Применение диатомита (стр. 4 из 6)
1,18
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
 |
В диатомите железо заключено в кристаллической решётке алюмосиликатов и частично присутствует в виде свободных окислов. Силикатное железо появляется в кислом растворе вследствие разрушения глинистых минералов по вышеописанному механизму. При замещении водородом обменных катионов протоны взаимодействуют с дефектными тетраэдрами, в которых Si4+ замещён на Fe3+, или октаэдрами c Fe3+ вместо Al3+. Связи Fe—O или Fe—OH протонируются, железо занимает обменные позиции и приобретает способность переходить в раствор. Но свободные окислы железа начинают растворяться при более высоком значении рНисх, так как разрушение ионных и ионно-ковалентных связей кристаллической решётки требует большего количества энергии.
Способность ионов Fe3+ гидролизоваться выше, чем у ионов Al3+, поэтому можно предположить, что при 3,32 <рН<5,72 на процесс выхода железа из нативного диатомита накладывался процесс образования Fe3+ гидроксокомплексов Fe(OH)2+, Fe(OH)2+, Fe(OH)°, который не полностью подавлялся присутствием ионов Сl‾ и Н+ в растворе извлечения. В таком виде железо не определяется сульфосалициловым методом. Этим можно объяснить «горб» на графике, представленном на рисунке 2.3.
Ульрихом [48, 709] было показано, что при рН<3,2 в почве начинается растворение минералов гидроокисей и окисей железа, сопровождающееся появлением ионов Fe3+ в почвенном растворе. По данным наших исследований, резкое повышение выщелачивания железа из диатомита отмечалось при рН<3,32 (от нулевого выхода при рН 3,32 до концентрации Fe3+ в фильтрате 11,07 мг/л при рН 1,02), что в общем соответствуют закономерностям перехода железа в подвижное состояние с понижением рН среды, подробно описанными Л. А. Воробьёвой [28, 315].
Оранжевый цвет термоактивированного диатомита объясняется переходом всего содержащегося в нём железа в форму оксида железа (III). Он отчасти включается в состав силикатной плёнки на поверхности частиц, поэтому в фильтратах при рНисх>3.12 не отмечается присутствие ионов Fe3+. Но в сильнокислой среде (рН<3) Fe2O3 хорошо растворим, и на концентрацию Fe3+ в растворе извлечения не влияют сопутствующие реакции образования гидроксокомплексов. Поэтому в данных условиях из диатомита, прокалённого при 850°С, также интенсивно выщелачивается железо.
Относительный выход алюминия и железа из диатомита.
На основе данных о валовом химическом составе и выходе алюминия и железа из диатомита в зависимости от рН раствора извлечения, были рассчитаны показатели относительного выхода этих элементов (в пересчёте на 100 г породы и в массовых процентах) для нативного диатомита и диатомита, прокалённого при 850°С. Результаты приведены в таблицах 2.10, 2.11, 2.12 и 2.13 и на графиках, представленных на рисунках 2.5, 2.6, 2.7 и 2.8.
