнезема методом азотнокислотной переработки серпентинита / Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И., Печерских Е.Г., Семенищев В.С. // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского. Серия "Биология, химия". - Т. 24 (63), № 3. -
2011. - С. 44-47.
22) Габдуллин, А.Н. Ультрадисперсный кремнезем - продукт азотнокислотной переработки серпентинита / Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И., Печерских Е.Г., Семенищев В.С. // Программа и тез. докл. Международная конференция "Прикладная физико-неорганическая химия". - Севастополь. - 2011. - С. 196.
23) Габдуллин, А. Н. Комплексная азотнокислотная переработка отходов асбестообогатительного производства и некоторых других магнийсиликатных пород / Габдуллин А. Н., Молодых А.С., Калиниченко И.И., Печерских Е.Г., Семенищев В.С. // Материалы 9-й Международной конференции WasteECo-2012. Сотрудничество для решения проблемы отходов. - Харьков. - 2012. - Режим доступа: http://waste.ua/eco/2012/industrial-waste/asbestos/.
24) Габдуллин, А.Н. Безотходная азотнокислотная переработка серпентинита - отхода асбестообогатительной промышленности / Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И., Печерских Е.Г., Семенищев В.С. // Сборник докладов. II Международная научно-практическая конференция «Современные ресурсосберегающие технологии. проблемы и перспективы». - Одесса: ОНУ имени И. И. Мечникова. -
2012. - С. 50-52.
25) Габдуллин, А.Н. Перспективы получения ценных неорганических материалов путем азотнокислотной переработки некондиционного минерального сырья / Габдуллин А.Н., Печерских Е.Г., Молодых А.С., Калиниченко И.И., Вайтнер В.В. // Программа и тез. докл. II Международная конференция "Прикладная физико-неорганическая химия". - Севастополь. - 2013. - С. 76-77.
26) Г абдуллин, А.Н. Переработка многотоннажных отходов
асбестообогатительной промышленности (серпентинита) - производство
высококачественного оксида магния, белой сажи и оксидов металлов / Габдуллин А.Н., Калиниченко И.И., Вайтнер В.В., Никоненко Е.А. // Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции с международным участием и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых "Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии". 17¬20 декабря 2013 г. - Екатеринбург: УрФУ. - 2013. - С.277-279.
27) Молодых, А.С. Азотнокислотные способы переработки некондиционного сырья / Молодых А.С., Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А., Вайтнер В.В. // Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции с международным участием и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых "Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии". 17¬20 декабря 2013 г. - Екатеринбург: УрФУ. - 2013. - С.301-304.
28) Габдуллин, А.Н. Вскрытие серпентинита азотной кислотой / Габдуллин А.Н., Катышев С.Ф., Никоненко Е.А., Вайтнер В.В. // Сборник материалов Всероссийской студенческой олимпиады, научно-практической конференции с международным участием и выставки работ студентов, аспирантов и молодых ученых "Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии". 16-19 декабря 2014 г. - Екатеринбург: УрФУ. - 2014. - С.293-295.