Контрольная работа: Технология производства кислоты на ЗАО ГХК "Бор"
Бор довольно широко распространен в земной коре в виде боратов, боросиликатов и других соединений, а также изоморфной примеси в различных минералах, но промышленные концентрации его сравнительно редки. В настоящее время промышленный интерес имеют концентрации борных минералов, растворяющихся в воде, а также разлагающихся кислотами в природном состоянии или после их предварительной обработки. Это позволяет простыми технологическими методами получать из них борную кислоту и другие борные соединения. Минералы бора, имеющие промышленное значение, принадлежат к классам боратов (включая карбонато-бораты) и боросиликатов. Химический состав наиболее распространенных минералов бора и содержание в них В2 О3 приведены в табл. 1.
Таблица 1 Химический состав основных минералов бора, имеющих промышленное значение
| Минерал | Химическая формула | Содержание B2O3, % |
| 1 | 2 | 3 |
| Бораты магния, кальция, натрия, калия | ||
| Аксаит | Mg[B3O4(OH)2]2 · 3H2O | 61,1 |
| Ауанит | Mg2B2O5 | 46,4 |
| Котоит | Mg3(BO3)2 | 36,0 |
| Людвигит | (Mg, Fe2+)2Fe3+[BO3]O2 | 16,0 |
| Ашарит | Mg2[B2O4(OH)](OH) | 41,4 |
| Курчатовит | CaMg[B2O5] | 40,7 |
| Преображенскит | Mg3[B5O7(OH)4]2 · H2O | 60,9 |
| Калиборит | KMg[B3O3(OH)5]2[B5O6(OH)4] · 2H2O | 57,0 |
| Борацит | Mg3[B7O13]Cl | 62,1 |
| Гидроборацит | MgCa[B3O4(OH)3]2 · 3H2O | 49,5 |
| Джинорит | Ca2[B4O5(OH)4] [B5O6(OH)4]2 · 2H2O | 61,0 |
| Иньоит | Ca[B3O3(OH)5] · 4H2O | 37,6 |
| Пандермит | Ca2[B5O6(OH)7] | 49,9 |
| Колеманит | Ca[B3O4(OH)3] · H2O | 50,8 |
| Хильгардит | Ca2[B5O8(OH)2]Cl | 50,2 |
| Улексит | NaCa[B5O6(OH)6] · 5H2O | 43,0 |
| Бура | Na2[B4O5(OH)4] · 8H2O | 36,6 |
| Тинкалконит | Na2[B4O5(OH)4] · 3H2O | 47,2 |
| Кернит | Na2[B4O6(OH)2] · 3H2O | 51,0 |
| Карбонатоборат | ||
| Сахаит | Ca12Mg4(CO3)4(BO3)7Cl(OH)2 · H2O | 18,8 |
| Боросиликаты кальция | ||
| Датолит | CaB(OH)SiO4 | 21,8 |
| Данбурит | CaB2Si2O8 | 28,7 |
Большинство боратов легко растворяется в кислотах (трудно растворяется только ашарит), а многие и в воде, поэтому их химическая переработка осуществляется сравнительно легко. Из боросиликатов в кислотах растворим только датолит (полностью при температуре 80 ºС); при этом в растворе образуется студенистый кремнезем. Данбурит растворяется в кислотах только после его прокаливания при температуре около 1000 °С. При растворении прокаленного данбурита также выпадает осадок студенистого кремнезема.
Бор и его соединения применяются во многих (более 100) областях промышленности, сельского хозяйства, техники, науки, медицины. При этом используются главным образом такие свойства бора и его соединений, как высокая твердость, тугоплавкость или легкоплавкость различных его соединений, химическая стойкость, теплотворная способность, легирующие, дезинфицирующие и антисептические качества, огнестойкость и др.
Одна из основных областей применения соединений бора – стекольная промышленность (жаропрочное, высокотвердое стекло, стеклянное волокно и т. д.). В несколько меньших объемах они используются при производстве фарфоровых эмалей, керамики, моющих средств, удобрений, гербицидов. В последние годы соединения бора стали использоваться в электронике, космической и атомной технике, при производстве высоколегированных сталей, резиновых изделий, нитей накаливания, веществ, обладающих высокой твердостью – нитридов (боразон, эльбор) и карбида бора, которые применяются при изготовлении металлорежущего и абразивного инструмента, в самолетостроении. В небольших количествах соединения бора применяются в качестве заменителя плавикового шпата при производстве стали, при изготовлении антифризов, непромокаемых красок, особо прочной бумаги и для других назначений.
Помимо указанных направлений использования, бор применяется в реактивном топливе, для защиты окружающей среды от ядерного заражения, при производстве бронированных покрытий вертолетов и другой военной техники.
Выделяют следующие основные промышленные типы месторождений бора: известково-скарновые, магнезиально-скарновые, вулканогенно-глинистые, вулканогенно-соленосные, осадочные (морские) сульфатно-хлоридные и хлоридные, инфильтрационно-остаточные солевых куполов (табл. 2.). Из эндогенных месторождений практическое значение имеют скарновые месторождения.
Известково-скарновые месторождения бора (Дальнегорское и Золотой Курган в России, Акархар в Таджикистане) связаны с известковыми скарнами и скарноидами преимущественно волластонит-пироксен-гранатового состава. Среди борных минералов преобладают боросиликаты (датолит и данбурит); в слабо скарнированных известняках преимущественно наблюдается рассеянная минерализация кальциевых боратов. В пределах крупных рудных тел распределение борной минерализации обычно сравнительно равномерное, в мелких телах оно изменчивое.
Магнезиально-скарновые месторождения приурочены к магнезиальным скарнам (пироксеновым, шпинель-форстеритовым, иногда преобразованным в клиногумит-флогопитовые) и кальцифирам. Борная минерализация представлена железо-магниевыми и магниевыми боратами: ашаритом, людвигитом, суанитом, в меньшей степени – котоитом. Распределение боратов обычно неравномерное (Таежное месторождение в России).
На апомагнезиальных известково-скарновых месторождениях борное оруденение локализовано в частично замещенных известковыми скарнами кальцифирах и магнезиальных скарнах. Выделяются следующие природные (минеральные) типы руд: людвигит-магнетитовые (с подчиненной ролью ашарита, суанита и котоита), курчатовит-людвигитовые, котоитовые, суанитовые, ашаритовые, сахаитовые. Распределение борных минералов неравномерное.
Рудные тела скарновых месторождений отличаются весьма разнообразной формой. На контактах интрузивных массивов с карбонатными породами локализуются тела линзообразной или четковидной формы, в зоне экзоконтакта – межпластовые залежилинзовидной или пластообразной формы, а также жилообразные, выполняющие трещины в карбонатных породах. При сопряжении различных структур возникают тела гнездовой, трубообразной, штокверкоподобной и неправильной формы. Наиболее крупные, выдержанные по мощности тела встречаются среди контактовых и межпластовых залежей известково-скарновых месторождений. Их протяженность по растиранию нередко составляет несколько сотен или даже первые тысячи метров, мощность измеряется десятками метров, а иногда превышает 100 м.На магнезиально-скарновых месторождениях мощность наиболее крупных тел составляет несколько десятков метров, а протяженность по простиранию обычно не превышает первых сотен метров. Преобладающая часть рудных тел скарновых месторождений бора характеризуется мощностью в несколько метров. Из экзогенных осадочных месторождений бора практическое значение в настоящее время имеют морские и континентальные галогенные месторождения Индр, Сатимола и Челкар в Казахстане.
