«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

 
221 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
2.  Казахстан      на      пороге      нового      рывка      вперед      в      своем      развитии 
//Казахстанская  правда  «Послание  Президента  Н.А.  Назарбаева  народу  Казах-
стана». - 2.03.2006. - № 45-46. - С. 1-3. 3     
3.  Кабдрахманова  С.  Развитие  научно-исследовательских  работ  по  переработке 
фосфоритов Каратау //Поиск. - 2003. - №  - С. 31-37. 
4.  А.с. СССР №833926, кл. С05В 13
 06, 1981, Бюл. №20  . 
5.  Патент РК №7993 кл. С 05 В11
06. Бюл.№9, 15.09.1999. 
6.  Г.Р.Тастанбекова.    Влияние      удобрений      на      основные      параметры 
фотосинтетической      деятельности      посевов      озимой      пшеницы      в      условиях 
орошения юга Казахстана.   //Вестник с.-х. науки Казахстана. -Алматы, 2002. №11.-
С. 24-27. 
7.  Д.А.Сыдыков,  С.О.Турбеков,  Г.Р.Тастанбекова.  Технология  получения  высоких 
урожаев  озимой  пшеницы  на  орошаемых  темных  сероземах 
;
юга  Казахстана. 
//Вестник с.-х. науки Казахстана. -Алматы, 2002, №12. -С.64-67. 
8.  Алтеев  Т.  Исследование  изменения  физико-химических  свойств  фосфоритов  при 
нагревании  в  условиях  подвижного  слоя //Сб.  науч.  трудов  «Проблемы 
естественно-технических наук на современном этапе». - Бишкек, 2002. -С. 269-275. 
9.  Ангелов А.И., Левин Б.В., Черненко Ю.Д. Фосфатное сырье. Москва, ЗАО «Недра-
Бизнесцентр», 2000.-120с. 
10. Ангелов  А.И.,  Карпова  М.И.  Минеральное  сырье.  Фосфатные  руды.  Москва, 
«Геоинформмарк», 1998.-43с. 
11. Химическая  технология  неорганических  веществ:  В 2 кн.  Кн. 2. X 46 Учебное 
пособие /Под. Ред. Т.Г. Ахметова. - М.: Высшая шк., 2000.-638 с. 
12. Бишимбаев  У.К.,  Молдабеков  Ш.,  Жантасов  К.Т.,  Бейорганикалық  заттардың 
химиялық технологиясыОқулық ІІІ том:Минералды тыңайтқыштардың  химиялық 
технологиясы. Алматы, «Кітапхана» 2007.-544б. 
13. Переработка отходов производства и потребление./Под ред. Б.Б. Бобовича, Москва, 
Интернет-инжиниринг, 2000.- 200 с. 
14. Бахов  Ж.  Принципы  управления  техногенным  воздействием  промышленных 
объектов на природную среду //Поиск. - 2003. - № 3. - С. 98-101. 
15. Тлеуов А.С., Шевко В.М., Тлеуова А.Х. Промышленные испытания использования 
нефтяного  шлама  АО  «ШНОС»  при  производстве  фосфоритных  агломератов 
//Наука и образование Южного Казахстана.- 2002. - № 28. -С. 122-124. 
 
 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ 
(i-C
3
H
7
O)
2
PS
2
Na и ZnSO
4
  
 
Ш.К.Амерханова, Р.М.Шляпов, Ф.Ж.Беккулина  
 
Карагандинский государственный университет им Е.А Букетова 
 
Центральный  Казахстан  является  одним  из  самых  богатых  рудным  сырьем 
регионов  страны [1]. Преимуществом  металлургии  Казахстана  является  наличие 
собственной  минерально-сырьевой  базы.  Как  известно,  казахстанские  руды, 
содержащие  цветные  металлы,  являются  комплексными,  имеют  сложный  структурно-
минералогический  состав.  Они  включают  широкий  спектр  редких  и  рассеянных 
элементов. В то же время структура, физические, химические и другие характеристики 
казахстанских руд при добыче, обогащении и металлургической переработке требуют 
индивидуальной  технологии  для  каждого  месторождения [2]. Следовательно, 
необходимо увеличивать объем исследований, направленных на замену традиционных 

