ОБОГАЩЕНИЕ  КАОЛИНА КАВИТАЦИОННЫМ  ВОЗДЕЙСТВИЕМ

Еранская  Татьяна  Юрьевна

канд.  техн.  наук,  ст.  науч.  сотр.,  Институт  геологии  и  природопользования  ДВО  РАН,  г.  Благовещенск 

E-mail:  taerta@mail.ru

Римкевич  Вячеслав  Сергеевич

ст.  науч.  сотр.,  канд.  геол.-минерал.  наук,  зав.  лаб., 
Институт  геологии  и  природопользования  ДВО  РАН,  г.  Благовещенск 

E-mail:  vrimk@yandex.ru

KAOLIN ENRICHMENT WHEN THE CAVITATION EFFECTS

Eranskaya  Tatyana  Yuryevna

Senior  researcher,  Institute  of  Geology  and  Nature  Management  FEB  RAS

Rimkevich  Vyacheslav  Sergeevich

Head  of  laboratory,  Institute  of  Geology  and  Nature  Management  FEB  RAS

Работа  выполнена  при  финансовой  поддержке  Российского  фонда  фундаментальных  исследований  (проект  11-05-98507).

АННОТАЦИЯ

Изучается  влияние  кавитации  на  разрушение  структуры  каолинита.  Получены  структуры  с  измененной  сингонией.

ABSTRACT

Examines  the  influence  of  cavitation  on  the  destruction  of  the  structure  of  kaolinite.  Retrieved  from  singoniej  structures.

Ключевые  слова:  кавитация;  каолин;  каолинит;  глинозем;  кристаллическая  структура.

Keywords:  cavitation;  kaolin;  kaolinite;  alumina;  crystal  structure.

Россия  занимает  первое  место  в  мире  по  производству  алюминия.  Но  собственные  запасы  бокситов  в  стране  могут  обеспечить  только  около  половины  этого  объема  производства.  Остальное  сырье  закупается  за  рубежом.

Алюминий  может  быть  получен  и  при  переработке  других  пород:  глиноземсодержащих  глин  и  песков,  анортозитов,  сиенитов,  сыныритов  и  других  минералов.  Запасы  этих  и  других  алюмосодержащих  пород  неисчерпаемы.  Например,  Амурская  область  обладает  огромными  запасами  кварц-каолин-полевошпатовых  песков,  высокоглиноземистых  сланцев,  анортозитов,  нефелиновых  сиенитов,  сынныритов  и  других  алюмосиликатных  минералов.  Общий  объем  разведанных  и  подтвержденных  запасов  данного  сырья  на  территории  области  составляет  более  35  млрд.  тонн.  Содержание  глинозема  в  них  от  26  до  60  мас.%. 

Технологии  получения  алюминия  из  небокситового  сырья  разрабатываются  с  50-х  годов  прошлого  века.  Большинство  подобных  технологий  трудоемки  и  нерентабельны,  химические  производства  создают  огромную  экологическую  нагрузку  на  территорию  их  размещения. 

Задача  наших  исследований  состоит  в  том,  чтобы  разработать  технологию  переработки  небокситового  сырья  для  получения  чистого  глинозема  без  применения  химических  реагентов  или  с  минимальным  их  использованием,  минуя  традиционные  химические  стадии  производства  [2].  Технология  должна  быть  менее  затратной  и  более  безопасной  в  экологическом  отношении.  В  основе  разрабатываемой  технологии  лежит  кавитационный  метод.  Как  и  в  большинстве  химических  производств,  в  нашем  случае  кавитация  является  катализатором  химического  взаимодействия.

Наши  эксперименты  проводились  на  кавитационных  аппаратах  с  различным  принципом  воздействия  на  исследуемый  объект,  за  разные  промежутки  времени,  на  разных  массах  образца,  в  различных  жидкостных  средах  и  при  различном  соотношении  твердого  к  жидкому  (Т:Ж)  [1].  Приведенные  ниже  результаты  получены  при  обработке  образцов  в  ультразвуковом  аппарате  погружного  типа  (модель  «ФЕНИКС»),  состоящем  из  рамы  с  опрокидывающим  приспособлением,  ультразвуковой  колебательной  системы,  технологического  объема  и  электронного  блока.  На  торце  стержня  колебательной  системы  установлен  сменный  рабочий  инструмент  из  титана.  Колебательная  система  оснащена  воздушным  и  водяным  принудительным  охлаждением.  Технологический  объем  из  нержавеющей  стали  закреплен  на  концентраторе  в  зоне  минимальных  колебаний.  Основные  характеристики  аппарата:

·           максимальная  потребляемая  мощность  —  1000  ВА;

·           диапазон  регулирования  мощности  —  30—100  %;

·           частота  механических  колебаний  —  20±2,0  кГц;

·           принцип  преобразования  электрических  колебаний  в  механические  —  пьезоэффект;

·      амплитуда  колебаний  на  торцевой  поверхности  рабочего  инструмента  при  максимальной  мощности  не  менее  25—30  мкм.

