Skorodīta un pirīta termiskās sadalīšanās procesa izpēte. Pirīta oksidācijas produktu cietās fāzes tilpuma izmaiņas Minerāla ārstnieciskās īpašības

Darbā sniegti skorodīta (FeAsO4) un pirīta (FeS2) monofrakciju paraugu, kā arī to maisījuma attiecībā 3:1 termiskās analīzes rezultāti. Konstatēts, ka skorodīta termiskā sadalīšanās notiek trīs posmos, un ir noteikti šo reakciju temperatūras diapazoni un termiskie efekti. Pirīta termiskās sadalīšanās rezultāti parādīja, ka pirīts sadalās divos posmos līdz pirotītam un nelielam magnetīta daudzumam. Eksperimentāli pierādīts, ka skorodīta un pirīta maisījums sadalās divos galvenajos posmos; saskaņā ar rentgena fāzes analīzi galīgie sadalīšanās produkti ir pirotīts un magnetīts. Pamatojoties uz šī pētījuma rezultātiem, tiks izstrādāti ieteikumi zeltu saturošas skorodīta rūdas apdedzināšanas procesa optimizēšanai ar pirīta koncentrātu pārkarsētu ūdens tvaiku atmosfērā.

termiskā analīze

paātrina

pārkarsēts tvaiks

1. Markosjans S.M., Markosjans S.M., Antsiferova S.A., Timošenko L.I. Diferenciālās termiskās analīzes metode sulfīdu rūdu bagātināšanas efektivitātes novērtēšanā // Mūsdienu zinātnes un izglītības problēmas. – 2014. – Nr.3. URL: http://science-education.ru/ru/article/view id=13389.

2. Paļejevs P.L., Guļašinovs P.A., Guļašinovs A.N. Dumpīgā zelta–kvarca–arsēna rūdas attīrīšanās termodinamiskā modelēšana ūdens tvaikos // Kalnrūpniecības zinātnes žurnāls. – 2016. – sēj. 52. – Nr.2. – P. 373–377.

3. Guļašinovs P.A., Paļejevs P.L., Guļašinovs A.N. Zeltu saturošas skorodīta rūdas apdedzināšanas procesa izpēte // ISTU biļetens. – 2016. – T. 20, Nr.10. – P. 154–162.

4. Gzogyan S.R., Chanturia E.L. Termiskās ietekmes ietekme uz dzelzs sulfīdiem un oksīdiem // Kalnrūpniecības informācija un analītiskais biļetens. – 2010. – Nr.5. – 63.–69.lpp.

5. Čepuštanova T.A. Fizikāli ķīmiskās īpašības un tehnoloģiskā bāze pirotīnu iegūšanai no pirīta: dis. ...cand. tech. Sci. – Alma-Ata, 2009. – 143 lpp.

Šobrīd praktiski ir izstrādātas bagātīgas un viegli apstrādājamas dārgmetālu un krāsaino metālu rūdu atradnes, mūsdienu Krievijas Federācijas derīgo izrakteņu bāzes pamatā galvenokārt ir grūti apstrādājami nabadzīgi, smalki izkliedēti un grūti apstrādājamas rūdas. Šīs rūdas ietver zelta arsēna rūdas, tas ir saistīts ar zelta ciešo saistību ar arsēnu saturošiem minerāliem. Šādu zeltu sauc par neredzamu, jo to nevar noteikt ar optiskām metodēm. Ugunsizturīgām rūdām ir nepieciešama iepriekšēja apstrāde, lai sasniegtu pieņemamu zelta atgūšanas līmeni to turpmākās cianizācijas laikā. Visas pirmapstrādes metodes ietver minerālu matricas sadalīšanu, lai atbrīvotu zeltu.

Termiskā analīze (kalorimetrija) ir fizikālo un ķīmisko procesu izpētes metode, kuras pamatā ir termisko efektu reģistrēšana, kas saistīta ar vielu pārveidi temperatūras programmēšanas apstākļos. Šo metodi plaši izmanto ne tikai analītiskajā ķīmijā, bet arī ģeoloģijā dažādu minerālu un iežu identificēšanai. Jāņem vērā arī tas, ka termiskā analīze ir ērta laboratorijas pētījumiem, tai nav nepieciešams liels izejmateriāla apjoms, un to var izmantot kā ekspress metodi minerālu izejvielu pētīšanai. Šī metode var būt īpaši noderīga ugunsizturīgiem zeltu saturošiem izejmateriāliem (tostarp sulfīdiem), jo ir liela darba intensitāte un analīzes sarežģītība.