 
222 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
технологий  на  более  высокоэффективные,  экологически  чистые  и  безотходные, 
позволяющие получить не только низколиквидные металлы, но и металлы и материалы 
с высокой добавленной стоимостью.  
В  связи  с  этим  весьма  актуальным  являются  поиск  и  разработка  новых 
высокоэффективных  флотореагентов,  использование  которых  позволит  существенно 
повысить  степень  извлечения  металлов  и  получать  селективные  кондиционные 
концентраты.  
Исследования 
процессов 
комплексообразования 
были 
проведены 
рН- 
метрическим  методом  согласно [3]. Результаты  расчетов  констант  устойчивости 
комплексов показаны в таблице 1. Известно, что когда величина ионной силы мала, то 
образуются  внешнесферные  комплексы,  а  с  увеличением  концентрации  фонового 
электролита –внутрисферные [4].  
 
Таблица 1 Влияние температуры и ионной силы (i-C
3
H
7
O)
2
PS
2
Na и ZnSO
4
 на константы 
устойчивости комплексов  
 
I 298 
К 303 
К 308 
К 313 
К 318 
К 
0  3,74 3,67 3,59 3,52 3,46 
0,075 3,87 3,79 3,71 3,64 3,57 
0,1 3,91 3,83 3,76 3,68 3,61 
0,25 4,17 4,08 4,00 3,92 3,84 
0,5 4,60 4,50 4,41 4,32 4,23 
0,75 5,03 4,92 4,82 4,71 4,62 
 
В  нашем  случае  с  увеличением  содержания  фонового  электролита  показатели 
констант  устойчивости  возрастают,  причем  степень  влияния  ионной  силы  достигает 
максимума  при    температуре 298 К.  Это  связано  с  структурирующим  воздействием 
нитрат  –ионов,  которые  стабилизируют  комплексы  цинка  за  счет  электростатических 
сил. В интервале температур 298 – 318 К происходит снижение констант устойчивости, 
вследствие дестабилизации связей металл - лиганд.  
Как  известно [4] константа  устойчивости  комплексов  –это  лишь  критерий 
направления  процесса,  а  воздействия  энергетических  и  структурных  особенностей 
комплексов  в  растворе  не  учитывается.  В  связи  с  этим  были  проведены  расчеты 
изменения термодинамических параметров (таблица 2). 
 
Таблица 2 Термодинамические характеристики процессов комплексообразования в 
системе Zn
2+
 - диизопропилдитиофосфат натрия 
 
I 
298
o
r
H

, 
кДж/моль 
303
o
r
H

, 
кДж/моль 
308
o
r
H

, 
кДж/моль 
313
o
r
H

, 
кДж/моль 
318
o
r
H

, 
кДж/моль 
0 13,03 13,22  13,40  13,59  13,78 
0,075 13,61  13,80 
14,00 
14,20 
14,39 
0,1 13,80  14,00  14,20  14,40  14,60 
0,25 14,96  15,18  15,39 
15,61  15,83 
0,5 16,90  17,14  17,38  17,63  17,87 
0,75 18,83  19,10  19,37 
19,65  19,92 
I 
o
r
G
298


, 
кДж/моль 
303
o
r
G

, 
кДж/моль 
308
o
r
G

, 
кДж/моль 
313
o
r
G

, 
кДж/моль 
318
o
r
G

, 
кДж/моль 
0 21,35 21,27  21,20  21,12  21,04 
0,075 22,08  22,00 
21,92 
21,83 
21,75 

 
223 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
0,1 22,33  22,24  22,16  22,07  21,99 
0,25 23,80  23,70  23,60 
23,50  23,40 
0,5 26,24  26,12  25,99  25,88  25,75 
0,75 28,69  28,55  28,40 
28,25  28,11 
I 
o
r
S
298


