Апатиты и нефелины вызвали к себе интерес в промышленности после открытия Хибинского месторождения (на Кольском полуострове, в Мурманском округе). Хибинское месторождение апатито-нефелиновых руд представляет собою мощную серию линз породы, разведанной более чем на 10 км в длину и мощностью 200 м. Верхняя часть апатитовой породы содержит в среднем от 28% до 32%, нижняя от 16% до 24% P₂O₅. По данным акад. А. Е. Ферсмана минералогический состав хибинских апатитовых пород таков: от 54% до 85% А., от 13% до 36% нефелина, от 0,05% до 4,7% эгирина, от 0,03% до 6,8% титаномагнетита и от 1,5% до 4,6% сфена. Химический состав этих минералов характеризуется формулами: А. — Ca₅(F,Cl)(PO₄)₃, нефелина — n(Na,K)₂Al₂Si₂O₈.mSiO₂, где большею частью n = 4 и m = 1; эгирина — Na₂Fe₂Si₄O₁₂; титаномагнетита FeTiO₃ и сфена CaTiSiO₅. Для промышленных целей А. имеет значение как исходный материал, содержащий фосфорный ангидрид; отсюда понятно стремление промышленности из апатито-нефелиновой породы получить такой исходный материал, который приближался бы к А. по содержанию P₂O₅ (около 41%). Для обогащения породы А. предложено два метода. 1-й из них — метод избирательного дробления, основанный на различной твердости минералов, слагающих породу. Так как нефелин и ряд других составных частей ее более тверды и менее хрупки, чем А., то при рассеве продуктов тонкого дробления и помола через сито А. попадает в более тонкую фракцию. 2-й метод основан на флотационном обогащении: при взбалтывании мелко измельченной породы в воде с прибавлением некоторых масел (дегтя), частицы А. поднимаются с пеной вверх и отделяются от остальных составных частей руды, падающих вниз, на дно. Добываемая в настоящее время открытыми взрывными работами и подвергаемая небольшой сортировке руда содержит в среднем 30—32% P₂O₅. А. с целью утилизации P₂O₅ перерабатываются тремя способами.
1. Кислотное разложение А. (для получения простых, обогащенных и двойных суперфосфатов и экстракции фосфорной кислоты).
2. Термическое разложение А. (возгонка фосфора).
3. Щелочно-термическое разложение А. (получение термофосфатов, т.-е. продуктов спекания А. с содой и другими щелочными веществами).
Для первого способа (кислотного разложения) требуется апатитовая порода, содержащая от 34 до 40% P₂O₅; тогда получается суперфосфат с 14—19% усвояемой P₂O₅. Для второго и третьего способов пригодны руды с содержанием P₂O₅ ниже 25—27%.
В основу первого способа разложения положена реакция серной кислоты крепостью 50—52° Б. на мелко размолотый А. по уравнению:
Продукт реакции и носит название суперфосфата. Степень разложения А. достигается тем более высокая, чем больше в нем содержится P₂O₅ и чем тоньше степень измельчения А. При содержании 40% P₂O₅ в А. степень разложения составляет 0,86 (т.-е. 86% P₂O₅ подверглось разложению, при чем получается 18—19% усвояемой P₂O₅ и 17,5—18% воднорастворимой P₂O₅, при влажности продукта 15—16%); при 35% P₂O₅ в руде степень разложения 0,72—0,75, а при содержании 31—32% P₂O₅ в руде степень разложения 0,70—0,75, при чем серной кислоты в обоих последних случаях приходится брать некоторый избыток.
Второй способ (возгонка фосфора) протекает на основе уравнения:
Так как для возгонки употребляется апатито-нефелиновая порода, содержащая от 17,5 до 24% P₂O₅, то в шихту, подвергающуюся действию возгонки, не надо прибавлять кремнезема (ибо он содержится в самом нефелине). Для плавкости образующегося шлака рекомендуется прибавлять от 3 до 4% хлористого натрия.
Третий способ — получение термофосфатов — сводится к сплавлению апатито-нефелиновой породы с содой, сульфатом натрия в присутствии угля при температурах от 1100 до 1300°; в результате получается сплав, очень близкий по своим физическим и химическим свойствам к томас-шлаку, содержащему P₂O₅ в лимоннорастворимом состоянии, вероятно в форме: Ca₃(K,Na)₂P₂O₅⋅CaSiO₃. Степень разложения P₂O₅ А. достигает 95—98% в случае соды, 87—90% при употреблении сульфата с углем. Есть попытки употребления апатито-нефелиновой муки (т.-е. мелко измолотой апатито-нефелиновой породы) как непосредственного удобрения почвы крайнего севера, при чем замечено было повышение урожая.
В хибинских апатито-нефелиновых породах содержится от 13 до 36% нефелина; при обогащении породы в отношении содержания А. получаются отходы с содержанием 70—75% нефелина, а после дополнительных процессов обогащения в этих отходах (хвостах) содержание нефелина может быть поднято до 85—90%. Кроме того, при добыче А. на самом месторождении скопляется значительное количество нефелиновых отвалов. Наконец, уртитовые породы, подстилающие апатитовые месторождения, являются наиболее богатыми по содержанию в них нефелина — до 90%, изредка и выше. Поэтому в связи с добыванием А. в промышленности встал вопрос об использовании нефелинов как отбросов рудников, отходов обогатительной фабрики и уртитовых пород. Для схематической характеристики химического состава хибинских нефелиновых пород и отходов обогатительной фабрики служит следующая таблица:
Вот состав чисто отобранного нефелина из Поачвумчорра (один из пунктов Хибинского месторождения):
Применение нефелинов:
1. В стекольной промышленности: для получения из него низких сортов стекла темнозеленого и голубого цвета (пивные и водочные бутылки) в немеханизированных производствах. Вопрос об использовании нефелина в этой промышленности встал в связи с заменой нефелином дефицитной соды и сульфата.
2. В кожевенной промышленности: на основании произведенных опытов с уртитом выяснилась возможность заменять нефелином при дублении кож некоторые виды дубителей.
3. В химической промышленности: для получения окиси алюминия, силикагеля — кремневого студня для различных отраслей химической промышленности, жидкого стекла, ультрамарина, искусственных цеолитов и пр.
4. В сельском хозяйстве северных областей: внесение нефелина в легком помоле в кислую почву повышает урожай весьма заметно, так как нефелин, подобно известняку, уничтожает кислотность почв, но кроме того вносит еще до 6% калия в легко усвояемой растениями форме.
5. В керамической промышленности: вместо полевых шпатов для более дешевых сортов фарфора и каменного товара, где не требуется от массы белизны.
Интересны перспективы получения окиси алюминия и щелочей из уртитов и нефелинов методом спекания с содой и известью. Метод сводится к следующему: измельченная порода, смешанная с известняком и содой, прокаливается во вращающейся печи. При выщелачивании спекшейся массы в раствор переходят алюминаты натрия и калия, которые отделяются фильтрованием от нерастворимого остатка, состоящего главным образом из силиката кальция.
При пропускании углекислоты (используя для этого отходящие газы, получаемые при процессе спекания) через раствор алюминатов получается гидроокись алюминия и углекислые щелочные соли. После отделения фильтрованием осадка гидроокиси алюминия от раствора углекислых солей K и Na получается при прокаливании окись алюминия, а после выпаривания растворов — сода и поташ. Этот способ получения окиси алюминия с регенерацией углекислых щелочей аналогичен с получением окиси алюминия из каолина и глин по способу М. К. Шматько (см. выше алюминиевая промышленность).
Литература. «Хибинские А.». Сборник III, под общей редакцией акад. А. Е. Ферсмана, Ленинград, 1931; «Материалы по химизации народного хозяйства СССР» со статьями А. Е. Ферсмана, вып. II, IV и V, Ленинград, 1929; Быков А. А., «Производство простого суперфосфата», 1933; В. Ваггаман и Г. Истервуд, «Фосфорная кислота, фосфаты и фосфорные удобрения», 1933.
Е. Орлов.