Таблица 2.10
Относительный выход алюминия из нативного диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения
| рН исх | 1,02 | 1,94 | 2,70 | 4,01 | 5,72 | 6,07 | 8,30 | 9,60 | |
| CAl3+, мг/см3 | 0,0175 | 0,0129 | 0,0033 | 0,0011 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | |
| Относительный выход Al, | мг/100 г породы | 9,397 | 6,708 | 1,650 | 0,591 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 |
| масс. % | 0,332 | 0,237 | 0,058 | 0,021 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | |
 |
 |
Таблица 2.11
Относительный выход алюминия из диатомита, прокалённого при 850°С, в зависимости от значения рН раствора извлечения
| рН исх | 1,08 | 2,15 | 3,12 | 4,80 | 5,72 | 6,48 | 8,30 | 9,60 | |
| CAl3+, мг/см3 | 0,0186 | 0,0109 | 0,0038 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | 0,0000 | |
Относительный выход Al,
мг/100 г породы
10,416
5,504
1,930
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
масс. %
0,368
0,194
0,068
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
 |
Таблица 2. 12
Относительный выход железа из нативного диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения
| рН исх | 1,02 | 1,37 | 1,94 | 2,70 | 3,32 | 4,01 | 4,50 | 6,07 | 8,30 | 9,60 | |
| CFe3+, мг/см3 | 11,07 | 3,56 | 0,79 | 0,40 | 0,00 | 0,59 | 0,79 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
Относительный выход Fe,
мг/100 г породы
5,944
1,957
0,004
0,002
0,000
0,003
0,004
0,000
0,000
0,000
масс. %
0,527
0,174
0,036
0,018
0,000
0,028
0,036
0,000
0,000
0,000
 |
Таблица 2.13
Относительный выход железа из диатомита, прокалённого при 850°С, в зависимости от значения рН раствора извлечения
| рН исх | 1,08 | 2,15 | 3,12 | 4,80 | 5,72 | 6,48 | 8,30 | 9,60 | |
| CFe3+, мг/см3 | 4,74 | 1,18 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
| Относительный выход Fe, | мг/100 г породы | 2,650 | 0,006 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 |
| масс. % | 0,235 | 0,053 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | |
 |
Буферное действие диатомита в системе твёрдая фаза – раствор
Проведённые эксперименты показали, что порошок диатомита влияет на реакцию раствора извлечения: он повышает значения рН кислых растворов, щелочных же, напротив, понижает. Буферное действие породы гораздо сильнее проявляется в кислой среде, причём нативный диатомит воздействует на величину рН раствора гораздо эффективнее диатомита, прокалённого при 850°С: для него максимальное значение │ΔрН│составило 4,34 при рНисх =2,7. Подвергнутый термообработке диатомит способен изменять рН раствора извлечения максимум на 1,95 единицы рН при рНисх=3,12.
При исследовании влияния порошка нативного диатомита на концентрацию Al3+ в растворах AlCl3 (исходное значение СAl3+ 0,0086 мг/см3) с различными значениями рН были получены данные, особенно ярко демонстрирующие его буферное действие в интервале значений рН 1,4-12,38, особенно в щелочной среде.
Результаты исследований приведены в таблицах 2.14, 2.15 и 2.16 и отражены на графиках, приведённых на рисунках 2.9, 2.10 и 2.11.
Таблица 2.14
Влияние порошка нативного диатомита на величину рН раствора извлечения (1 М раствора KCl c установленным значением рН)
| рН исх | 1,02 | 1,94 | 2,70 | 4,01 | 6,07 | 8,30 | 9,60 |
ΔрН
-0,45
-1,48
-4,34
-1,66
-1,19
0,82
1,12
 |
Таблица 2.15
Влияние порошка нативного диатомита на величину рН раствора извлечения (раствора AlCl3 c установленным значением рН)
| рН исх | 1,40 | 2,15 | 2,65 | 4,90 | 8,29 | 9,65 | 12,38 |
| ΔрН | -0,23 | -1,52 | -3,03 | -1,63 | 1,48 | 2,58 | 2,10 |
 |
 |
Таблица 2.16
Влияние порошка диатомита, прокалённого при 850°С,
на величину рН раствора извлечения (1 М раствора KCl c установленным значением рН)
| рН исх | 1,08 | 2,15 | 3,12 | 4,80 | 6,48 | 8,30 | 9,60 |
ΔрН
-1,71
-0,98
-1,95
-1,07
0,30
0,57
0,85
 |
Буферное действие диатомита в кислой среде связано:
с адсорбцией протонов на сколах частиц алюмосиликатов и последующим разрушением их кристаллической решётки;
с адсорбцией ионов H+ на гидроксилированной поверхности опалового кремнезёма за счёт сил ионного притяжения вплоть до рН~2, при котором число заряженных центров на поверхности кремнезёма равно нулю (точка нулевого заряда).