, 
Дж/моль·К 
303
o
r
S

, 
Дж/моль·К 
308
o
r
S

, 
Дж/моль·К 
313
o
r
S

, 
Дж/моль·К 
318
o
r
S

, 
Дж/моль·К 
0 -27,92 -26,59  -25,30  -24,05  -22,84 
0,075 -28,44  -27,05  -25,70 
-24,39  -23,13 
0,1 -28,61  -27,20  -25,83  -24,51  -23,23 
0,25 -29,64  -28,11  -26,63  -25,20  -23,81 
0,5 -31,37  -29,64  -27,97  -26,35  -24,78 
0,75 -33,09  -31,16  -29,30  -27,49  -25,75 
 
Данные,  представленные  в  таблице 2, свидетельствуют  о  преобладании 
энтальпийного слагаемого в общую энергию стабилизации системы во всем интервале 
ионной  силы.  Показано,  что  увеличение  ионной  силы  приводит  к  увеличению 
выделения  тепла,  что  способствует  возрастанию  устойчивости  образующихся 
комплексных  соединений.  С  другой  стороны  при  высоких  ионных  силах  высокая 
стабильность комплексов обусловлена присутствием нитрат ионов [5]. С увеличением 
ионной  силы  имеет  место  прирост  энтропии,  вследствие  образования  внешнесферных 
комплексов  стабилизированных  ионами  фонового  электролита.  Тогда  как  снижение 
энтропии  с  температурой  связано  с  формированием  внутрисферных  комплексов,  что 
служит подтверждением данных по константам равновесия.  
Таким 
образом, 
были 
определены 
константы 
равновесия 
реакций 
комплексообразования  ионов  цинка  с  диизопропилдитиофосфатом  натрия  в 
присутствии  фонового  электролита  в  широком  интервале  температур.  Показано,  что 
структурирующее  воздействие  фонового  электролита  на  комплексы  цинка  связано  с 
действием электростатических сил, а деструктивное влияние температуры обусловлено 
возрастанием активности ионов как входящих в состав комплексных соединений, так и 
фонового  электролита.  Впервые  рассчитаны  термодинамические  характеристики 
процессов взаимодействия ионов цинка с фосфорсодержащим собирателем. Показано, 
что 
повышение 
температуры 
приводит 
к 
незначительному 
изменению 
термодинамических  характеристик,  в  частности  энтальпии  и  энергии  Гиббса.  Это 
свидетельствует об образовании комплекса с устойчивой структурой.  
 
Литература 
 
1.  Комплексная переработка минерального сырья Казахстана. II том. Монография 10 
томах под редакцией А. А. Жарменова. Астана-2003. 
2.  Горгер  Ю.  А.,  Классен  В.  И.,  Рыскина  Н.  И.  новые  методы  повышения 
эффективности  обогащения  полезных  ископаемых - М.:  Гостортехиздат, 1968.-
188с. 
3.  Амерханова  Ш.К.  Халькогениды  металлов  в  потенциометрии.  Теория,  методика, 
практика.-«Профобразование», 2002.-141с. 
4.  Васильев В. П. Термодинамические свойства растворов электролитов. – М.: Высш. 
школа, 1982.- 320 с. 
5.  Бакеев  М.  И.  Гидратация  и  физико-химические  свойства  растворов  электролитов. 
Алма-Ата: Наука. 1978. 244 с 
 
 
 

 
224 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ БУРОЖЕЛЕЗНЯКОВЫХ РУД 
КАЗАХСТАНА 
 