Согласно  теории,  процесс  схлопывания  кавитационных  пузырь­ков  в  жидкости  сопровождается  выделением  огромной  энергии  с  мгновенным  ростом  температуры  до  1200  и  выше.  Кавитационные  силы  способны  вырывать  целые  блоки  из  минерала,  разрушать  минералы  по  граням  спайности,  генерировать  условия  для  струк­турных  и  химических  преобразований  в  минерале.  А  высокая  температура  на  поверхности  минерала  или  вблизи  нее  усиливает  многократно  интенсивность  процесса. 

Известно,  что  каолинит  имеет  двухмерную  слоистую  структуру  с  относительно  слабыми  связями  между  слоями  и  под  воздействием  внешних  нагрузок  и  столкновений  отдельных  частиц  минерала  друг  с  другом  в  каолините  могут  происходить  расщепление  кристаллов  по  плоскостям  спайности,  смещения  и  развороты  с  образованием  новых,  более  выгодных,  сочетаний  слоев.

Действие  же  кавитации  на  каолинит  (Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈),  может  привести  к  разрыву  валентных  связей  и  получению  новых  структурных  образований  за  счет  разрушения  сложной  структуры  каолинита.  Цель  наших  исследований  состоит  в  том,  чтобы  получить  не  только  структуры  каолинита  с  измененным  типом  слоев,  но  и  разрушить  его  элементарную  ячейку  с  образованием  Al₂O₃,  Al(OH)₃,  SiO₂  и  других  химических  соединений. 

Так  взаимодействие  каолинита  с  водным  раствором  перекиси  водорода  по  реакции  (1),  согласно  стехиометрическим  расчетам,  может  идти  при  всех  температурах,  но  с  очень  низкой  скоростью.  Кавитация  же  выступает  как  катализатор  (ускоритель)  процесса.

2(Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O)  +  2H₂O₂  +  H₂O  →  4Al(OH)₃  +  4SiO₂  +  H₂O  +  O₂↑                        (1)

На  рис.  1  приведены  рентгенофазовые  штрих-диаграммы  исходного  каолина  и  обработанного  в  кавитационной  установке.  В  результате  кавитации  каолина  в  3  %-ном  водном  растворе  перекиси  водорода  при  соотношении  Т:Ж=1:25  произошло  частичное  изменение  структуры  каолинита  —  примерно  половина  от  исходной  моноклинной  и  триклинной  структуры  каолинита  разрушается  с  образованием  Bayerite  Al(OH)₃  —  6,0  %,  Aluminum  Oxide  Al₂O₃  —  3,0  %,  Diaspore  Al₂O₃·H₂O  —  1,7  %,  Hydrogen  Silicate  H₂Si₂O₅  —  6,5  %.  Время  обработки  составляет  60  мин  при  мощности  установки  100  %.  Температура  пульпы  в  течение  всего  процесса  обработки  находилась  на  уровне  t=92-95°C.

Рисунок  1.  Рентгенофазовые  штрих-диаграммы а)  —  исходного  каолина,  б)  —  кавитированного  в  3  %-ном  растворе  перекиси  водорода

Данные  получены  при  обработке  результатов  рентгенофазового  анализа.  Съемка  производилась  на  дифрактометре  ДРОН-3М  со  сцинтилляционным  детектором  на  Cu_Ka  излучении  (λ=1,54051Ǻ,  шаг  1  град/мин).  Качественный  анализ  выполнялся  на  базе  программного  комплекса  PDWin. 

Список  литературы:

1. Еранская  Т.Ю.,  Римкевич  В.С.,  Белов  Р.В.  Влияние  кавитации  на  обогащение  каолинов  //  Материалы  Международной  заочной  научно-практической  конференции  «Инновации:  теоретические  и  практические  аспекты».  13  марта  2012  г.  Новосибирск:  Сибирская  ассоциация  консультантов.  2012.  С.  85—93.

2. Еранская  Т.Ю.,  Римкевич  В.С.  Кавитационный  метод  обогащения  глиноземсодержащего  сырья  //  Химическая  технология.  2012.  Т.  13.  №  5.  С.  291—296.