Таблица 2 Промышленные месторождения бора
Промышленный тип месторождений | Структурно-морфологический тип и комплекс вмещающих пород | Природный (минеральный) тип руд | Среднее содержание В2О3 в руде, % | Попутные компоненты | Промышленный (технологический) тип руд | Примеры месторождений |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Скарновые | ||||||
| Известково-скарновый | Линзо - и пластообразный в скарнах известково-силикатных руд | Датолитовый, данбуритовый | 8–12 | Волластонит, поделочный камень | Химический борный силикатный (сортировочный, гравитационно-магнитно-флотационный) | Дальнегорское (Россия), Акархар (Таджикистан) |
| Магнезиально-скарновый в абиссальной фации | Линзо- и пластообразный в доломитах и магнезитах | Суанит-ашарит-людвигитовый в магнетитовых рудах | 3–20 | Магнетит, строительный и поделочный камень | Химический борный солевой (сортировочный, магнитно-фло-тационно-гидрометаллургиче-ский) | Таежное (Россия) |
| Магнезиально-скарновый в гипабиссальной фации | Линзо -, столбо- и жилообразный гнездовый в доломитах | Котоитовый, суанитовый, курчатовит-людвигитовый, сахаитовый, ашаритовый | 4–16 | То же | Химический борный солевой (сортировочный, флотационно-гидрометаллургический) | Титовское, Наледное, Солонго |
| Вулканогенно-осадочные | ||||||
| Вулканогенно-глинистый | Пласто - и линзообразный в озерных туфогенных глинах | Бура -тинкалконит-кернитовый, иноит-колеманитовый | 20–50 | Бентониты, цеолиты, лигниты, S, As, Sr, Ge | Химический борный солевой (магнитно- электростатический) | Крамер (США), Эмет и др. |
| Вулканогенно-соленосный | Пласто- и линзообразный в континентальных эвапоритах | Бура-тинкалкони-товый | 10–40 | Сода, тенардит, галит, S, Li, Sr, Sb, W, P | Химический борный солевой (магнитно-гравитационно-электростатический) | Серлс (США), Пуга (Индия) |
| Осадочные | ||||||
| Осадочный морской сульфатно-хлоридный | Пластовый, гнездообразный в калийно-магниевых солях с прослоями ангидрита | Калиборитовый, преображенскит-борацитовый, ашаритовый, гидроборацитовый | 2–6 | Галит, K, Mg, Br | Химический борный солевой (сортировочный, гравитационно флотационно-гидрометаллурги-ческий) | Индер и Сатимола (Казахстан) |
| Осадочный морской хлоридный | Пластовый, гнездообразный в калийно-магниевых солях с ангидритом | Борацитовый, полиборатовый, джинорит-хильгардит-борацитовый | 3–5 | То же | То же | Индер и Сатимола (Казахстан) |
| Элювиальный | ||||||
| Инфильтрационно-остаточный солевых куполов (континентальные) | Линзо-, пласто- и гнездообразный в карбонатах, глинах, гипсах | Гидроборацитовый, улекситовый, ашаритовый | 3–30 | Гипс, сера | Химический борный солевой (промывочно-гидрометаллурги-ческий) | Индер и Сатимола (Казахстан) |
Морские месторождения бора обычно размещены в структурах соляных куполов и синеклизах. Борное оруденение представлено главным образом боратами калия, кальция и магния (калиборитом, борацитом, преображенскитом, ашаритом). Бораты приурочены к участкам, сложенным калийными и калийно-магниевыми солями, которые перемежаются с глинистыми, карбонатными породами и ангидритом. Распределение оруденения в бороносных породах неравномерное или крайне неравномерное. Эти месторождения характеризуются крупными размерами: мощность залежей достигает 50 м, а длина по простиранию измеряется сотнями и первыми тысячами метров. Бороносные залежи имеют пластовую форму и крутое падение.
Континентальные месторождения бора возникли в результате выщелачивания куполов коренных борно-калийных солей и образования из них выше уровня соляного зеркала кепроков (или «гипсовых шляп»). Бороносные залежи почти всегда приурочены к крыльям соляных структур и огибают их замковые части. Борное оруденение этих месторождений представлено в основном боратами магния и кальция – ашаритом, гидроборацитом, колеманитом, иньоитом, в меньшей степени улекситом. Распределение борных минералов в рудах неравномерное. Залежи имеют пластообразную, линзовидную или неправильную форму, отличаются пологим, изредка крутым падением. На глубине они переходят в борно-калийные коренные (морские) соли. Протяженность элювиальных залежей боратов составляет 100–400 м, иногда достигает 2000 м; мощность меняется от 0,5 до 20 м, в редких случаях возрастая до 50 м.
Из других типов экзогенных месторождений бора промышленное значение имеют вулканогенно-осадочные месторождения, разрабатываемые за рубежом. На них базируется борная промышленность США, Турции, Чили, Аргентины, Индии, КНР и др. Эти месторождения приурочены к озерным отложениям и разделяются на вулканогенно-соленосные и вулканогенно-глинистые. Бороносные залежи вулканогенно-осадочных месторождений имеют горизонтальное или пологопадающее залегание и пластовую, линзовидную или желваковую форму. Вулканогенно-соленосные месторождения характеризуются в большинстве случаев сравнительно невысокими содержаниями В2 О3 (0,5–2,5 %), но обладают крупными запасами. Большая часть вулканогенно-глинистых месторождений представлена преимущественно боратами кальция и натрия, бурой, тинкалконитом, кернитом, улекситом, колеманитом. Эти месторождения встречаются чаще предыдущих и также обладают крупными запасами борного сырья. Содержание В2 О3 очень высокое (25–30 %, иногда 40 %). В России и странах СНГ месторождения двух последних типов неизвестны.
Для получения борных продуктов, кроме борных руд, могут использоваться минеральные воды с повышенным содержанием бора, воды нефтяных и газовых месторождений, рапа некоторых соляных озер и подземные рассолы. В перспективе не исключена возможность промышленного использования турмалина, который при обогащении многих комплексных руд накапливается в отходах и может быть извлечен в самостоятельный концентрат. Поэтому, несмотря на невысокое содержание в нем В2 О3 (8–12 %) и сложность технологической схемы переработки, при определенных условиях его использование может быть целесообразно.
4. Горный цех
В 1958г. Был открыт Горный цех. Горный потому что местонахождение его в горах, и специализация его состояла только в добыче руды. В первые годы работы, добыча руды велась двумя способами: Открытым и Штольневым.
Открытый способ – бурильная машина делает глубокий шурф, после чего в него укладывают мешки с порохом, подсоединяют детонаторы и производят взрыв. Одно время порох использовали вперемешку с селитрой. После взрывных работ на участок загоняют выгребную технику и из огромной воронки достают разрушенную горную породу и грузят её на транспорт. Штольневый способ – в горе бурят горизонтальную шахту, по мере углубления прокладывают узкоколейку, и тягач при помощи вагонеток вывозит ту же самую горную породу.
С развитием комбината от Штольневого способа было решено отказаться, так как месторождение в Дальнегорске находилось на небольшой глубине, и тратить деньги на бурение глубоких шахт было бессмысленным занятием. Таким образом, в наши дни добыча ведется Открытым способом.
5. Обогащение датолитовой руды
25 сентября 1959года считается днем рождения Дальнегорских химиков, год, когда выпустила свою продукцию – датолитовый концентрат – первая обогатительная фабрика.
Датолитовая руда Дальневосточного происхождения в зависимости от примесей других минералов подразделяется на несколько разновидностей: Датолит – кальцитов, гранатов, геденбергитов. Датолит – боросиликат, состав, которого можно в упрощенном виде выразить формулой CaB(OH)SiO4 , это бесцветное или зеленоватое твердое кристаллическое вещество.
В ходе обогащения руды из нее надо по возможности максимально удалить оксиды железа и кальцит. Эти примеси в дальнейшем ухудшат качество готового концентрата и увеличат расход серной кислоты при переработке концентрата в готовую борную продукцию. Для обогащения руды применяется магнитно – флотационный метод: предварительно измельченная руда проходит магнитную сепарацию для отделения железистых фракций, а затем поступает на основную и две перечистых флотации.
После флотации полученный пенный продукт сгущают, фильтруют и сушат в сушильных барабанах. Полученный датолитовый концентрат представляет собой белый порошок и по ГОСТу должен содержать:
B2 O3 – не менее 16,5%
CaCO3 – не более 14%
Fe2 O3 – не более 2,5%
H2 O – не более 2%
6. Производство борной кислоты из датолитового сырья
Датолит при обычных условиях плохо разлагается щелочами, но хорошо сильными минеральными кислотами, такими, как серная, фосфорная, азотная и соляная. Наиболее целесообразно использовать серную кислоту, так как она позволяет перевести кальций датолита в нерастворимый сульфат кальция.