М.К.Балапанов, А.Г.Касымова 
 
Карагандинский государственный университет им. Е.А.Букетова 
 
Комплексные  бурые  железняки  Казахстана    -  руды  Лисаковского  и  Аятского 
месторождений  бедны  железом,  а  также  характеризуются  высоким  содержанием  
сопутствующих компонентов, соответственно, в %:  4,3 и 10,0 Al
2
O
3
, 0,13 и 0,09 V
2
O
5
, 
1,31  и 0,88 P
2
O
5
.  Традиционная  технология  производства  черных  металлов    не  в 
состоянии  эффективно  перерабатывать  в  рыночных  условиях  железорудное  сырье 
такого качества.   
Проведенные ранее исследования полностью не решили проблему комплексного 
использования  лисаковского,  а  также  аятского,  сырья,  поэтому  научные  изыскания  в 
этой  области  еще  продолжаются.  Одним  из  путей  переработки  подобного 
железорудного сырья может быть отделение пустой его породы от рудных минералов 
посредством термической обработки и магнитных способов обогащения. 
  В  данной  работе  представлены  результаты    лабораторных  исследований  по 
термической 
обработке 
лисаковских 
гравитационно-магнитного 
(ЛГМК) 
и  
гематитового  концентратов  (ГК).  Концентраты  аналогичны  по  фазовому  составу, 
однако  отличаются  друг  от  друга  содержанием  железа,  кремния,  фосфора,  гидратной 
влаги.  ЛГМК, а также ГК, содержащие 49,1- 60,3% Fe
общ
, 6,4-10,5% SiO
2
, 4,75-5,27%  
Al
2
O
3
, 1,66-2,06%  P
2
O
5
  смешивали  с  известняком  и  углем  Шубаркольского 
месторождения.  Дозировку  известняка  производили  из  расчета  связывания  оксидов 
алюминия, кремния в алюминаты и силикаты кальция, а фосфора в трикальцийфосфат. 
Бурый  уголь  добавляли  в  соответствии  с  потребностью    восстановить  оксид  железа  в 
магнетит, вюстит, металлическое железо. 
Выявлено,  что  для  получения  качественного  концентрата  или  металлического 
продукта оптимальной является двухрежимная термообработка в интервале температур 
900-1300
о
С,  где  оксид  железа  восстанавливается  ступенчато  в  магнетит,  вюстит  и 
металлическое  железо.  Определена  также  продолжительность  выдержки  для  каждой 
ступени термообработки. Перед глубокой металлизацией проводили магнетизирующий 
обжиг  неокомкованной  шихты  с  использованием    лабораторной    агломерационной 
установки. В процессе нагрева и обжига происходило изменение гранулометрического 
состава шихты.  
Рентгенофазовое  исследование  продуктов  магнетизирующего  обжига  показало, 
что  в  условиях  неравновесных  процессов  образуются  магнетит,  частично 
двухкальциевый  силикат,  геленит  и  трикальцийфосфат,  также  в  пробах  встречаются 
частично непрореагировавшие оксиды кальция и кремния. Присутствие оксида кальция 
в  продуктах  обжига  препятствует  образованию  фаялита,  герценита  и  способствует 
преимущественному  связыванию  диоксида  кремния  в  трикальцийдисиликат  и 
двухкальциевый силикат, а оксида алюминия в геленит.   
Неполное  восстановление  оксида  железа  обеспечивается  ограничением 
температурного  уровня  процесса  и  контролем  состава  газообразных  продуктов 
реакции.  Обжигом  предполагали  перевести  невосприимчивые  к  магнитному  полю 
соединения железа в магнетит, удалить влагу и органические вещества. Исследования 
показали, что при магнетизирующем обжиге шихты появляется возможность удаления 
значительного  количества  фосфора,  и  поэтому  дальнейшую  стадию  термообработки 
(металлизацию) следует проводить с предварительным обжигом.  
Металлизация осуществляется для перевода магнетита в вюстит и металлическое 
железо  с  повышением  содержания  последнего  в  получаемых  металлизованных 