Lai apstiprinātu iepriekš iegūtos termodinamiskās modelēšanas un skorodīta apdedzināšanas kinētisko parametru aprēķina rezultātus, tika veikti pētījumi par skorodīta un pirīta termisko sadalīšanos (monofrakciju), kā arī skorodīta un pirīta maisījumu attiecībās 3: 1.

Materiāli un izpētes metodes

Pētījuma objekti bija: Kozlovskas atradnes (Kalganas reģions, Aizbaikāla reģions) oksidētā skorodīta rūda, kas satur zeltu. Saskaņā ar mineraloģisko analīzi rūdas sastāvā ir: kvarcs - 54%, skorodīts - 35%, laukšpati un aluminosilikāta ieži - 11%. Pētītajā rūdas paraugā vērtīgās sastāvdaļas ir zelts (16,9 g/t) un sudrabs (52,5 g/t). Kā arī nestandarta pirīta koncentrāts no bijušās volframa-molibdēna rūpnīcas (Zakamenska, Burjatijas Republika). Pēc ķīmiskās analīzes pirīta koncentrāts satur %: Kopējais - 38,3, Fe - 35,8, SiO2 - 24,2, Pb - 0,81, Zn - 0,78. Pirīta koncentrātu var izmantot kā sulfidizētāju, ja tas tiek grauzdēts pārkarsētu ūdens tvaiku atmosfērā.

Termiskā analīze tika veikta ar diferenciālo termogravimetriju (DTG) un diferenciālo skenēšanas kalorimetriju (DSC), izmantojot Netzsch STA 449 F1 Jupiter vienlaicīgās termiskās analīzes ierīci.

Termogrammas tika reģistrētas platīna tīģeļos šādos apstākļos: atmosfēra - argons, temperatūras diapazons 20-1000 °C, sildīšanas režīms - lineārs, parauga sildīšanas ātrums 10 °C/min, parauga svars 15-20 mg. Karsēšanas procesā tika noteiktas pētāmā minerāla parauga masas (TG līkne), masas maiņas ātruma (DSC līknes), temperatūras (T), kā arī reakciju termiskās ietekmes (J/g) izmaiņas. ierakstīts.

Pētījuma rezultāti un diskusija

Attēlā parādītie analīzes dati. 1 norāda, ka skorodīta sadalīšanās notiek 3 posmos. DSC un TG līknes parāda, ka temperatūras diapazonā 162-215 °C notiek masas zudumi (līdz 5,35%), absorbējot ievērojamu daudzumu siltuma (-205,3 J/g). Kas izskaidro ūdens zudumu no skorodīta:

FeAsO4. 2H2O → FeAsO 4 + 2H 2 O. (1)

466-488 °C temperatūrā ar ievērojamu masas zudumu (19,25%) bezūdens skorodīta sadalīšanās process notiek pēc formulas

2FeAsO 4 → Fe 2 O3 + As 2 O5. (2)

Karsējot paraugu virs 550 °C, tiek novērots eksotermisks maksimums (7,15 J/g), kas norāda uz As 2 O5 sadalīšanos:

Kā 2 O5 → Kā 2 O3 + O2. (3)

Saskaņā ar XRF datiem skorodīta sadalīšanās galaprodukts ir magnetīts (Fe3O4).

Pirīta termisko sadalīšanos labi aprakstījuši vairāki autori. Termogramma, kas parādīta attēlā. 2, kas iegūts no pirīta monofrakcijas parauga, parāda, ka arī pirīta sadalīšanās notiek 3 posmos. Temperatūras diapazonā no 491-549 °C notiek pirīta termiskā disociācija, veidojoties elementāram sēram ar nelielu masas zudumu ar endotermisku efektu (-41,89 J/g):

2FeS 2 → 2FeS + S 2 . (4)

Tālāk paaugstinoties temperatūrai, tiek novērots ievērojams endotermiskais maksimums ar vislielāko masas zudumu (16,19%), kas izskaidrojams ar pirīta tālāku sadalīšanos atbilstoši kopējai reakcijai:

