Химическая технология редких металлов в атомной технике

Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра Химической технологии редких,
рассеянных и радиоактивных элементов
Химическая технология редких
металлов в атомной технике
Доцент кафедры, к.х.н., Оствальд Р.В.
Химическая технология бериллия.
Нахождение бериллия в природе,
методы обогащения бериллиевых руд
Tomsk Polytechnic University
1
Нахождение бериллия в природе
Содержание Be в земной коре по последним
данным оценивается величиной 3,8·10-4 %
По распространенности занимает 32 место
У бериллия выявлено 59 минералов:
 34 силиката (59%);
 12 фосфатов (21%);
 7 окислов (12%);
 2 арсената;
 1 карбонат.
Промышленное значение имеют шесть минералов
Tomsk Polytechnic University
2
Нахождение бериллия в природе
Берилл
Формула
Сингония
Цвет
Al2[Be3(Si6O18)]
Гексагональная
Зелёный, голубой, жёлтый,
красный, белый
(в зависимости от примесей
Li, Na, K, Cs, Pb, Fe, Cr и др.)
Содержание
14,1 %
ВеО
Твёрдость
7,5 ÷ 8 по шкале Мооса
Плотность
2,6 ÷ 2,9 г/см³
Распространен в гранитных пегматитах, кварцевых жилах.
Известны месторождения берилла в Бразилии, США, Колумбии,
Аргентине, Египте и др. странах
Tomsk Polytechnic University
3
Нахождение бериллия в природе
Некоторые разновидности берилла
относятся к драгоценным камням
Воробьевит,
морганит
Изумруд
Аквамарин
Гошенит
Гелиодор
Tomsk Polytechnic University
4
Нахождение бериллия в природе
Хризоберилл, Александрит
Формула
Сингония
Цвет
Хризоберилл,
Бразилия
Примеси
BeAl2O4
Ромбическая
Голубовато-зелёный,
коричневый, коричневатозелёный, зелёный, серый
Fe2O3 до 6%; TiO2 до 3%;
Cr2O3 до 0,4%
Содержание
19,8 %
ВеО
Александрит и
хризоберилл, 26,75 карата
Твёрдость
8,5 по шкале Мооса
Плотность
3,5 ÷ 3,84 г/см³
Месторождения хризоберилла в Бразилии, на Шри-Ланке,
Мадагаскаре
Tomsk Polytechnic University
5
Нахождение бериллия в природе
Фенакит
Формула
Сингония
Цвет
Be2SiO4
Тригональная
Бесцветный, винно-жёлтый,
розовый, бурый
Примеси
MgO, CaO, Al2O3, Na2O
Содержание
ВеО 46%
ВеО
Минерал Фенакит
Твёрдость
7,5 ÷ 8,0 по шкале Мооса
Плотность
2,9 ÷ 3,0 г/см³
Часто ассоциирует с бериллом и хризобериллом. Наряду с бериллом
имеет большое практическое значение. Месторождения в Норвегии,
Бразилии, США, Канаде, Швейцарии.
Tomsk Polytechnic University
6
Нахождение бериллия в природе
Гельвин
Формула
Сингония
Гельвин и спессартин
Цвет
Гельвин
в альбите
Mn8[BeSiO4]6S2
6MnO·6ВеO·6SiO2·2MnS
Кубическая
Цвет жёлтый разных
оттенков, реже зеленый
Содержание
13,6 %
ВеО
Твёрдость
6 ÷ 6,6 по шкале Мооса
Плотность
3,16 ÷ 3,36 г/см³
Гельвин с родохрозитом
и кварцем
Крупное месторождение в США (Нью-Мексико)
Tomsk Polytechnic University
7
Нахождение бериллия в природе
Бертрандит
Формула
Сингония
Примеси
Be4Si2O7(OH)2
3ВеO·2SiO2·Ве(OH)2
Ромбическая
(орторомбическая)
3+
3+
Примеси Fe , Al
Цвет
бесцветный, бледно-жёлтый
Содержание
39,6 ÷ 42,6 %.
ВеО
Бертрандит c
родохрозитом
Бертрандит,
кристаллы до 2 мм
Твёрдость
6 по шкале Мооса
Плотность
2,6 г/см³
Tomsk Polytechnic University
8
Химическая технология бериллия
Технология обогащения
бериллиевых руд
Tomsk Polytechnic University
9
Обогащение бериллиевых руд
Руды бериллия относятся к
труднообогащаемым из-за близости свойств
минералов Ве и пустой породы.
В настоящее время используются следующие
методы обогащения:




Ручная сортировка
Радиометрический метод
Избирательное измельчение
Флотация
Tomsk Polytechnic University
10
Обогащение бериллиевых руд
Ручная сортировка
Используется для крупновкраленных Ве руд
(кристаллы 5 ÷ 10 мм и более). Сортировка
основана на различной окраске берилла и
пустой породы.
Преимущества:
простота метода
Недостатки:
не применимость для
тонковкрапленных руд
< 5 мм
Tomsk Polytechnic University
11
Обогащение бериллиевых руд
Радиометрический метод
Метод основан на проявлении нейтронной
активности под действием излучения
Недостатки:
требуются γ – лучи высокой интенсивности,
что требует сложной системы защиты
от излучений. Это ограничивает применение
метода.
Tomsk Polytechnic University
12
Обогащение бериллиевых руд
Избирательное измельчение
Метод основан на различии твердости
берилла и пустой породы. Применяется для
«мягких» пород (слюдистые сланцы, тальк и
др.).
Цилиндрическая
шаровая мельница
Качающийся
грохот
Tomsk Polytechnic University
13
Обогащение бериллиевых руд
Флотация
Для руд с мелкой вкрапленностью минералов
наибольшую популярность получил
флотационный метод
При флотации бериллиевых руд используют
анионные (олеат Na, олеиновая кислота и др.)
и катионные (соли аминов) собиратели
Олеиновая кислота
Амины, соли аминов
Tomsk Polytechnic University
14
Обогащение бериллиевых руд
Флотация
Полярная группа закрепляется на поверхности
минерала, аполярная группа ориентируется при
этом в водную фазу,
обеспечивая
гидрофобность
поверхности
С17Н33 | СООН
Tomsk Polytechnic University
15
Обогащение бериллиевых руд
Флотация
при флотации с применением олеиновой
кислоты сильными депрессорами
(подавителями) берилла служат H2SO4,
жидкое стекло;
активаторы для берилла HF, NaOH,
Na2CO3.
В зависимости от активатора различают
кислотные и щелочные схемы флотации.
Tomsk Polytechnic University
16
Обогащение бериллиевых руд
Флотация
Кислотная схема флотации
Tomsk Polytechnic University
17
Обогащение бериллиевых руд
Флотация
В щелочных схемах измельченную руду
обрабатывают раствором NaOH или Na2SO3,
удаляют шламы и флотируют берилл
олеиновой кислотой.
Извлечение берилла во флотационные
концентраты составляет 70 ÷ 90%.
Примерный состав бериллиевых
флотоконцентратов:
Tomsk Polytechnic University
18
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра Химической технологии редких,
рассеянных и радиоактивных элементов
Химическая технология редких
металлов в атомной технике
Доцент кафедры, к.х.н., Оствальд Р.В.
Химическая технология бериллия.
Нахождение бериллия в природе,
методы обогащения бериллиевых руд
Tomsk Polytechnic University
19
Распространенность элементов в земной коре
Morgan, J. W.; Anders, E. (1980). "Chemical composition of Earth, Venus, and Mercury". Proceedings of the National Academy of Science 71 (12): 6973–6977.
doi:10.1073/pnas.77.12.6973
Tomsk Polytechnic University
20
Минералогическая шкала твёрдости Мооса
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B0_%D0%9C%D0%BE%D0%BE%D1%81%D0%B0
Tomsk Polytechnic University
21
Минералогическая шкала твёрдости Мооса
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B0_%D0%9C%D0%BE%D0%BE%D1%81%D0%B0
Tomsk Polytechnic University
22
Флотация
Флота́ция (фр. flottation, от flotter — плавать)
процесс разделения мелких твёрдых частиц
(главным образом, минералов), основанный на
различии их в смачиваемости водой.
Гидрофобные частицы избирательно
закрепляются на границе раздела фаз и
отделяются от гидрофильных частиц.
При флотации пузырьки газа или капли масла
прилипают к плохо смачиваемым водой
частицам и поднимают их к поверхности.
Tomsk Polytechnic University
23
Флотация
Dynamic Simulation example of mineral flotation process - http://www.youtube.com/watch?v=OQN5r6v9mKg&feature=related
Flotation plant - http://www.youtube.com/watch?v=ff3yEJb-teY&feature=related
Celdas de flotacion - http://www.youtube.com/watch?v=RMT4xmWEdsM&feature=related
Tomsk Polytechnic University
24
Олеиновая кислота
Олеиновая кислота
(цис-9-октадеценовая кислота)
СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН мононенасыщенная
жирная кислота. Является наиболее
распространенной в природе
ненасыщенной жирной кислотой.
Бесцветная вязкая жидкость, tпл 13,4 °C (для
нестабильной бета-модификации) и 16,3 °C (для
стабильной альфа-модификации), tкип 286 °C.
Диссоциация проходит по одной ступени.
Oleic acid, Chemical Laboratory Information Profile, American Chemical Society
Tomsk Polytechnic University
25
Амины и соли аминов
Ами́ны - органические соединения, являющиеся
производными аммиака, в молекуле которого один,
два или три атома водорода замещены на
углеводородные радикалы.
Взаимодействуя с кислотами,
амины образуют соли.
Соли аминов являются твердыми веществами,
хорошо растворимыми в воде
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BC%D0%B8%D0%BD%D1%8B
Tomsk Polytechnic University
26
Жидкое стекло
Жидкое стекло - водный щелочной раствор
силикатов натрия Na2O(SiO2)n и (или)
калия K2O(SiO2)n.
Жидкое стекло — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание) Реже в качестве жидкого стекла используют литиевые силикаты (например, в электродном
покрытии).
Tomsk Polytechnic University
27