 
225 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
концентратах  и  металлических  продуктах,  а  также  для  полной  агрегации  фосфида 
кальция,  геленита,  алюмината  кальция,  двухкальциевого  силиката  в  пустую  породу, 
которая  удаляется  в  виде  хвостов  при  магнитном  обогащении.  Восстановительный 
обжиг  (металлизацию)  проводили  при  оптимальных  условиях  термообработки. 
Рентгенофазовый  анализ  показал,  что  металлизованные  продукты  по  минеральному 
составу  представлены  магнетитом,  вюститом,  частично  металлическим  железом, 
геленитом,  ларнитом  и  фосфидом  кальция.  Измельченный  металлизованный  продукт 
подвергали сухой или мокрой магнитной сепарации. 
Сухая магнитная сепарация (СМС) обожженных продуктов  показала следующее: 
при  крупности  металлизованной  шихты 0-0,63 мм  выход  магнитной  фракции 
(концентрата)  составляет 50,88 %, содержание  железа - 64,57 % при  его  извлечении 
73,79 %, намагниченность  обожженного  продукта  после  термической  обработки 
находится  на  уровне 232 условных  единиц  (у.е.).  Содержание  фосфора  в 
металлизованном  концентрате  после  магнитного  обогащения  составляет 0,30 % 
(степень его удаления 65%). При крупности металлизованной шихты 0-0,315 мм выход 
концентрата равен 46,0 %, содержание железа составляет 70,87 %, а  извлечение железа 
в  концентрат - 73,23 %, намагниченность  магнитной  фракции  возрастает  до 289 у.е. 
Фосфор  содержится  в  пределах 0,277 %. Результаты  показывают,  что  чем  мельче 
гранулометрический  состав  сырья,  тем  выше  содержание  железа  в  получаемом 
продукте, а степень удаления фосфора остается на одинаковом уровне. 
Мокрая  магнитная  сепарация  (ММС)  металлизованного  ЛГМК  при  различных 
условиях  термообработки  показала,  что  при  крупности 0-0,10 мм  выход  магнитной 
фракции составляет 44,85-56,64 %, содержание железа
 
повышается от 70,87 до 83,02 % 
при его извлечении 73,23-84,81 %. 
Металлизованный  продукт,  полученный  из  ГК  также  подвергали  мокрому  и 
сухому  магнитному  обогащению  (таблица 1). Из  данных  таблицы  видно,  что 
однократная  ММС  при  снижении  крупности  фракции  до 0-0,10 мм  повышает 
содержание  железа  от 65,46 до 81,51 % с  показателем  извлечения 97,50 %, снижает 
содержание  фосфора  от 0,244 до 0,170 %. Установлено,  что  при  сухой  и  мокрой 
магнитной  сепарации  извлечение  железа  и  фосфора  составляет  соответственно 88,90-
97,50 % и 39,26-24,14 % при выходе концентратов 79,92 и 70,67 %. Намагниченность 
обожженных  проб  из  ГК  повысилась  до 480 у.е.,  что  способствовало  увеличению 
извлечения железа в металлизованный продукт. 
Содержание глинозема в термообработанных продуктах из ЛГМК и ГК снижается 
до 1,50-1,70%.  
Анализ  рентгенограмм  показывает,  что  основными  фазами  металлизованного 
концентрата  являются  вюстит,  алюмосиликаты  кальция – в  частности,  геленитная 
форма, двухкальциевый силикат и частично  металлическое железо.          
 Основные    преимущества  процесса  термической  обработки  достигаются 
условиями  обеспечения  селективных  образований  минералов  кальцийсодержащих 
соединений оксидов алюминия, кремния и фосфора, непосредственным и равномерным 
восстановлением рудных минералов. Количество флюса определяется расчетным путем 
и  зависит  от  стехиометрического  отношения  по  массе  оксида  кальция  к  оксидам 
алюминия, кремния и фосфора.    
Инновационное  развитие  переработки  комплексных  железных  руд  Казахстана 
заключается, на наш взгляд, в переходе на использование сырья с извлечением помимо 
железа  других    ценных  элементов,  включая  фосфор,  глинозем  и  ванадий  через 
получение  металлического  продукта,  т.е.  применение  нетрадиционных  схем 
металлургического передела. 
Для  получения  металлических  продуктов  с  высоким  содержанием  железа  и 
низким - фосфора были использованы ЛГМК и ГК с дозировкой конвертерного шлака 

