Реферат: Применение диатомита

--PAGE_BREAK--
Реактивы:

аммиак, разбавленный (2:3) раствор;

кислота соляная, разбавленный (3:2) раствор;

рабочий стандартный раствор железа с CFe3+ 0,005 мг/см3;

сульфосалициловая кислота, 10 %-ный раствор;

Ход определения

В колбу емкостью 50 мл наливают 20 мл анализируемого раствора, затем прибавляют пипеткой 2 мл раствора сульфосалициловой кислоты и, в зависимости от рН фильтрата, раствор соляной кислоты или аммиака; затем содержимое колбы тщательно перемешивают. Спустя 10 мин оптическую плотность окрашенного раствора измеряют с помощью КФК-2 на длине волны l=536—540 нм.

Приготовление и окрашивание, а затем и фотометрирование  рабочей шкалы растворов сравнения производится по аналогичной схеме: 20см3 стандартного раствора + раствор сульфосалициловой кислоты и другие реактивы. Полученные значения D наносят на график против соответствующих концентраций железа в мг/л, и на основе этих данных строится калибровочная кривая, по которой определяют содержание трёхвалентного железа в фильтратах. Если значение оптической плотности исследуемого раствора выходит за пределы, обозначенные на графике, пробу следует разбавить и провести повторное фотометрирование.

Погрешность измерения оптической плотности на КФК-2 составляет 0,5% (±0,005).

<img width=«405» height=«299» src=«ref-1_794311279-19344.coolpic» v:shapes="_x0000_s1028 _x0000_s1029">

Таблица 2.4

Зависимость оптической плотности растворов сравнения от концентрации ионов Fe3+

№ раствора

1

2

3

4

5

С Fe3+, мг/л



0,5

1,0

1,5

2,0

D



0,014

0,030

0,035

0,050

Определение значения рН исследуемых растворов

Во всех вышеперечисленных опытах вместе с определением концентраций ионов Al3+ и Fe3+ в исследуемых растворах изучалось влияние порошка диатомита на реакцию раствора. Проводилось измерение значений рН растворов извлечения и фильтратов потенциометрическим методом, и затем вычислялось ΔрН по формуле:

ΔрН=рНисх-рНф, где рНисх – значение рН раствора извлечения,

                                   рНф – значение рН фильтрата.

Замеры рН проводились с использованием лабораторного рН-метра ЛПУ-01 с хлорсеребряным и стеклянным электродами соответственно в качестве электрода сравнения и измерительного электрода.

Нужное значение рН раствора извлечения в диапазоне от 1 до 13 устанавливалось путём прибавления к 1 М раствору хлористого калия разбавленных растворов соляной кислоты или аммиака.

Настройка рН-метра проводилась по буферным растворам с рН 1.68 (0,05 М раствор тетраоксалата калия), 6,86 (0,025 М раствор калия фосфорнокислого однозамещённого и 0,025 М раствор натрия фосфорнокислого двузамещённого) и 9,18 (0,01 М раствор натрия тетраборнокислого).

Погрешность измерения рН:

в диапазоне рН 2-14 – ±0,04

в диапазоне рН -2-14 – ±0,40



 

2.4 Результаты исследований и обсуждение

 Валовый химический состав исследуемого диатомита

По данным рентгеноспектрального анализа диатомит Инзенского месторождения, послуживший материалом для наших исследований, имеет химический состав, приведённый в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Химический состав диатомита Инзенского месторождения Ульяновской области

Содержание, в % на сухую породу.

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

P2O5

SO2

K2O

CaO

TiO2

Fe2O3

0,01

0,07

5,35

90,20

0,09

0,03

0,12

0,70

0,12

3,22



По сравнению с цифрами, приведёнными в литературе, эта партия характеризуется повышенным содержанием кремнезёма (90,2% против 88,15% по данным У. Г. Дистанова; см. таблицу 1.1). Содержание полуторных окислов – в пределах среднего.

Опираясь на данные о содержании глинистого материала в породе, приводимые У. Г. Дистановым и другими авторами [25, 27], можно считать эти цифры косвенным подтверждением высокого содержания опалового кремнезёма в породе.

На основе полученных данных было рассчитано, что в 100 г диатомита в среднем содержится 2,83 г Al и 1,127 г Fe.

 Выход алюминия из диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения

А) В ходе серии экспериментов было установлено, что нативный диатомит становится источником алюминия только при рН раствора извлечения менее 5,72 (±0,04) (интервал значений рНисх  1 – 10), а с уменьшением значения рН выход алюминия в раствор возрастает.

В) Для диатомита, прокалённого при 850°С, появление Al3+ в растворе отмечалось при рН<4,8.

Данные, отражающие зависимость CAl3+ в фильтрате от рН раствора извлечения, приведены в таблицах 2.6 и 2.7 и отражены на графиках, представленных на рисунках 2.1 и 2.2.

Таблица 2.6

Зависимость выхода алюминия от значения рН раствора извлечения для нативного диатомита

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

<img width=«435» height=«349» src=«ref-1_794330623-2055.coolpic» v:shapes="_x0000_s1030"> <img width=«389» height=«65» src=«ref-1_794332678-818.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.1 Зависимость выхода алюминия от значения рН раствора извлечения для нативного диатомита.» v:shapes="_x0000_s1031">
Таблица 2.7

Зависимость выхода алюминия от рН раствора извлечения для диатомита, прокалённого при 850°С

рН исх

1,08

2,15

3,12

4,80

5,72

6,48

8,30

9,60

<img width=«447» height=«349» src=«ref-1_794333496-2090.coolpic» v:shapes="_x0000_s1032">
CAl3+, мг/см3

0,0186

0,0109

0,0038

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

0,0000

<img width=«389» height=«91» src=«ref-1_794335586-944.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.2 Зависимость выхода алюминия от значения рН раствора извлечения для диатомита, прокалённого при 850°С.» v:shapes="_x0000_s1033">
В породе Al2O3 находится в связанном состоянии в составе кристаллической решётки глинистых минералов – гидрослюды и монтмориллонита.

Многочисленные исследования механизма взаимодействия слоистых алюмосиликатов с протонами показывают, что многие из них практически невозможно получить в моноионной Н+-форме, так как они самопроизвольно и немедленно становятся насыщенными Al [36, 98], то есть в них он занимает обменные позиции и способен переходить в раствор.

Д. С. Орлов, Т. А. Соколова и др. объясняют этот факт разрушением кристаллической решётки минералов в ходе реакций протонирования (см. рис. 1.8.). При действии на кристаллиты кислых водных растворов (в природе или лаборатории) катионы оснований Mex+ вытесняются и замещаются на ионы H+. В первую очередь протоны реагируют с гидроксильными группами октаэдрического слоя, находящимися на её боковых сколах. Но, имея достаточно малый радиус, они сравнительно легко мигрируют внутрь кристаллической решётки, а также могут взаимодействовать с ОН-группами, расположенными «на дне» гексагональных пустот тетраэдрической сетки, если глинистый минерал характеризуется подвижной решёткой. В гидрослюде калий с трудом вытесняется из своих обменных позиций, связь между пакетами достаточно прочная, поэтому при слабо- и среднекислом рН раствора взаимодействие с протонами ограничено поверхностными слоями кристаллической решётки.

В результате таких реакций ион Al3+, занимавший центральную позицию в алюмогидроксильном октаэдре, превращается в ион Al(OH)2+ или Al(OH)2+. Структура октаэдра нарушается, и ионы алюминия приобретают способность к обмену. Благодаря избытку ионов H+ и Cl‾ в растворах извлечения весь алюминий переходит в форму простого иона Al3+, и катионы K+ вытесняют его в раствор.

Лабораторные эксперименты и полевые исследования показали, что насыщение почвенного поглотительного комплекса обменным алюминием и развитие процесса подзолообразования связаны с разрушением алюмосиликатов даже при слабокислой реакции почвенного раствора [28, 140]. В результате истощения буферной ёмкости почв и снижения рН до величины менее 4,2 количество подвижного алюминия резко возрастает [4, 23], в том числе и за счёт вышеописанных процессов. Поскольку наши исследования показали значительный рост CAl3+ в фильтратах при 1<рНисх<4,01  (cм. Таблицу 2.6), то эти данные подтверждают предположение о том, что в сильнокислой почве алюмосиликатная составляющая диатомита может стать дополнительным источником обменного алюминия в почвенном растворе. При рН>5,72 не отмечалось его выщелачивания из породы, что также согласуется с литературными данными о поведении алюминия в почве.

При прокаливании диатомита происходит частичное разрушение алюмосиликатов и переход Al2O3 в неактивное состояние: он включается в состав силикатной плёнки на поверхности частиц, устойчивой к воздействию протонов [20, 45]. Поэтому выход алюминия из термоактивированного диатомита отмечался при меньшем, чем для нативного диатомита рН.

Выход железа из диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения

А) Выход железа из нативного диатомита также отмечался только при кислой реакции раствора извлечения (1<рНисх<5,72):

рНисх 3,32 – 5,72 – было зафиксировано появление ионов Fe3+ в фильтрате (при рН 4,50 их концентрация максимальна на данном интервале рН);

рНисх 3,32 – выхода железа из диатомита не отмечалось (CFe3+в фильтрате равна 0);

при рНисх <3,32 вновь начался выход железа из диатомита, с уменьшением значения рН он постоянно возрастал.

В) Порошок диатомита, прокалённого при 850°C, становится источником железа при меньших значениях рН раствора извлечения (<3,12). В более щелочной среде присутствие в фильтратах ионов Fe3+ не отмечалось.

Данные, отражающие зависимость CFe3+ в фильтрате от рН раствора извлечения, приведены в таблицах 2. 8 и 2.9 и отражены на графиках, представленных на рисунках 2.3 и 2.4.

 

Таблица 2.8

Зависимость выхода железа от значения рН раствора извлечения для нативного диатомита

рН исх

1,02

1,37

1,94

2,70

3,32

4,01

4,50

6,07

8,30

9,60

CFel3+, мг/л

11,07

3,56

0,79

0,40

0,00

0,59

0,79

0,00

0,00

0,00

<img width=«463» height=«349» src=«ref-1_794336530-2147.coolpic» v:shapes="_x0000_s1034"> <img width=«389» height=«64» src=«ref-1_794338677-808.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.3 Зависимость выхода железа от значения рН раствора извлечения для нативного диатомита:» v:shapes="_x0000_s1035">
 

Таблица 2.9

Зависимость выхода железа от значения рН раствора извлечения для диатомита, прокалённого при 850°С

рН исх

1,08

2,15

3,12

4,80

5,72

6,48

8,30

9,60

<img width=«432» height=«349» src=«ref-1_794339485-1813.coolpic» v:shapes="_x0000_s1036">
CFel3+, мг/л

4,74

1,18

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

<img width=«389» height=«81» src=«ref-1_794341298-922.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.4 Зависимость выхода железа от значения рН раствора извлечения для диатомита, прокалённого при 850°С.» v:shapes="_x0000_s1037">


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

<img width=«462» height=«84» src=«ref-1_794342220-1086.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.5 Относительный выход (в массовых процентах) алюминия из нативного диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения.» v:shapes="_x0000_s1038">


<img width=«568» height=«350» src=«ref-1_794343306-3129.coolpic» v:shapes="_x0000_s1039">
 

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

<img width=«493» height=«350» src=«ref-1_794346435-2917.coolpic» v:shapes="_x0000_s1040">
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

<img width=«475» height=«82» src=«ref-1_794349352-1227.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.6 Относительный выход (в массовых процентах) алюминия из диатомита, прокалённого при 850°С, в зависимости от значения рН раствора извлечения.» v:shapes="_x0000_s1041">

 

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

<img width=«570» height=«373» src=«ref-1_794350579-3121.coolpic» v:shapes="_x0000_s1042">
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

<img width=«494» height=«81» src=«ref-1_794353700-1078.coolpic» alt=«Подпись: Рис.2.7 Относительный выход (в массовых процентах) железа из нативного диатомита в зависимости от значения рН раствора извлечения.» v:shapes="_x0000_s1043">
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

<img width=«652» height=«346» src=«ref-1_794354778-3249.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

<img width=«455» height=«81» src=«ref-1_794358027-1197.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.8 Относительный выход (в массовых процентах) железа из диатомита, прокалённого при 850°С, в зависимости от значения рН раствора извлечения.» v:shapes="_x0000_s1044">

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

<img width=«447» height=«349» src=«ref-1_794359224-1822.coolpic» v:shapes="_x0000_s1045">
ΔрН

-0,45

-1,48

-4,34

-1,66

-1,19

0,82

1,12

<img width=«388» height=«87» src=«ref-1_794361046-1089.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.9. Влияние порошка нативного диатомита на величину рН раствора извлечения (1 М раствора KCl c установленным значением рН).» v:shapes="_x0000_s1046">


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

<img width=«497» height=«351» src=«ref-1_794362135-1981.coolpic» v:shapes="_x0000_s1047">


<img width=«389» height=«87» src=«ref-1_794364116-1082.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.10. Влияние порошка нативного диатомита на величину рН раствора извлечения (раствора AlCl3 c установленным значением рН).» v:shapes="_x0000_s1048">
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

<img width=«429» height=«350» src=«ref-1_794365198-1636.coolpic» v:shapes="_x0000_s1049">
ΔрН

-1,71

-0,98

-1,95

-1,07

0,30

0,57

0,85



<img width=«388» height=«100» src=«ref-1_794366834-1214.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.11. Влияние порошка диатомита, прокалённого при 850°С, на величину рН раствора извлечения (1 М раствора KCl c установленным значением рН).» v:shapes="_x0000_s1050">
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).

Кроме того, Кольтгофом и Стенжером было показано, что сильнокислой среде гидроксилированная поверхность кремнезёма активно адсорбирует ионы Fe3+ и Al3+ с образованием кислотных групп на его поверхности [2, 237]. Реакция сопровождается вытеснением протонов и снижением концентраций исследуемых ионов в растворах. Можно предположить, что именно этим объясняется уменьшение величины ΔрН при рНисх<2,7.

Гидроксилированная поверхность кремнезёма имеет точку нулевого заряда при рН~2 [3, 913]. При более высоких значениях рН она проявляет слабые кислотные свойства, а при рН >~6 степень ионизации возрастает, и водород Si―OH группы легче диссоциирует. Переходя в раствор, протоны уменьшают степень его кислотности. Кроме того, при рН>7 – 8 растворимость кремнезёма начинает заметно расти [3, 66]. Как показано Р. Айлером, реакции гидратации и деполимеризации происходят с участием гидроксил-ионов (см. рис. 1.3), но при рН<8 образовавшийся силикат-ион гидролизуется с образованием молекул растворимого кремнезёма Si(OH)4 и ионов ОН‾ [2, 91], поэтому при рН<9,6 буферное действие породы, проявлялось слабее, чем в кислой среде. При рН>10,7 кремнезём весь растворяется с образованием силикат-ионов, что приводит к понижению концентрации гидроксил-ионов в растворе извлечения.

При термической активации происходит частичная дегидратация силанольной поверхности аморфного кремнезёма и для её регидратации требуется многодневное выдерживание образцов в нейтральном водном растворе [3, 915]. Это значительно ослабляет буферное действие опаловой составляющей диатомита, прокалённого при 850°С. Частичное разрушение алюмосиликатов снижает адсорбцию протонов с их участием и изменяет значение показателей выхода железа и алюминия. В целом диатомит, прокалённый при 850°С, обладает менее выраженным буферным действием по сравнению с нативным.

Влияние порошка нативного диатомита на концентрацию Al3+ в растворе AlCl3 в зависимости от значения рН раствора извлечения

В присутствии порошка нативного диатомита происходило заметное снижение концентрации алюминия в растворе AlCl3 c исходной CAl3+ 0,0086 мг/см3 и установленными значениями рН:

рНисх 1,4-4,9 – отмечалось значительное уменьшение содержания алюминия в фильтрате по сравнению с раствором извлечения вплоть до CAl3+ =0 при рН 4,9;

рНисх 4,9-12,4 – было зафиксировано присутствие ионов Al3+ в исследуемых растворах, с максимальной концентрацией 0,0038 мг/см3 при рН 8,29;

рНисх 12,38 – CAl3+ в фильтрате равна нулю.

Повышение концентрации исследуемого иона в фильтрате по срав- нению с раствором извлечения отмечалось только при рН<~2-2,5.

Данные, отражающие влияние нативного диатомита на значение CAl3+ в фильтрате в зависимости от рН раствора извлечения, приведены в таблице 2.17 и отражены на графике, приведённом на рисунке 2.12.

 

Таблица 2.17

Влияние нативного диатомита на значение CAl3+ в фильтрате в зависимости от значения рН раствора извлечения:

рН исх

1,40

2,15

2,65

4,90

8,29

9,65

12,38

CAl3+, мг/см3

0,0164

0,0062

0,0010

0,0000

0,0038

0,0017

0,0000

<img width=«471» height=«67» src=«ref-1_794368048-979.coolpic» alt=«Подпись: Рис. 2.12. Влияние нативного диатомита на значение CAl3+ в фильтрате в зависимости от значения рН раствора извлечения.» v:shapes="_x0000_s1051"> <img width=«505» height=«350» src=«ref-1_794369027-2282.coolpic» v:shapes="_x0000_s1052">

Резкое уменьшение концентрации исследуемого иона в фильтратах при рНисх<4,9 связано с тем, что его адсорбция на обменных позициях глинистых минералов и поверхности аморфного кремнезёма происходит быстрее, чем трансформация поверхностных слоёв кристаллической решётки алюмосиликатов, так как требует меньших затрат энергии. Адсорбировавшись на поверхности кристаллитов, ионы Al3+ затрудняют проникновение протонов внутрь, защищая решётку от разрушения. В кислой среде происходит наложение процессов поглощения Al3+ диатомитом и выщелачивания алюминия из его глинистой составляющей.

Ульрихом [48, 708] было показано, что при рН 4,2-5,0 вытеснение Al из кристаллических решёток минералов сопровождается образованием полимерных аквагидроксокомплексов алюминия, занимающих их обменные позиции. Можно предположить, что этим объясняется снижение поглощения диатомитом ионов Al3+ из раствора при рНисх 4,90-8,29. К тому же подщелачивание раствора извлечения способствует активизации гидролиза, а образующиеся в растворе катионы Al(OH)x3-x нельзя определить по выбранной нами методике. При более щелочной реакции среды весь алюминий раствора переходит в форму комплексных ионов переменной основности и активно поглощается порошком диатомита.

Выводы

В результате проведённых исследований можно сделать следующие выводы об особенностях поведения алюминия и железа инзенского диатомита в моделируемых условиях внешней среды:

Прокаливание диатомита при 850°С в течение 4 часов приводит к разрушению входящих в его состав слоистых алюмосиликатов и частично иммобилизует полуторные окислы.

В кислой среде порошок диатомита становится источником подвижных форм алюминия и железа, из прокалённого при 850°С диатомита выход исследуемых элементов в раствор происходит при более низком значении его рН.

Диатомит обладает буферным действием в широком диапазоне значений рН (1-12,4), при кислой реакции среды оно более выражено, чем при щелочной.

Нативный диатомит способен поглощать ионы Al3+ из раствора хлористого алюминия, при кислом рН падение концентрации ионов происходит только за счёт адсорбции на отрицательно заряженных поверхностях, в щелочной среде процесс осложняется гидролизом соли и поглощением аквагидроксокомплексов алюминия.
При рН растворах извлечения менее 5,72 нативный диатомит становится источником подвижного алюминия; в сильнокислой реакции среды (рН<4,0-4,5) его выход в раствор резко возрастает; из прокалённого при при 850°С диатомита выход алюминия происходит при более кислой реакции среды (рН<4,8).

Выщелачивание железа из породы имеет место при более низком значении рН (<3,32) не только за счёт глинистых

    продолжение
--PAGE_BREAK--