СИНТЕЗ ФТОРИДА КАЛЬЦИЯ ПО СУХОМУ СПОСОБУ ИЗ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ФТОРИДА АММОНИЯ

  • Sergey V. Ostrovsky Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Andrey G. Starostin Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Igor S. Potapov Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Vyacheslav V. Tumanov Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Konstantin G. Kuzminykh Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Ключевые слова: фторид кальция, фторид аммония, термический анализ, переработка кремнефтористоводородной кислоты

Аннотация

Целью данной работы является обоснование термодинамических и кинетических закономерностей синтеза синтетического CaF2 по новому «сухому» способу, основывающемуся на следующих стадиях: гидролизе кремнефтористоводородной кислоты, отходе производства фосфорной, с получением белой сажи и 12-18% раствора NH4F и последующим получением CaF2 из СaCO3 при температуре 200-400 °С в печи КС или барабанной в непрерывном режиме, при этом аммиак из отходящих газов направляется на стадию гидролиза кремнефтористоводородной кислоты. В настоящей работе изучены особенности получения синтетического фторида кальция по «сухому» способу из карбоната кальция и фторида аммония, проведен синхронный термический анализ указанной смеси с анализом отходящих газов методом ИК-Фурье при скоростях нагрева образцов 1,5; 5; 10 °С/мин в атмосфере воздуха. Показано, что нагревание указанной смеси протекает со ступенчатым разложением фторида аммония, продукты которого взаимодействуют с карбонатом кальция, образуя синтетический фторид кальция. На первой стадии протекают  реакции карбоната кальция с фторидом аммония и с фтористым водородом, находящиеся в кинетической области (Еа = 94,22 кДж/моль), а ко второй - реакцию взаимодействия CaCO3 и HF (Еа = 30,09 кДж/моль), лимитируемой диффузией HF к ядру CaCO3 в интервале температур 250-300 °С. Указанные факторы определяют поведение твердой смеси карбоната кальция и фторида аммония в условиях нагревания, что позволяет оценить кинетические закономерности процесса взаимодействия реагентов и продуктов их термического превращения. Выявлены условия получения «сухим» способом синтетического фторида кальция из отходов производства фосфорной кислоты и синтетического карбоната кальция, а фторид кальция может быть признан базовым продуктом при решении проблемы утилизации отходной кремнефтористоводородной кислоты.

Литература

Miller M.M. Fluorspar. Min. eng. 2011. V. 63. N 6. P. 61-62. DOI: 10.1007/s00058-011-1122-x.

Reilly II J. Mineral commodity summaries 2019: U.S. Geological Survey. 2019. P. 200.

Simandl G.J. World Fluorspar Resources, Market and deposit examples from British Columbia, Canada. British Columbia Geological Survey, Information Circular. 2009. V. 4. P. 16.

Jiang K., Zhou K.G., Yang Y.C., Du H. Growth kinetics of calcium fluoride at high supersaturation in a fluidized bed reactor. Environ Technol. 2014. V. 35. N 1. P. 82-88. DOI: 10.1080/09593330.2013.811542.

Tai C.Y., Chen P.C., Tsao T.M. Growth kinetics of CaF2 in a pH-stat fluidizedbed crystallizer. J. Cryst. Growth. 2006. V. 290. P. 576-584. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2006.02.036.

Pandurangappa C., Lakshminarasappa B.N., Nagabhushana B.M. Synthesis and characterization of CaF2 nanocrystals. J. Alloys Comp. 2010. V. 489. N 2. P. 592-595. DOI: 10.1016/j.jallcom.2009.09.118.

Dreveton A. Manufacture of aluminium fluoride of high density and anhydrous hydrofluoric acid from fluosilicic acid. Proc. Eng. 2012. V. 46. P. 255-265. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.09.471.

Alvin M., Dunphy J., Groves D. Nature and genesis of a carbonatite-associated fluorite deposit at Speewah, East Kimberley region, Western Australia. Mineral. Petrol. 2004. V. 80. P. 127-153. DOI: 10.1007/s00710-003-0015-3.

Bakharev M.V., Moskalenko A.N. Artificial fluorspar and its application in the cement industry. Cement Primen. 2016. N 2. P. 50-53 (in Russian).

Baatar C.-E., Grayson R. Mongolia’s fluorspar rush on Google Earth. World Placer J. 2009. V. 9. P. 1-23.

Jonas L., John T., Putnis A. Influence of temperature and Cl on the hydrothermal replacement of calcite by apatite and the development of porous microstructures. Amer. Mineral. 2013. V. 98. P. 1516-1525. DOI: 10.2138/am.2013.4288.

Markovic M., Takagi S., Chow L., Frukhtbeyn S. Calcium fluoride precipitation and deposition from 12 mmol/L fluoride solutions with different calcium addition rates.

J. Res. Natl. Inst. Stand. Technol. 2009. V. 114. P. 293-301. DOI: 10.6028/jres.114.021.

Khunur M., Risdianto A., Mutrofin S., Prananto Y. Synthesis of fluorite (CaF2) crystal from gypsum waste of phosphoric acid facto-ry in silica gel. Bul. Chem. React. Engin. Catal. 2012. V. 7. N 1. P. 71-77. DOI: 10.9767/bcrec.7.1.3171.71-77.

Petrov I.M., Troitsky V.V., Bystrova A.Y. The main trends in the use of fluorite concentrate of various brands in Russia. Gorno-inform. Analit. Byull. 2008. N 11. P. 322-325 (in Russian).

Tumanov V.V. Belova L.P., Alekseeva G.N. Obtaining synthetic calcium fluoride in a dry way. Khim. Prom. 1983. N 9. P. 39 (in Russian).

Pedrosa E.T., Boeck L., Putnis C., Putnis A. The replacement of a carbonate rock by fluorite: kinetics and microstructure. Am. Mineralogist, Mineralog. Soc. Am. 2017. V. 102. N 1. P. 126-134. DOI: 10.2138/am-2017-5725.

Altree-Williams A., Pring A., Ngothai Y., Brugger J. Textural and compositional complexities resulting from coupled dissolutionreprecipitation reactions in geomaterials. Earth-Sci. Rev. 2015. V. 150. P. 628-651. DOI: 10.1016/j.earscirev.2015.08.013.

Brindha K., Elango L. Fluoride in groundwater: causes, implications and mitigation measures. In: Monroy S.D. Fluoride Properties, Applications and Environmental Management. 2011. P. 111-136.

Medyankina I.S., Pasechnik L.A., Skachkov, S.P., Yatsenko V.M., Bamburov V.G. Interaction of calcium and aluminum containing phases of red mud with ammonium hydrofluoride. Coll. of presentations of Fiziko-khimicheskie aspekty izuchenija klasterov, nanostruktur i nanomaterialov. Tver. 2017. V. 9.

P. 307-316. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.307.

Aldaco R., Garea A., Irabien A. Calcium fluoride recovery from f luoride wastewater in a fluidized bed reactor. Water Res. 2007. V. 41. P. 810-818. DOI: 10.1016/j.watres.2006.11.040.

Usoltseva I.O., Kantaev A.S. Determination of the dependence of the melting temperature of a mixture of ammonium fluoride and hydrodifluoride on their ratio. Coll. of presentations of XVI International Scientific and Practical Conference of Students and Young Scientists dedicated to the 115th birthday of Professor L.P. Kuleva "Chemistry and chemical technology in the XXI century". Tomsk. 2015. V.1. P. 94-96.

Опубликован
2020-06-24
Как цитировать
Ostrovsky, S. V., Starostin, A. G., Potapov, I. S., Tumanov, V. V., & Kuzminykh, K. G. (2020). СИНТЕЗ ФТОРИДА КАЛЬЦИЯ ПО СУХОМУ СПОСОБУ ИЗ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ И ФТОРИДА АММОНИЯ. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 63(8), 81-89. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20206308.6156
Раздел
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ неорг. и органических веществ, теоретические основы