4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2. (5)

Rīsi. 1. Skorodīta sadalīšanās termogramma

Rīsi. 2. Pirīta sadalīšanās termogramma

Rīsi. 3. Skorodīta un pirīta maisījuma sadalīšanās termogramma

Rīsi. 4. Laboratorijas iekārtas shēma apdedzināšanai pārkarsēta ūdens tvaiku atmosfērā: 1 - sildītājs; 2 - trauks ar destilētu ūdeni; 3 - reaktors; 4 - krāsns; 5 - laiva ar rūdu; 6 - kontroles šķīdums; 7 - vadības šķīduma dzesēšanas tvertne

Skābekļa trūkuma dēļ var rasties šāda reakcija:

3FeS2 + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2. (6)

Pirīta sadalīšanās galaprodukts ir pirotīts (FeS), kā arī neliels daudzums magnetīta (Fe 3 O 4).

Vislielāko interesi rada skorodīta un pirīta maisījuma sadalīšanās termogramma 3:1 (3. att.), šajā proporcijā maisījums tiks piegādāts sulfidējošai grauzdēšanai. Sasniedzot temperatūras diapazonu 153-197 °C, notiek neliels masas zudums (2,74%), absorbējot ievērojamu daudzumu siltuma. Iegūtais endotermiskais maksimums norāda uz ūdens zudumu no skorodīta.

TG un DSC līknes liecina, ka maksimālais svara zudums (kopā līdz 13,4%) notiek 450-590 °C temperatūrā, ir arī maksimālais endotermiskais maksimums (-129,5 J/g), visticamāk, ka šajā temperatūras diapazonā notiek skorodīta un pirīta sadalīšanās, kā arī izdalītā arsēna oksīda sulfidēšanās ar elementāro sēru. Reakciju galaprodukti ir magnetīts (Fe3O4) un pirotīts (FeS). Viss arsēns tiek izlaists gāzes fāzē.

Termiskās analīzes rezultātu apstiprināšanai tika veikti eksperimentāli laboratoriskie pētījumi, lai noteiktu apdedzināšanas galaproduktus pārkarsēta ūdens skorodīta rūdas un pirīta koncentrāta atmosfērā “caurplūdes” laboratorijas iekārtā (4. att.).

Šī laboratorijas iekārta sastāv no četrām galvenajām sastāvdaļām - elektriskās krāsns, sildītāja, reaktora un tvertnes ar gāzes absorbētāju. Temperatūra reaktorā tiek mērīta ar XA tipa termopāriem, un to regulē mikroprocesora elektroniskais termostats MPRT-22, kas tika uzstādīts, lai automatizētu apdedzināšanas procesu. Kad tika sasniegta nepieciešamā apdedzināšanas temperatūra, reaktorā tika padots pārkarsēts ūdens tvaiks, pēc tam alunduma laivā tika iekrauta skorodīta rūdas un pirīta koncentrāta porcija, kas sver no 2 līdz 3 g. Par apdedzināšanas procesa sākumu uzskatīja brīdis, kad tika ieviesta maksas daļa. Apdedzināšanas temperatūra 700 °C, apdedzināšanas ilgums 25 minūtes. Iegūtās plēnes tika pakļautas rentgena fāzes analīzei.

Attēlā 5. attēlā parādīts iegūto plēkšņu rentgenstaru difrakcijas modelis, kurā konstatēts, ka pēc apdedzināšanas pēdējās dzelzi saturošās fāzes ir magnetīts (Fe 3 O 4) un pirotīts (FeS).

Tādējādi, pamatojoties uz veiktajiem pētījumiem, tika konstatēti temperatūras diapazoni pētāmo minerālu sadalīšanās laikā, kā arī endotermisko efektu pārsvars. Eksperimentāli apstiprināts, ka, apdedzinot skorodīta rūdas un pirīta koncentrāta maisījumu attiecībā 3:1 (apdedzināšanas temperatūra 700 °C, apdedzināšanas ilgums 25 minūtes), pārkarsēta ūdens tvaiku atmosfērā galaprodukti ir magnetīts ( Fe 3 O 4) un pirotīts (FeS) .

Rīsi. 5. Plēnes rentgens

Veikti pētījumi par skorodīta un pirīta monofrakciju termisko sadalīšanos argona atmosfērā. Tika noteikti temperatūras diapazoni un termiskie efekti, sadaloties skorodīta, pirīta un to maisījuma monofrakcijām attiecībā 3:1. Parādīts endotermisko efektu pārsvars pētāmo minerālu sadalīšanās laikā inertā atmosfērā. Šī pētījuma rezultāti palīdzēs optimizēt zeltu saturošas skorodīta rūdas grauzdēšanas procesu ar pirīta koncentrātu pārkarsēta ūdens tvaiku atmosfērā.

Bibliogrāfiskā saite

Tikai daži cilvēki zina, ka pirīts un dzelzs pirīts ir divi dažādi viena un tā paša minerāla nosaukumi. Šim akmenim ir vēl viens segvārds: "suņu zelts". Kāpēc minerāls ir interesants? Kādas fizikālās un maģiskās īpašības tai piemīt? Par to tiks runāts mūsu rakstā.

Dzelzs pirīts: vispārīgās fizikālās īpašības

Pirīts (nejaukt ar perītu) ir necaurspīdīgs minerāls ar izteiktu metālisku spīdumu. Citi izmantotie nosaukumi ir sērs vai dzelzs pirīts. Minerāls var saturēt vara, zelta, selēna, kobalta, niķeļa un citu ķīmisko elementu piemaisījumus. Nešķīst ūdenī. Cietība pēc Mosa skalas: 6-6,5.

Dzelzs pirīta formula: FeS 2. Minerāla krāsa ir salmu dzeltena vai zeltaina. Akmens atstāj aiz tievas zaļgani melnas līnijas. Pirīta kristāliem ir kubiska forma. Tie ir bagātīgi pārklāti ar seklām taisnām rievām, kas atrodas paralēli viena otrai. pirītam ir šāda forma.

Vārdam "pirīts" ir grieķu izcelsme. Krievu valodā tas tiek tulkots kā "akmens, kas sit uguni". Un tā nav tikai skaista metafora: trāpot, pirīts patiešām uzliesmo. Minerāls izceļas ar magnētiskām un vadošām īpašībām, mitrā vidē ar bagātīgu skābekli tas sadalās.

Izplatība zemes garozā un minerāla galvenajās atradnēs

Dzelzs pirīts ir viens no visizplatītākajiem sulfīdiem pasaulē. Lielākajai daļai tās atradņu izcelsme ir hidrotermiska un nogulumiežu. Pirīts veidojas slēgtu jūru grunts dūņās, ferrumam nogulsnējot ar sērūdeņradi. Dažreiz tas atrodas arī magmatiskos iežos.

Lielas pirītu atradnes atklātas Krievijā, Kazahstānā, Spānijā, Itālijā, ASV, Kanādā, Norvēģijā un Japānā. Krievijā šī minerāla atradnes ir atrodamas Altajajā, Kaukāzā un arī Voroņežas reģionā. Ir vērts atzīmēt, ka pirīts ļoti reti ir neatkarīgas ieguves priekšmets. To parasti iegūst no zemes zarnām pa ceļam, vērtīgāku minerālu izstrādes laikā.

Pirīta pielietojums rūpniecībā

“Suņu zelts” vai “muļķa zelts” — šādi pirīts tika dēvēts zelta drudža laikā. Minerāla kristāli dzirkstīja tik vilinoši, ka to bieži sajauca ar dārgmetālu. Starp citu, tālajā 16. gadsimtā ar to apdegās arī spāņu konkistadori. Iekarojot Jauno pasauli, viņi ar entuziasmu izvilināja no Amerikas indiāņiem “pseidozeltu”.

Godīgi sakot, ir vērts atzīmēt, ka dzelzs pirītu patiešām var uzskatīt par zeltu. Šī minerāla kristāliskais režģis bieži satur cēlmetāla daļiņas. Tomēr tie parasti ir nelieli un tos nevar iegūt. Tomēr pirīta nogulsnes ļoti bieži norāda uz zelta nogulšņu klātbūtni noteiktā apgabalā.

Mūsdienās galvenā dzelzs pirītu pielietojuma joma ir juvelierizstrādājumu izgatavošana. Tomēr tas reti kalpo par pamatu rotaslietu radīšanai. Visbiežāk no pirīta tiek izgatavoti nelieli rotaslietu ieliktņi no vērtīgākiem metāliem.

Akmens tiek izmantots kā piedeva cementa ražošanā un arī sērskābes ražošanā. Kopā ar dažu citu minerālu kristāliem to izmanto arī vienkāršu detektoru radio uztvērēju izveidošanai. Pateicoties spējai radīt dzirksteles, pirīts iepriekš tika plaši izmantots ieroču ražošanā.

Dzelzs pirīts maģijā

Kopš seniem laikiem cilvēki ir izturējušies pret šo minerālu ļoti piesardzīgi. Tas tika uzskatīts par "vīriešu" akmeni. Tika uzskatīts, ka pirīts spēj padarīt stiprā dzimuma pārstāvi vēl izlēmīgāku, drosmīgāku un pievilcīgāku dāmu acīs.

Senie grieķi pirītu uzskatīja par kara akmeni un dievu Marsu. Katrs karavīrs to paņēma līdzi militārajās kampaņās un lielajās kaujās. Dzelzs pirīts aizsargāja karotāju no nāves un deva viņam drosmi cīņā. Viduslaiku tumšajā laikmetā alķīmiķi izrādīja ievērojamu interesi par akmeni.

Mūsdienu maģijā dzelzs pirītu izmanto kā aizsargājošu amuletu. Tomēr minerālam jābūt neskartam un nešķeltam, pretējā gadījumā no nepatikšanām nevar izvairīties. Ir vispāratzīts, ka pirīts stiprina miegu, uzlabo garastāvokli un mazina ilgstošu depresiju.

Akmens ir lieliski piemērots Strēlniekam un Skorpionam. Pārējām zodiaka zīmēm pret viņu jāizturas piesardzīgi, īpaši pret Vēžiem.

Pašreizējās pārstrādes rūpnīcu atliekas ir smalka minerālu masa, kas sastāv no aptuveni trīs ceturtdaļām rūdas minerālu, pārējās ir nemetāliski minerāli. . Rūdas minerālos dominē kompozīcijas sulfīda frakcija: pirīts – 95 – 98%; halkopirīts – apmēram 1,5%; sfalerīts – 2-2,5%. Visi kārtējo atsārņu tehnoloģiskās grupas rūdas un nerūdas minerāli ir primārajā formā, bez virsmas oksidēšanās pazīmēm. Bagātināšanas atsārņu likvidēšanai ir vairāki virzieni. Būtiskākais virziens ir vērtīgāko komponentu papildu ieguve no atkritumiem, bet lieltonnāžas atkritumi paliek neizmantoti. Materiāli ietilpīgākā atsārņu pielietojuma joma var būt cietinātie aizpildījuma maisījumi, kas savā struktūrā tiks klasificēti kā. Šādu betonu īpašības nav pietiekami pētītas rūdas komponenta ietekmes uz betona īpašībām jomā.

Tā kā pirīts ir galvenā vara-sēra rūdas atsārņu sastāvdaļa, tā turpmākā uzvedība ietekmēs īpašības, kas balstītas uz atsārņiem.

No literāriem un uzziņu avotiem pirīta oksidācijas ķīmisko reakciju shēmas ir zināmas un vispārpieņemtas.

Pirīta oksidēšanās skābā vidē notiek saskaņā ar kopējo reakciju (1):

Cietās fāzes masas un tilpuma izmaiņas, mijiedarbojoties ar ūdeni pie dažādu saistvielu sastāvā iekļauto savienojumu stehiometriskās attiecības, var aprēķināt, izmantojot A.V. metodi. Volženskis.

Reakcijās iesaistīto vielu absolūtais tilpums tika aprēķināts, izmantojot sistēmas izejvielu molekulmasas un blīvumus.

Pamata aprēķini ir parādīti tabulā. 1. Tie parāda, ka iegūto vielu cietās fāzes absolūtais tilpums palielinās attiecībā pret sākotnējo reaģentu cietās fāzes absolūto tilpumu. Tas notiek iegūto fāžu blīvuma samazināšanās dēļ hidratācijas ūdens pievienošanas vai oksidācijas rezultātā.

Tajā pašā laikā sākotnējās sistēmas un sistēmas, kas radās mijiedarbības laikā ar ķīmiskajiem šķīdumiem, absolūto tilpumu salīdzinājums ļauj atzīmēt vēl vienu ļoti svarīgu punktu. Reakcijas laikā izejvielu maisījuma absolūtais kopējais tilpums ir mazāks par izveidoto vielu absolūto kopējo tilpumu. Līdz ar to reakciju rezultātā ar ūdens pievienošanu un oksidēšanu sistēmas kontrakcija (kontrakcija) nenotiek.

Aprēķini liecina, ka pirīta oksidācijas procesus pavada ievērojams cieto fāžu absolūtā tilpuma pieaugums. Neapšaubāmi, šī parādība sākotnēji noved pie sistēmas poru aizpildīšanas. Pēc tam uz izplešanās spriegumu palielināšanos sacietēšanas sistēmā un tās sekojošu iznīcināšanu.

Pirīta oksidācijas procesu norise ir atkarīga no reaģentu iedarbības veida un apstākļiem. Pirīta uzvedība, pakļaujot to dažādiem oksidētājiem, ir parādīta tabulā. 2. Rezultāti rāda, ka vārot ūdenī materiāls izšķīst 1% apjomā un tikpat daudz materiāla tiek fiksēts sausajā atlikumā pēc šķīduma iztvaicēšanas, un to summa ir gandrīz 100%. Līdz ar to verdošā ūdenī bez skābekļa pirīta oksidēšanās nenotiek.

Vārīšana skābes un sārma šķīdumā izraisa ievērojamu pirīta oksidāciju. Sākotnējā parauga svars, kas apstrādāts ar sērskābes šķīdumu, samazinās par 10%, un filtrāta sausais atlikums sasniedz 46% no sākotnējā parauga svara. Vārīšana sārma šķīdumā nesamazina sākotnējā parauga masu, un filtrāta sausais atlikums sasniedz 50%. Šajā gadījumā kopējās nogulšņu masas uz filtra (sākotnējais paraugs pēc viršanas) un filtrāta sausais atlikums ievērojami pārsniedz sākotnējo masu, par 36% skābes iedarbībai un 51% sārmu iedarbībai.

Tas norāda uz nozīmīgu oksidatīvo procesu rašanos skābju un sārmu iedarbībā šķidrajā fāzē uz pirīta šķīdināšanas produktiem. To apstiprina aprēķinātie dati par pieckāršu cietās fāzes tilpuma palielināšanos pirīta oksidēšanas laikā ar sārmu (sk. 1. tabulu).

Iepriekš minētais norāda uz ierobežotām pirīta atsārņu pielietošanas jomām, proti, zonām, kas izslēdz pirīta oksidēšanos. Vienlaicīga skābekļa un ūdens klātbūtne var izraisīt pirīta izmaiņas saskaņā ar iepriekš apskatīto shēmu un līdz ar to materiāla struktūras iznīcināšanu.

Tāpēc, projektējot mikrobetona kompozīcijas, ir jārēķinās ar izveidoto vielu apjoma palielināšanos, regulējot iekšējo poru tilpumu vai jārada darbības apstākļi, kas izslēdz pirīta oksidēšanās iespēju. Šādus apstākļus nodrošina raktuves, kas pildītas ar pildījuma maisījumu. Tās ir racionālākā un ietilpīgākā vieta atkritumu pārstrādei.

Bibliogrāfija

1. Lowson R. Pirīta oksidēšana ūdenī ar molekulāro skābekli. - Ķīm. rev.-1982.- V. 82 - Nr.5.- P. 461-497.
2. Par dažu faktoru ietekmi uz kālija butilksantāta sorbciju ar sulfīdu minerāliem / B.M. Korjukins, V.P. Kačalkovs, V.A. Jacenko, M.V. Aksenyushkina // Modernu tehnoloģiju izveide vara un vara-cinka rūdu apstrādei: Coll. zinātnisks tr. - Sverdlovska: red. “Unipromed”, 1987. – 97.-104.lpp.
3. Neorganisko vielu ķīmiskās īpašības: Mācību grāmata. rokasgrāmata universitātēm / Lidin R.A., Molochko V.A., Andreeva L.L. – M.: Kolos, 2003. – 480 lpp.
4. Volženskis A.V. Binders.– M.: Augstskola, 1986.- 464 lpp.

Skatīt arī: