Theoretical Foundations of Chemical EngineeringTheoretical Foundations of Chemical EngineeringТеоретические основы химической технологии0040-35713034-6053The Russian Academy of Sciences68650010.31857/S0040357125010017tyilecArticlesСтатьиResearch ArticleExperimental and theoretical bases of energy and resource efficient process of extraction of valuable component from natural matrix oresЭкспериментально-теоретические основы энергоресурсоэффективного процесса экстракции ценного компонента из природных матричных рудPochitalkinaI. A.ПочиталкинаИ. А.
Russian Federation
pochitalkina@list.ruKekinP. A.КекинП. А.
Russian Federation
pochitalkina@list.ruVinokurovaO. V.ВинокуроваО. В.
Russian Federation
pochitalkina@list.ruMeshalkinV. P.МешалкинВ. П.
Russian Federation
pochitalkina@list.ruKulovN. N.КуловН. Н.
Russian Federation
pochitalkina@list.ruMendeleev University of Chemical Technology of RussiaФГБОУ ВО “Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева”Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of SciencesИнститут физической химии и электрохимии им. Фрумкина Российской академии наукN. S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук15012025591390107202501072025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0040-3571/article/view/686500

The material composition of nodule-type phosphorites is represented by the alpha-quartz ore rock of porous structure, phosphate matter with almost no pores, and admixture of layered aluminosilicates. As a result of sedimentary genesis of phosphate ores and matrix structure of alpha-quartz, its porous space is filled with the above components and their close mutual germination. The efficiency of known methods of phosphate ore beneficiation increases as the degree of their grinding increases and it is accompanied not only by the growth of energy consumption, but also by losses of fine fractions. The results of complex analysis of Bryansk phosphorite sample and, separated after completion of acid extraction of alpha-quartz, indicate the expediency of rational grinding of raw materials taking into account the technical characteristics of quartz sands used in the glass industry, which will provide energy and resource efficient processing. The revealed regularities of acid extraction of nodule-type phosphorite and mathematical processing of the data of the kinetic experiment indicate the possibility of using standard equipment of industrial schemes, with obtaining the main product – acid extract and the concomitant – alpha-quartz.

Вещественный состав фосфоритов конкреционного типа представлен рудной породой альфа-кварц пористой структуры, фосфатным веществом, практически не имеющим пор, и примесью слоистых алюмосиликатов. В результате осадочного генезиса фосфоритных руд и матричной структуры альфа-кварца происходит заполнение его пористого пространства вышеуказанными компонентами и их тесное взаимное прорастание. Эффективность известных методов обогащения фосфатных руд повышается по мере увеличения степени их измельчения и сопровождается не только ростом энергозатрат, но и потерями тонкодисперсных фракций. Результаты комплексного анализа образца брянского фосфорита и выделенного по завершении кислотной экстракции альфа-кварца свидетельствуют о целесообразности рационального измельчения сырья с учетом технических характеристик кварцевых песков, применяемых в стекольной промышленности, что обеспечит энергоресурсоэффективный процесс переработки. Выявленные закономерности кислотной экстракции фосфорита конкреционного типа и математическая обработка данных кинетического эксперимента свидетельствуют о возможности использования стандартного оборудования промышленных схем с получением основного продукта – кислотной вытяжки и сопутствующего продукта – альфа-кварца.

phosphoritestructurealpha-quartzsorption method of measurementsglass industryфосфоритструктураальфа-кварцсорбционный метод измеренийстекольная промышленностьMeshalkin V.P., Dovi V.G., Bobkov V.I. et al. State of the art and research development prospects of energy and resource-efficient environmentally safe chemical process systems engineering. Mendeleev Commun., 2021. № 31. Р. 593. doi: 10.1016/j.mencom.2021.09.003.Добрыднев С.В., Бесков В.С., Богач В.В., Почиталкина И.А. Ионометрическое изучение реакции кислотного вскрытия фосфорсодержащего сырья // Теорет. основы хим. технологии. 2001. Т. 35. № 3. С. 310.Dobrydnev S.V., Bogach V.V., Beskov V.S. Influence of surfactants on the rate of decomposition of apatites by mineral acids // Theor. Found. Chem. Eng. 2003. V. 37. № 4. P. 412.Обзор рынка кварцевого стекольного сырья в России / Исследовательская группа Инфомайн. М., 2013.Исаев В.А. Структурные примеси в кварце. Часть I. Обзор и анализ традиционных способов очистки кварца от структурных примесей // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 9. С. 11.ГОСТ 22551–77. Песок кварцевый, молотые песчаник, кварцит и жильный кварц для стекольной промышленности. Технические условия / Госстандарт СССР. Введ. 1979–01–01. М.: Изд-во стандартов, 1997.Левин Б.В., Давыденко В.В., Сущев С.В., Ракчеева Л.В., Кузьмичева Т.Н. Актуальность и практические шаги по вовлечению низкосортного фосфатного сырья в переработку на сложные удобрения // Химическая промышленность сегодня. 2006. № 11. С. 11.Терещенко С.В., Марчевская В.В. и др. Исследования по приоритетным направлениям переработки минерального сырья // Горный информ.-аналит. бюлл. 2015. № 6. С. 105.Брыляков Ю.Е., Гершенкоп А.Ш., Лыгач В.Н. Современное состояние и основные направления развития технологии глубокой и комплексной переработки фосфорсодержащих руд / Горный журнал. 2007. № 2. С. 30.Об утверждении Стратегии развития минерально-сырьевой базы Российской Федерации до 2035 года: Распоряжение Правительства Российской Федерации от 22 декабря 2018 г. № 2914-р [Электронный ресурс] // Кодекс: электронный фонд правовой и нормативно-технической документации. http://docs.cntd.ru/document (дата обращения 14.06.2021).Непряхин А.Е., Беляев Е.В., Карпова М.И., Лужбина И.В. Фосфоритовая составляющая МСБ России в свете новых технологических возможностей // Георесурсы. 2015. № 4. С. 67.Чантурия В.А., Вайсберг Л.А., Козлов А.П. Приоритетные исследования в области переработки минерального сырья // Обогащение руд. 2014. № 2(350). С. 3.Государственный доклад “О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2018 году” / Минприроды РФ; М.: 2019.Киселев Е.А. Государственный доклад “О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2019 году”. М. 2020.Можейко Ф.Ф., Поткина Т.Н. и др. Комбинированные методы получения высококачественного фосфатного концентрата и кондиционной фосфоритной муки при обогащении желваковых фосфоритов // Труды БГТУ. Химия и технол. неорг. в-в. 2015. № 3. С. 41.Георгиевский А.Ф., Бугина В.М. Современное состояние и перспективы развития фосфатно-сырьевой базы России // Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 197.ГОСТ 20851.2–75. Удобрения минеральные. Методы определения фосфатов / Госстандарт СССР. М.: Изд-во стандартов, 1997. С. 39.Петропавловский И.А., Беспалов А.В. Кинетика кислотного растворения высокореактивных природных фосфатов // Теорет. основы хим. технологии. 1988. Т. 22. № 3. С. 397.Петропавловский И.А., Почиталкина И.А., Киселев В.Г., Свешникова Л.А. Оценка возможности обогащения и химической переработки некондиционного фосфатного сырья на основе исследования химического и минералогического состава // Хим. пром-сть сегодня. 2012. № 4. С. 5.Почиталкина И.А., Филенко И.А., Петропавловский И.А., Кондаков Д.Ф. Влияние температуры на кинетику азотнокислотного разложения высокореактивного фосфатного сырья // Химическая промышленность сегодня. 2016. № 9. С. 15.Почиталкина И.А., Кондаков Д.Ф., Винокурова О.В. Поведение примесей фосфорита Полпинского месторождения в процессе кислотной экстракции // Журн. неорг. химии. 2018. Т. 63. № 5. С. 1.Почиталкина И.А., Кондаков Д.Ф., Винокурова О.В. Влияние физико-механических факторов на текстурные характеристики высококремнистого фосфорита // Неорг. материалы. 2019. Т. 55. № 8. С. 841.Марчевская В.В., Корнеева У.В. Корреляционные связи между компонентами вещественного состава в апатит-нефелиновых рудах Хибинского массива (Кольский полуостров) // Вестник МГТУ. 2020. Т. 23. № 2. С. 173.Pochitalkina I.A., Vinokurova O.V. Structural-crystallographic and morphological properties of silicon composition of phosphate ore // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 525. P. 012008. doi:10.1088/1757-899X/525/1/012008.Химическая энциклопедия: Т. 2. М.: Сов. энцикл., 1990.Карнаухов А. П. Адсорбция. Текстура дисперсных и пористых материалов / Новосибирск : Наука. Сиб. предприятие РАН, 1999.Soussi-Baatout A., Brahim Kh., Khattech I., Kamoun L., Jemal M. Thermochemical and kinetic investigations of the phosphoric attack of Tunisian phosphate ore // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. № 131. Р. 3121.Hartley T.N., Macdonald A.J., McGrath S.P., Zhao F.-J. Historical arsenic contamination of soil due to long-term phosphate fertiliser applications // Environmental Pollution. 2013. № 180. Р. 259.Nasri K., Chtara C., Hassen C., Fiallo M., Sharrock P., Nzihou A., El Feki H. Recrystallization of industrial triple super phosphate powder // Industrial and Engineering Chemistry Research. 2014. V. 53. № 37. Р. 14446.