Synthesis of titanosilicates from leucoxene ores.pdf Россия обладает внушительными запасами титана, но до настоящего времени крупные месторождения не разрабатываются. В этой связи актуальными остаются исследования, направленные на разработку новых технологий переработки титановых руд, в том числе труд-нообогатимых и нетрадиционных типов. В распределенном фонде недр крупнейшие месторождения титана находятся в Республике Коми -Ярегское нефтетитановое месторождение и Пи-жемское проявление (месторождение) лейкоксеновых руд. Лейкоксен представляет собой агрегаты микрокристаллов титановых минералов (рутил, анатаз, бру-кит) и кварца [1]. Обилие в рудном материале кремнезема, трудноотделимого от диоксида титана, затрудняет переработку лейкоксеновых руд методами, освоенными промышленностью, обзор которых можно найти в работах [1, 2]. Сравнительная оценка предложенных технологических решений позволяет утверждать о большом потенциале в реализации инновационных технологий переработки лейкоксеновых руд Ярегского месторождения. Вторым важным обстоятельством является необходимость наиболее эффективной утилизации кремнисто-титановых отходов обогащения и переработки лей-коксеновых руд, получение новых многофункциональных материалов на основе соединений титана и кремния, а также извлечение редких металлов и редких земель из концентратов. В Институте геологии Коми НЦ УрО РАН разрабатывается новая технология обескремнивания лейкоксе-на с использованием фторидных компонентов. В результате применения такой технологии из товарных флотационных лейкоксеновых концентратов, содержащих 55-65% TiO2 и 30-35% SiO2, получают высокотитановые продукты с содержанием 88-95% TiO2 и 0,5-1,0% SiO2 [3]. Комбинация этой технологии с хорошо отработанными процессами золь-гель синтеза позволяет получать новые композиционные (бинарные) материалы на основе оксидов титана и кремния. Такие сложные композиты приобретают все большее распространение, что связано с универсальным характером их физико-химических и технических характеристик. Они находят широкое применение в специальных красках, композитных материалах, сплавах, а также могут выступать в роли темплат (матриц) для получения микро-и нанопористых каркасных титаносиликатов. Природные титаносиликаты с гетерокаркасными структурами, как соединения с ионообменными свойствами, представляют особый практический интерес в связи с проблемой захоронения радиоактивных отходов. Основное их предназначение - селективное извле- 1 'ХП ОП 1 чение радионуклидов Cs , Sr9, Eu из радиоактивных растворов. В промышленности давно и в широких масштабах для этих целей используют цеолиты - природные микропористые материалы с тетраэдрическими каркасами. Минералы с гетерокаркасными структурами обладают большей устойчивостью к радиоактивному воздействию и изменению кислотно-основных свойств водных растворов, чем цеолиты. Уникальные свойства титаносиликатов обусловлены наличием ионообменных функциональных групп и специфическими геометрическими параметрами кристаллической решетки. Это определяет интерес к поиску способов синтеза материалов данного класса. Основные эффективно синтезируемые в зарубежной (главным образом американской) промышленности микро- и нанопори-стые титаносиликаты (ETS-4, IONSIV IE-911, ETS-10 и др.) являются синтетическими аналогами зорита и си-тинакита, открытых в Хибинском и Ловозерском щелочных комплексах сотрудником Геологического института КНЦ РАН Ю.П. Меньшиковым и его коллегами [4]. Целью работы является оценка возможности получения титаносиликатов с гетерокаркасной структурой из продуктов переработки лейкоксеновых руд. В настоящей работе рассмотрен процесс гидротермального синтеза титаносиликатов со структурой ситинаки-та и натисита. Экспериментальная часть. В качестве основного метода синтеза титаносиликатов был выбран гидротермальный автоклавный синтез с применением в качестве темплата, кремнисто-титанового концентрата, полученного по оригинальному фтораммонийному способу переработки лейкоксенового концентрата, описанному нами в [3]. В данной работе в качестве исходного материала был использован флотационный лейкоксеновый концентрат Ярегского месторождения (табл. 1). Т а б л и ц а 1 Химический состав лейкоксенового концентрата Содержание оксидов, мас % TiO2 SiO2 AI2O3 Fe2O3 ZrO2 CaO K2O Y2O3 Nb2O5 56,52 36,17 3,44 2,87 0,17 0,13 0,63 0,03 0,04 Минеральный состав лейкоксена по результатам РФА представлен в основном рутилом и кварцем. Рентгенограммы получены по методу порошка на рентгеновском дифрактометре XRD-6000 фирмы SHIMADZU с излучением Cu Ка в интервале углов отражения 29 от 5 до 60. Расшифровка рентгенограмм полученных образцов проводилась с использованием кристаллографической базы для минералов и структурных аналогов МИНКРИСТ [5]. В результате фтораммонийного способа обескрем-нивания лейкоксенового концентрата получаются высокотитановые концентраты (табл. 2), пригодные для переработки в пигментный диоксид титана по хлорному способу и для других направлений использования. Т а б л и ц а 2 Химический состав титанового концентрата Содержание оксидов, мас % TiO2 SiO2 AI2O3 Fe2O3 ZrO2 CaO K2O Y2O3 Nb2O5 85,73 0,80 8,90 2,57 0,50 0,13 1,22 0,03 0,12 Минеральный состав обескремненного титанового концентрата, по данным РФА, представлен преимущественно фазами рутила и анатаза с незначительным количеством кварца, оставшимся, очевидно, в виде микроскопических, невскрытых включений. Важным моментом является устойчивое накопление в титановых концентратах оксидов редких металлов и редких земель. Одной из стадий фторидной технологии переработки лейкоксена является водное выщелачивание, позволяющее перевести неразложившиеся фторидные комплексы кремния и титана в раствор. Получение гидратирован-ных осадков (кремнисто-титановых концентратов) из фильтрата осуществлялось путем постепенного дозирования водного раствора аммиака («17%) в фильтрат, с контролем значения pH. По окончании дозирования суспензию перемешивают в течение часа. Для изучения влияния гидролизующего агента на состав, адсорбцион-но-структурные свойства гидратированного осадка использовали два разных способа его получения. В частности, изменили способы фильтрования. В одном из них полученную суспензию фильтровали, промывая большим количеством воды до нейтральной среды, полученный осадок (образец № 1) высушивали при 100°С. По другому способу, после полного осаждения, суспензию фильтровали на бумажном фильтре. Полученный осадок (образец № 2) предварительно не промывали, а сушили при 100°С в течение трех часов. Осадки, высушенные при 100°С, по данным РФА, представлены рентгеноаморфной фазой. По данным ДСК (рис. 1, а, б), удаление воды в образце № 1 происходит до 500°С, при этом масса изменяется в небольшом интервале 10-15% и после прокаливания до 800°С образец № 1 сохраняет аморфный характер структуры. Образец № 2 по данным ДСК содержит до 60% воды, имеющей различную природу (структурно связную и свободную), прокаливание до 300°С ведет к структурным преобразованиям с формированием фазы анатаза. -II4UTII \ l/ ■п.пш 1 V r

Скачать электронную версию публикации