CC BY
9ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 546.621 (575.3)
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРУЕМОСТИ СОЛЯНОКИСЛЫХ ПУЛЬП ПРИ РАЗЛОЖЕНИЕ НЕФЕЛИНОВЫХ СИЕНИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТУРПИ
ТАДЖИКИСТАН
БАХОДУР МИРЗОЕВ
доктор технических наук, с.н.с. отдела науки и инноваций филиала МГУ имени М. В. Ломоносова в г. Душанбе, Таджикистан
Аннотация: в работе приведены условия взаимодействия нефелиновых сиенитов и его минералов, входящих в его состав с соляной кислотной переработки после чего одна из важнейших технологических процессов является разделения жидкого от твердые фаза после которого получаемы основные полезных продуктов для нужд промышленности. Механизм в процесс вскрытия минералов входящие в состав нефелиновые сиенитов и извлечения в раствор оксидов алюминия, калия, железа, и натрия в виде хлоридов определяется рядом внешних факторов, а именно зависимости разделения жидкого и твердые фаза от гранулометрические состава руды, температурным режимом, продолжительной процесса, концентрацией и дозировкой соляной кислоты.
На основании выполненных исследований выявлены оптимальные условия процесса разделения жидкой и твердой фаз нефелиновых пульп после соляно кислотного разложения: температура 90С, Ж: Т=(4,5-8):1; высота слоя осадка - 2-3 см; разность давления 0,8 атм.
Ключевые слова: сырье, отход, нефелин, кислоты, глинозем, разложения, фильтрования, микроклин, альбит, твердость, флокулянт, осадитель.
STUDY OF FILTRABILITY OF HYDROLIC ACID PULP IN DECOMPOSITION OF NEPHELINE SYENITES OF THE TURPI DEPOSIT TAJIKISTAN
BAHODUR MIRZOEV Doctor of technical science, senior researcher Department of Science and Innovation Branch of Moscow State University. M.V. Lomonosov in the city of Dushanbe
Annotation: raw materials, waste, nepheline, acids, alumina, decomposition, filtration, microcline, albite, hardness, liquids, flocculant, precipitants.The paper presents the conditions for the interaction of nepheline syenite and its minerals included in its composition with hydrochloric acid processing, after which one of the most important technological processes is the separation of the liquid from the solid phase, after which the main useful products for the needs of industry are obtained. The mechanism in the process of opening the minerals included in the composition of nepheline syenites and the extraction of oxides of aluminum, potassium, iron, and sodium in the solution in the form of chlorides is determined by a number of external factors, namely, the dependence of the separation of the liquid and solid phases on the granulometric composition of the ore, temperature regime, long-term process, concentration and dosage of hydrochloric acid.
Based on the studies performed, the optimal conditions for the process of separating the liquid and solid phases of nepheline pulps after hydrochloric acid decomposition have been identified: temperature 90C, W: T=(4.5-8): 1; sediment layer height - 2-3 cm; pressure difference 0.8 atm.
Keywords: raw materials, waste, nepheline, acids, alumina, decomposition, filtration, microcline, albite, hardness, liquids, flocculant, precipitants
Введение
При современном уровне и масштабах материального потребления значение фактора полноты использования и вовлечение в общественное производство вторичных материальных ресурсов, в том числе отходов производств и некондиционных природных полезных ископаемых имеют первостепенное значение. Комплексное использование сырья и отходов важно еще и потому, что оно связано с решением проблемы создания безотходных и экологически чистых промышленных технологий.
В последнее время сырьевая база алюминиевой, химической и фарфоро-фаянсовой промышленности значительно расширилась благодаря изучению других видов глиноземсодержащего сырья. К ним относятся нефелиновые сиениты, каолиновые глины, алуниты, ставролит слюдистых сланцев, низкокачественные бокситы и другие, запасы которых огромны и имеют повсеместное распространение. Эти виды сырья, несмотря на низкое содержание глинозема, имеют в своем составе помимо алюминия и другие полезные компоненты. Для промышленной переработки этих руд необходима разработка комплексной безотходной технологии.
Экспериментальная часть
Получении алюминия и его солей из указанных алюминиевых руд требует принципиально новых технологических разработок, где одним из важных этапов процесса переработки являются разложение сырья и извлечение всех полезных компонентов. Как показывает проведение нами ранние комплексное технологическое переработки низкокачественное алюминий содержащее сырье хлорным, кислотным, щелочным и спекательным способом (нефелиновые сиениты, каолиновые глины, алуниты и др.) его можно использовать для получения коагулянтов, минерального удобрения, строительных материалов, а также как сырье для производства фарфора и глинозема. Именно комплексное использование этих руд позволяет рассматривать их как перспективное сырье.
Проведение исследование показывают, что степень разложения алюминий содержащего сырья кислотами определяет возможность их переработки с извлечением ценных продуктов которое на прямое зависит прежде всего от минералогического состава сырья. Зная минералогический состав породы и степень взаимодействия каждого минерала с кислотами при различных условиях, можно судить в целом о разложении сырья. В работе [1-6] приведены результаты взаимодействий различных форм и соединений оксида алюминия (микроклин. альбит, амфибол, нефелин, биотит, кальцит) с соляной кислотой, а в а также были изучено разложение основных минералов, входящих в состав алюминий содержащих пород нефелиновых сиенитав Турпинского месторождения серной и азотной кислотами. Поведение минералов, входящих в состав нефелиновых сиенитов, в кислоте в литературе отсутствует. Исследуемые нефелиновые сиениты имеют следующий химический и минералогический состав, %: 21,5-22,6 ЛЬ03; 53,0-54,0 SiO2; 4,5-6,5 Fe2Оз; 5,5-6,5 №20; 6,6-7,6 К2О; 2,5-3,5 СаО; 20-26 - нефелина, 5065 - полевых шпатов в виде смеси микроклина и альбита, 5-18 - лепидомелана, разновидности биотита, и до 1 - амфибола. Также были изучены взаимодействия указанных минералов с соляной кислотой от концентрации, температуры, продолжительности процесса и др. Исследование проводили методом выщелачивание на термостатированные аппарате, при различных условиях обработки которое имеет важное научное и прикладное значение.
После технологические процессы разложения сырья основное задача является разделение твердой и жидкой фаз которое является трудоемко и длительного процесса, что объясняется зависящейся от высокой дисперсностью твердых частиц, значительной вязкостью и плотностью солянокислых растворов хлоридов соответствующих компонентов. Определение оптимальных условий разделения твердой и жидкой фаз которое неразрывно связано с осуществлением других технологических операций, и в первую очередь с кислотной обработкой, т.к. полученная пульпа после кислотного разложения подвергается отстаиванию или фильтрации. Скорость этих процессов характеризуется физико-химическими свойствами дисперсной фазы. Исследование
длительное отстаивание пульпы при различных температурах и применение осадителей -флокулянтов, таких, как поли акриламид, крахмал, жидкое стекло, винный камень и гранатовые корки, положительных результатов по разделению не дали. Поэтому разделение пульпы проводилось фильтрованием.
Нами исследовано влияние разности давления, температуры, пульпы, высоты слоя осадка на скорость фильтрования [7-10]. В качестве фильтровальной перегородки применяли перхлорвиниловую ткань. Поверхность фильтрования составляла 63,6 см2. При увеличении разности давления наблюдается максимум скорости фильтрования при р=0,8 атм., следовательно, осадок состоит из частиц, обладающих большой способностью к деформации, поэтому фильтрование проводили при Р<0,8 атм. С повышением температуры пульпы от 20 до 90°С скорость фильтрования увеличивается примерно в 10 раз вследствие понижения вязкости и плотности раствора. В последующих опытах температура поддерживалась равной 90°С и перепад давлений - 0,8 атм. С увеличением высоты слоя осадка от 1,0 до 3,0 скорость фильтрования уменьшалась примерно в 2 раза (табл. 1).
Таблица 1 - Зависимость производительности фильтра от температуры, разложения в системе и высоты слоя осадка
№ опыта Темпера-тура фильтрования, °С Разложе-ние в системе атм. Высота слоя осадка на фильтре, см Удельная производительность по раствору м3 час
1 20 0,8 2,3 0,12
2 40 0,8 2,3 0,22
3 60 0,8 2,3 0,35
4 80 0,8 2,3 0,37
5 90 0,8 2,3 0,38
6 20 0,20 2,4 0,092
7 20 0,50 2,4 0,110
8 20 0,60 2,4 0,112
9 20 0,70 2,4 0,120
10 20 0,75 2,4 0,122
11 20 0,80 2,4 0,125
12 20 0,85 2,4 0,121
13 20 0,90 2,4 0,121
14 20 0,8 1,0 0,240
15 20 0,8 2,0 0,146
16 20 0,8 3,0 0,113
На основании выполненных исследований выявлены оптимальные условия процесса разделения жидкой и твердой фаз нефелиновых пульп после соляно кислотного разложения: температура 90°С, Ж: Т=(4,5-8):1; высота слоя осадка - 2-3 см; разность давления 0,8 атм.
Условия получения пульпы и характеристика ее при разделении представлены в табл. 2.
Плотность и вязкость солянокислых растворов определяли в зависимости от дозировки кислоты и температуры (табл. 3).
В результате проведения физико-химических анализов выявлено, что твердый осадок после фильтрования имеет сложный химический и фазовый состав. Основными составляющими соединениями являются:
СаО-АШ3^Ю2 и Са0^е0^Ю2.
Эти соединения можно использовать в качестве полупродукта для производства в фарфорофаянсовые и цементной промышленности, а также при фильтрование пульпы нефелиновых сиенитов были получено жидкого часть, которое является алюмо-железное коагулянтов для очистки питьевой и промышленных воды.
Таблица 2 - Условия получения пульпы и характеристика ее при разделении
№ п/п Условия обработки сырья кислотой Характеристика разделения пульпы Фильтрат р-р коагулянтов Промвода №1 Промвода №2 Промвода №3 Характеристика ПШМ
Масса Объем 20%-ной кислоты, мл дозировка кислоты,% Применяемая соляная кислота(отход) Уд. Произв-ть фильтрования при 800 С м3/м2 час Высота слоя осадка, см Объем, мл Хим. Состав А1203^е203 г/л Объем, мл Хим. Состав А1203^е203 г/л Объем, мл Хим. Состав А1203^е2О3 г/л Объем, мл Хим. Состав А1203^е2О3 г/л Масса влажного осадка, Масса сухого осадка, Влажность осадка,%
1 100 400 120 абгазная (отход) 0,83 2,6 120 27,8 7,9 1100 7,2 1Д - - - - 218,2 68,2 68,8
2 100 333 100 абгазная (отход) 0,333 2,9 97 26,9 204 14,025 250 9,89 500 2,54 219,5 56,25 74,3
5,8 2,27 1,097 0,578
3 100 333 100 реактивная 0,246 2,9 103 27,03 5,4 175 17,85 2,314 250 9,435 1,277 735 6,77 73 222,1 59,37 73
4 100 300 90 абгазная (отход) 0,206 2,6 103 28,8 5,2 1200 6,75 1,3 - - - 1,52 220,5 68,15 69,1
5 100 267 80 реактивная 0,153 2,6 60 25,24 900 11,475 - - - - 217,2 65,45 69,9
5,4 1,416
6 100 201,7 60 абгазная (отход) 0,034 2,9 38 23,84 5,6 90 8,92 1,077 - - - - 201,8 64,25 68,5
Таблица 3 - Зависимость плотности и вязкости солянокислых растворов от _ температуры___
№№ п/п Солянокислый раствор Темпера-тура, °С Время течения жидкости, сек Плотность, кг/м3 Вязкость, м2/сек.
1 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты -60% 20 73 1177 2,836
50 43 1163 1,6
70 32 1156 1,143
90 26,5 1147 0,94
2 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 90% 20 67,5 1179 2,3
50 40 1164 1,34
70 31 1150 1,069
90 25,5 1141 0,873
3 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 100% 20 65,5 1170 2,37
50 39 1158 1,4
70 31 1160 1,111
90 25 1149 0,887
4 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 100% 20 66,5 1147 1,86
50 35 1135 1,191
70 27 1124 0,91
90 24,5 1115 0,819
5 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 150% 20 55,6 1151 1,88
50 35 1135 1,191
70 27,5 1127 0,93
90 24,5 1118 0,822
6 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 60% 20 78 1177 2,836
50 44 1163 1,6
70 32 1156 1,143
90 26,5 1147 0,94
7 Раствор, получен-ный при дозировке реактивной кислоты 60% 20 67,5 1173 2,45
50 39,5 1161 1,417
70 31 1153 1,104
90 25 1141 0,881
На основе достигнутых результатов влабораторных исследований по кислотному разложению нефелиновых сиенитов месторождения Турпи было создано научно-производственное предприятие при АН Республики Таджикистан по выпуску коагулянтов для очистки воды, полевошпатового сырьевых материалов для производства фарфоро-фаянсовых изделий и жидкого стекла. Внедрения разработанные соляно кислотного технология по переработка нефелиновых сиенитов проведено следующим образом: после дробления и измельчения руда на щековой дробилке и шаровой мельнице с фракцией 0,1-0,5 мм подается в необходимом количестве через элеватор «Нория» в кислотостойкий реактор, производительностью 0,5-1т/час туда же дозируется кислота.
Реакционная масса были проведено на эмалирование кислотостойкие реакторе с моторами и вращающие мешалками объемом 6м3, при скорости вращения мешалки 40-60 об/мин обрабатывается стехиометрическим количеством 20-26%-ной соляной кислоты при 90-105°С. После 3-5 часового перемешивания готовая пульпа подается вакуумного насоса, проводится фильтрации в оптимального условия полученного в результате исследования. Для отделения твердого остатка от раствора которое поступает в сборник жидкого коагулянта на эмалированную 10м3-ую емкость. Раствор, представляющий собой смесь хлоридных солей алюмо- железное коагулянтов (АЖК), желто-бурого цвета, в котором в качестве активных компонентов содержатся в основном соединения алюминия, железа и кремния. Проведение испытания показал, что это высокоэффективный коагулянт, особенно можно использовать при
большой мутности воды, так как в воде не остается никаких остаточных химических веществ, которые могли бы оказать вредное влияние на здоровье людей.
Эти продукты успешно испытаны в опытно-промышленных условиях на ряде предприятий страны, которые в настоящее время эти продукты завозят из зарубежных стран, внедрение этих разработок в народном хозяйстве может внеся весомый вклад в расширение и экономию сырьевой базы ряда ценных дефицитных в центрально азиатском регионе продуктов и в охрану окружающей среды.
В процессе проведёнными [12] опытно-промышленных испытания, показали, что разработанный технология получения коагулянт по сравнению с привозным сернокислым алюминием имеет ряд преимуществ и показал следующие характеристика;
- при коагулированные значение рН воды снижается на 20% меньше, чем при использовании сернокислого алюминия. Он обладает хорошей коагулирующей способностью при значении рН 7,0-11,0. Особенно при рН исходной воды, равном 7,8-10,0, образуются прочные хлопья с хорошими адсорбционными свойствами, быстро оседающие и образующие плотный осадок.
- более эффективное снижение мутности;
- обеспечение хлопьеобразования в широком диапазоне дозы коагулянта без регулирования рН коагулируемой воды;
- незначительное снижение рН и щелочного резерва очищаемой воды, благодаря чему резко снижается кислотная коррозия коммуникаций;
- независимость коагулирующей способности от температуры;
- при низких температурах отпадает необходимость введения вспомогательных средств;
- высокая бактерицидная и противомикробная активность.
Для водопроводных станций применение коагулянта имеет следующие преимущества:
- снижение капитальных затрат на строительство новых установок;
- упрощение и возможность более полной механизации процессов разгрузки продукта.
Получение нами коагулянт особенно эффективен при большой мутности воды.
Например, при мутности воды 3367 мг/л доза коагулянта, равная 40 мг/л (по АЬОэ +Ре2Оэ), обеспечивает эффект очистки до 97,5%. Он эффективно устраняет тяжелые металлы, позволяет получать воду, с меньшим содержанием ионов, кроме того, замена иона SO4- на С1-в питьевой воде целесообразно с гигиенической точки зрения. Повышение концентрации хлоридов и гидрокарбонатов в воде способствует упрочнению структуры хлопьев, тогда как сульфаты, наоборот, понижают их прочность.
При температуре 5-10°С коагулируется почти все взвешенные вещества, которое имеются в состав воде также, как и при более высоких температурах. Зимой при низких температурах и низком уровне рН использование смешанного коагулянта почти полностью устраняет необходимость в добавлении щелочи.
Применение этого реагента дозами 15 -200мг/л для обработки питьевой воды при правильной дозировке не является опасным, остаточное содержание алюминия и железа в несколько раз ниже ПДК.
Таким образом, проведенные испытания показали, что получение алюмо-железосодержащий коагулянт по-своему коагулирующими действию не уступает сернокислому алюминию.
В целью безопасности очистка питьевой воды были приведено биологические исследования воды, обработанной полученного коагулянтами, процесс исследование изучались в лаборатории «Фармакология» Института химии Академии наук Республики Таджикистан, с использованием токсикологических, физиологических и патоморфологических методов исследований, отражающих состояние животных и характеризующих отдельные органы и системы.
Для определения степени токсичности питьевой воды, обработанной коагулянтами на организм лабораторных животных, провели 6-ти месячный хронический эксперимент. В опытах использовали белых крыс массой 120-160г., которых после карантина распределили на 4 группы по 30 особей каждой. Режим кормления и ухода за животными соответствовал общепринятым рекомендациям. Животным опытных групп давали воду, контактировавшую с изучаемыми коагулянтами, животные контрольной группы получали водопроводную воду. Затравку животных проводили посредством автопоилок круглосуточно на протяжении всего опыта. Воду в автопоилку доливали ежедневно по мере ее расходования.
По результатам проведенных чисто патоморфологических исследований можно заключить, что изученные образцы воды не оказывали неблагоприятного воздействия на морфологию внутренних органов, а также не отмечено существенных сдвигов по сравнению с контролем в динамике массы тяга.
Таким образом, результаты комплексных исследований свидетельствуют, что использование животными питьевой воды, обработанной АЖК-1, не оказывает существенного влияния на функцию органов и системы теплокровных животных. Полученные результаты дают основание рекомендовать их для внедрения в практику хозяйственно-питьевого водоснабжения.
А твердый остаток состоит, в основном, из железных полевошпатовых минералов и свободного кремнезема после обработка с гидроксида натрия в определение условия свободные кремнезем вступая в реакция с щелочи получается жидкого стекло а оставшие тверди часть, вполне успешно заменяет привозной пегматита и полевошпатовый материала в составе фарфоровой массы которое было успешно проведено заводское испытание на Турсунзадевские фарфорового завода Таджикистана.
На основании выполненных [12] исследований были разработаны новые безотходные и экологически безопасные кислотные способы переработки нефелиновых сиенитов с получением эффективных коагулянтов и высококачественного сырья для фарфорового производства и жидкого стекла.
ЛИТЕРАТУРА
I. А.К. Запольский, Сернокислотная переработка высококремнистого алюминиевого сырья. Наукова думка, Киев, 1981. 208 с.
2. Ю.А. Лайнер, Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. Наука, Москва, 1982, С. 57-61.
3. В.Д. Пономарев, В.С. Сажин, Л.П. Ни, Гидрохимический щелочной способ переработки алюмосиликатов. Металлургия, Москва, 1964. 112 с.
4. Л.П. Коннов, Нефелиновое сырьё Средней Азии. Нефелиновое сырьё, Москва, 1978, С. 110-114.
5. Б. Мирзоев, Физико-химическая характеристика глиноземсодержащего сырья Курговатского месторождения Таджикистана. Вестник Казанского технологического университета, Казань, 21, 7, С.62-66 (2018).
6. B. Mirzoev, G. Fakerov, Kh. Sharipova, A. Erkaev, Study of Chemical and Mineralogical Composition of Low-Grade Phosphorites and Carbons of Tajikistan Using Modern Physico-Chemical analysis methods. International Journal of Scientific Technology Research, 9, P. 346-355 (09 September 2020).
7. B. Smailov, O. Bitsenbaev, B. Mirzoev, A. Kadirbaeva, B. Zakirov, Production of chelate polymer-containing microfertilizers based on humic acid and ammophos. RJC. Rasayan J. Chem, 13, 3, P. 1372-1378 (july-september 2020).
8. Ю. Валиев, А. Иброхим, Б. Мирзоев, Горный Журнал, 11, 28-31 (2008).
9. Б. Мирзоев, Х. Сафиев, С. Тураев, Исследование процесса получения технического глинозема и побочных продуктов способом спекания из минерала ставролита. Вестник Таджикского национального университета, 4, 165-172 (2009).
10. Б. Мирзоев, Х. Сафиев, С. Тураев, Кинетика процесса получения глинозема и побочных продуктов из ставролит-слюдистого сланца и кальцийфторосодержашего сырья. Доклады АН РТ, 52,11, 873-876 (2009).
II. Б. Мирзоев, С. Тураев, П. Мирзоев, Х. Сафиев, Кинетика процесса выщелачивания алюминатного спека. Известия АН РТ, 2 (159), 63-67 (2015).
12. Мирзоев Б.,Х. Сафиев, Ш. Рахимов. «Способ палучения Коагулянта» Патент. №1764514. ( СССР ).1991г.
УДК 677.371.1