 
226 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
сталеплавильного производства (КШ) и без него. В шихту вводили известняк и уголь. 
Состав полученных металлических продуктов (губчатого железа) приведен в таблице 2. 
Результаты химического анализа показали, что при глубокой металлизации шихт 
из  ЛГМК  и  ГК  с  повышением  температуры  восстановительного  обжига  возрастает 
содержание железа (91,53-96,62 %) и снижается содержание фосфора (0,016-0,08 %). 
Кристаллооптические  данные  металлического  продукта,  полученного  с 
повышенным содержанием фосфора (проба 1) по традиционной технологии и низким – 
фосфора (проба 2) по разрабатываемой, показывают следующее: проба 1 представлена 
серым  чугуном  с  равномерно  расположенным  пластинчатым  графитом.  Площадь, 
занимаемая фосфидной эвтектикой на поверхности шлифа, составляет приблизительно 
10 %. Микроструктура  чугуна – феррито - перлитная.  При  травлении  пробы 2 
выявилось небольшое количество мелких участков фосфидной эвтектики, менее 1 % по 
площади  шлифа.  Микроструктура  образца – однородная,  представлена  пластинчатым 
перлитом. 
Выявлена  зависимость  минералообразования  от  молярного  отношения  оксида 
кальция к оксидам пустой породы и от условий термообработки. Установлено влияние 
температуры,  состава  шихты,  твердого  восстановителя  и  газовой  среды  на  степень 
удаления  фосфора,  глинозема    и  кремнезема  в  хвосты  и  на  селективное  образование 
магнетита, вюстита и металлического железа в получаемых продуктах. 
 
Таблица 1.  Сухая и мокрая магнитная сепарация металлизованного гематитового 
концентрата при  различных условиях термообработки и обогащения 
Крупность, 
мм 
Фракции 
Выход, 
% 
Fe, % 
P, % 
содер- 
жание 
извле- 
чение 
содер- 
жание 
извле- 
чение 
0-0,63 
СМС 
Концентрат  54,50 83,61 75,26 0,265 16,92 
Промпродукт 13,00 42,40 9,10 1,542 23,41 
Хвосты 
32,50 29,14 15,64 1,572 59,67 
Итого 
100,00 60,55 100,00 0,856 100,00 
0-0,315 
СМС 
Концентрат  53,33 83,88 73,88 0,259 16,16 
Промпродукт 12,67 47,48 9,94 1,236 18,29 
Хвосты 
34,00 28,81 16,18 1,651 65,55 
Итого 
100,00 60,55 100,00 0,856 100,00 
0-0,63 
ММС 
Концентрат  59,50 78,86 77,50 0,412 28,64 
Хвосты 
40,50 33,64 22,50 1,508 71,36 
Итого 
100,00 60,55 100,00 0,856 100,00 
0-0,315 
ММС 
Концентрат  55,00 85,47 77,63 0,273 17,57 
Хвосты 
45,00 30,10 22,37 1,568 82,43 
Итого 
100,00 60,55 100,00 0,856 100,00 
0-0,16 
ММС 
Концентрат  51,25 88,96 75,30 0,137  8,23 
Хвосты 
48,75 30,68 24,70 1,612 91,77 
Итого 100,00 
60,55
100,00 0,856 100,00 
 
0-0,20 
СМС 
Концентрат  79,92 65,46 88,90 0,244 39,26 
Хвосты 
20,08 32,79 11,10 1,499 60,74 
Итого 
100,00 58,90 100,00 0,497 100,00 
 
0-0,20 
ММС 
Концентрат  79,80 71,21 96,18 0,226 36,40 
Хвосты 20,20 
11,17 
3,82 
1,56 
63,60 
Итого 100,00 
59,08 
100,00 
0,25 
100,00 
 
0-0,10 
ММС 
Концентрат  70,67 81,51 97,50 0,170 24,14 
Хвосты 
29,33 54,03 2,50 1,285 75,86 
Итого 
100,00 59,08 100,00 0,497 100,00 

 
227 

жүктеу/скачать 5,59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: