CC BY
102DOI: 10.24412/2181 -144X-2020-1 -12-17
УДК 577.4(575.1)+631.6.02 Умиров Ф.Э., Номозова Г.Р., Вахобов Ж.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ХЛОРАТОВ НАТРИЯ, МАГНИЯ И КАЛЬЦИЯ НА ОСНОВЕ ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ
Умиров Фарход Эргашович- доцент, Навоийский Государственный Горный Институт EmaiШmirov3@yandex.ш
Номозова Гулмира Рахматуллаевна- базовый докторант, Навоийский Государственный Горный Институт
Вахобов Жавохир Валижон угли- студент, Навоийский Государственный Горный Институт
Аннотация. В статье рассмотрены процессы изучения свойств гипохлорита натрия (ГПХН), получения хлоратов натрия на основе гипохлорита натрия и получения хлоратов магния, кальция из отходов каустической соды производства АО «Навоиазот». Изучена характеристика гипохлорита натрия, определены его физико-химические свойства, а также получение 70%-ного раствора хлората натрия на основе реакции диспропорции. Кроме того, получены растворы хлоратов натрия, магния и кальция на основе реакции их хлоридов с гипохлоритом натрия. Доказаны качественные и количественные характеристики полученных хлоратов натрия, магния и кальция химическими и физико-химическими методами анализа.
Ключевые слова: гипохлорит натрия; хлориды натрия, магния, кальция; хлораты натрия, магния, кальция.
OBTAINING MAGNESIUM AND CALCIUM CHLORATES ON THE BASIS OF SODIUM HYPOCHLORITE
Umirov Farxod -Associate Professor, Navoi State Mining Institute Nomozova Gulmira - PhD student, Navoi State Mining Institute Vaxobov Javohir - Student Navoi State Mining Institute
Annotation. The process of studying the properties of sodium hypochlorite, obtaining sodium chlorate based on sodium hypochlorite, and obtaining magnesium, calcium chlorate from caustic soda waste produced by JSC "Navoiazot" have been considered in the article. The characteristics of sodium hypochlorite have been studied, its physicochemical properties, and also the production of 70% sodium chlorate solution based on the disproportion reaction have been determined. In addition, solutions of sodium, magnesium and calcium chlorates have been obtained on the basis of the reaction of their chlorides with sodium hypochlorite. The qualitative and quantitative characteristics of the obtained sodium, magnesium and calcium chlorates have been proved by chemical and physicochemical methods of analysis.
Key words: sodium hypochlorite; sodium, magnesium, and calcium chlorides; sodium, magnesium, and calcium chlorates.
НАТРИЙ ГИПОХЛОРИТ АСОСИДА МАГНИЙ ВА КАЛЬЦИЙ
ХЛОРАТЛАР ОЛИШ
Умиров Фарход Эргашович -доцент, Навоий давлат кончилик институти
Номозова Гулмира Рахматуллаевна - таянч докторант, Навоий давлат кончилик
институти
Вахобов Жавохир Валижон угли - талаба, Навоий давлат кончилик институти
Аннотация. Ушбу ма^олада «Навоийазот» АЖ каустик сода ишлаб чи^ариш цехи чи^индиси натрия гипохлоритнинг хоссалари ва унинг асосида натрий, магний ва кальций хлоратлар синтези баён этилган. Натрия гипохлоритни диспропорциалаш реакцияси асосида натрия хлоратни олиш ва олинган натрия хлорати билан магний, кальций хлоридларининг таьсири урганилган булиб, алмашиниш реакцияси натижасида магний ва кальций хлоратларнинг *осил булиши ани^ланган. Бундан таш^ари натрия гипохлоритнинг магний, кальций хлоридларига водорoд переоксид ёрдамида таьсири
урганилиб, ушбу усул ёрдамида биринчи марта магний ва кальций хлоратлари синтези амалга оширилди. Олинган натрий, магний ва кальций хлоратларининг таркиби сифат ва микдорий та^лил килинди. Кимёвий ва физик-кимёвий усуллар билан урганилди. Ключевые слова: натрий гипохлорит, натрий, магний, кальций хлоридлар, натрий, магний, кальций хлоратлар.
Введение. Хлопководство - одна из ведущих отраслей народного хозяйства Республики Узбекистан, эффективность которой в значительной степени зависит от своевременной уборки урожая хлорка-сырца. Для успешной и качественной уборки урожая хлопка-сырца в сжатые сроки проводится такое мероприятие как дефолиация. В свою очередь, это связано с эффективностью применяемых дефолиантов для удаления листьев хлопчатника. В настоящее время в хлопководстве Узбекистане и других Республике в качестве дефолиантов широко применяются хлораты щелочных и щелочноземельных металлов, фосфорорганические препараты, «Супер ХМДж», «УзДЕФ», «УзДЕФ-И» и «УзДЕФ-К». др., [1]. Поэтому, представляет интерес получение этих дефолиантов на основе местного сырья или же отходов производства химической промышленности.
Как известно, при производстве каустической соды в АО «Навоиазот» образуется 6500-7000 т/год гипохлорита натрия и более 20000 т/год хлора. На сегодняшний день эти отходы используются не в полном объеме. Если их переработать на хлорат натрия, можно одновременно решить две проблемы: первая - экологическая и вторая- получение дешевой продукции на основе отходов производства каустической соды [2].
Известно, что в научной литературе [3,4] предложено несколько способов получения хлората натрия - методом электролиза хлорита натрия, при котором расходуется большое количество электроэнергии, расходы на эти методы составляют около 4,5 млн. сум/тонн. При получении на основе реакции диспропорции гипохлорита натрия, расходы будут в два раза меньше, чем электролизным методом, к тому же, полученные этим методом продукты можно использовать как дефолианты.
3NaCIO ^ NaCIOз+2NaCI (1)
Объекты и методы исследований. В данной работе рассмотрен процесс изучения свойств гипохлорита натрия (ГПХН) и получения на их основе хлоратов натрия, магния и кальция из отходов каустической соды АО «Навоиазот». В промышленности гипохлорит натрия получается в виде 10-15%-ного раствора. Характер раствора гипохлорита натрия (ГПХН) представлен в виде неустойчивого бесцветного жидкого раствора. Хлорид магния получен на основы магниевых минералов в методом соляного кислотного разложение серпентинита Арватенского месторождения [5].
Результаты и их обсуждение. Элементный состав ГПХН следующий: масс.%: № - 30,9, С12 - 47,6, O2 -21,5. Молекулярная масса №СЮ -74,44. Раствор гипохлорита натрия обычно выпускается двух марок, 10% раствор - гипохлорита натрия (NaCЮ) содержащий115-125 г/л активного хлора С|2 гидроксида натрия (NaOH)10-25 г/л и 15 % раствор гипохлорита натрия ^аСЮ),содержащий 178-187 г/л активного хлора С12,а гидроксида натрия (№ЮН)-15-30г/л, хорошо растворимого в воде. Изучен процесс растворимости ГПХН, который приведен в таблице 1. Кроме того, изучены плотность, вязкость и температура кристаллизация ГПХН, приведенные в таблицах 2-3 (полученные данные соответствуют литературным данным [6,7]).
Таблица 1.
_Таблица растворимости ГПХН._
№ Температура, °С - 10 0 10 25 30 50
1 Растворимость, % 20,6 22,8 27,5 45,0 50,0 64.5
Таблица 2.
Некоторые физико-химические показатели ГПХН._
1. Концентра ция, % 1 2 4 6 8 10 15 18 22
2. Плотность, г/л 1005, 3 1012, 1 1025, 8 1039, 7 1053, 8 1068, 1 1097, 7 1128, 8 1161, 4
3. Вязкость, мПА-с 1,1 1,2 1,5 2,1 2,9 3,8 5,4 7,2 8,5
Температура кристаллизации водных растворов ГПХН
Таблица 3.
1. Концентрация, % 0,8 2 4 6 8 10 12 15,6 17,0
2. Температура -
кристаллизация, °C 1,5 2,8 4,3 7,1 10,8 13,1 19,3 29,6 32.4
Полученные результаты полностью соответствуют дальнейшему исследованию получения хлоратов натрия, магния и кальция на основе ГПХН. Поэтому изучены потери активного хлора в зависимости от влияния температуры на свойства ГПНХ в рабочих растворах. В таблице 4 приведен раствор ГПНХ при различных концентрациях и температурах от 30 до 20 0С.
Таблица 4
Зависимость потери активного хлора от влияния температуры и концентрации _ГПНХ в рабочих растворах_
№ Темпе- Исходная концентрация активного хлора гр/л
ратура В В течение В В В В
°С течение 6-ти течение течение течение течение
2-х часов.15% 12-ти 1-ой 1-ой 2-х
часов. раствор часов. сутки. недели. недель.
15% ГПХН 15% 15% 15% 15%
раствор раствор раствор раствор раствор
ГПХН ГПХН ГПХН ГПХН ГПХН
1 30 200 197 200 193 200 188 200 180 200 156 200 128
185 182 185 178 185 173 185 165 185 151 185 128
160 158 160 155 160 150 160 145 160 140 160 124
120 119 120 119 120 118 120 117 120 112 120 104
2. 25 200 198 200 196 200 189 200 183 200 174 200 153
185 183 185 180 185 178 185 174 185 166 185 151
160 158 160 155 160 152 160 154 160 149 160 139
120 119 120 110 120 118 120 118 120 116 120 113
3 20 200 198 200 196 200 193 200 190 200 187 200 175
185 184 185 183 185 181 185 179 185 175 185 166
160 160 160 159 160 158 160 156 160 155 160 150
120 120 120 120 120 119 120 119 120 118 120 116
Зависимость реакционных свойств ГПХН от значения рН напрямую связана с химическими свойствами ГПХН. При высоких значениях рН среды (рН>10) активность реакционных свойств ГПНХ относительно невелика, т.к. в процессе реакции и образования хлората натрия в основном участвует активный кислород -
он действует довольно медленно. Если значение рН среды начать уменьшать, то активность реакционных свойств вначале увеличивается, достигая максимума при оптимальном значении рН=7 для гипохлорита, а затем с ростом кислотности, активность снова снижается, но медленнее, чем это наблюдается при росте рН в щелочную сторону, при этом ,гипохлорит натрия теряет до 30% от первоначального содержания активной части в результате хранения по истечении 10 суток. К этому добавляется и то обстоятельство, что он замерзает в зимнее время при температуре -250С, а в летнее время наблюдается выпадение осадка, что приводит к необходимости использования железнодорожных цистерн с термоизоляцией для перевозки реагента.
Рис.1. ИК-спектры хлората натрия
Как известно разложение гипохлорита натрия увеличивается за счет повышения температуры. При правильном складировании (внешняя температура +200С) и без растворения гипохлорита натрия концентрация активного хлора снижается при температуре +300С 10-15% растворы, примерно с 0,8-1,5% в течение двух недель; при температуре +200С; 10-15% раствор, примерно 0,7-1,0%, в течении двух недель. Разложение разбавленных растворов гипохлорита натрия происходит медленнее, при наличии в растворах гидроксида натрия, с концентрацией не менее 5-10 г/л в таблице 4.
Полученные результаты показывают, что для получения хлората натрия ХН из раствора ГПХН с определённой концентрацией, с щелочной средой рН=11, можно проводить эксперимент методом диспропорционирования. Опыты проводили при температуре раствора 70-750С в течение 60 минут, с последующим охлаждением при 10-150С, в результате которого выпадают белые кристаллы. Эти кристаллы профильтровывали фильтровальной бумагой , после чего проводили сушку при 900С. Полученное вещество идентифицировали химическими и физико-химическими методами анализа. Химический анализ проведен на наличие С10" иона перманганометрическим методом и на Ыа+ ион пламенным фотометрическим анализом. Практический результат полученного хлората натрия показал, следующее содержание по массе .%: Ыа-31,50; С10-48,35; С1-20,15% от теоретического хлората натрия масс.%: Ыа- 21,60; С10-76,25, СГ 2,15%;
ИК -спектры полученного хлората натрия изучены на инфракрасном спектрометре ИК-Фуръеспектрометр-100. Эти ИК -спектры доказывают образование
ионов CIO3- в области поглощэнияв пределе - 493, 617, 910 и 960 см-1, а поглощение этой области соответствует образованию хлората натрия (рис.1.)
Как известно в литературе [8] получение хлоратов магния и кальция на основе обменных реакций хлората натрия, хлорида магния и кальция в среде ацетона. Из синтезируемого по (1) реакция, на основы хлората натрия можно получить хлораты магния и кальция на основе ниже показных (2,3) реакций.
2NaClO3+ MgCl2 ^ Mg(ClO3)2+ 2NaCl (2)
и
2№СЮз+СаСЬ ^ Са(СЮз)2+ 2NaCl (3)
Рис.2.ИК-спектры хлорида магния и хлората магния.
На основе этих реакции получение полученного хлората магния изучены химическим и физико-химическим методом, на инфракрасном спектрометре ИК-Фуръеспектрометр-100. Эти ИК -спектры доказывают образование хлората магния (рис.2.)
В первые взаимодействие ГПХН с хлоридом магния и кальция в присутствие пероксида при температуре нагревания 40-500С в течение 30 минут приводит к получению хлората магния (60,0%-ным выходом) и хлората кальция (55-% ным выходом).
3NaClO + MgCl2 +ЗН2О2 ^ Мд(С10з)2+ 3NaCl +ЗН2О (4)
и
3NaCl0 + СаС12 +Н2О2 ^ Са(С10з)2+ 2NaCl +Н2О (5)
На основе изученных (1,4,5) реакций, впервые, выделены хлораты натрия, магния и кальция в кристаллическом виде, а также химическими и физико-химическими методами анализа идентифицированы характеристики данных продуктов. Полученные результаты анализа доказывают образование хлоратов натрия, магния и кальция.
Заключение. Таким образом, на основе этих исследований доказано, что реакция диспропорции 15%-ного раствора гипохлорита натрия при температуре нагревания 70-750С в течение 60 минут приводит к получению хлората натрия с 70%-ным выходом. Кроме этих реакции впервые изучены взаимодействия ГПХН с хлоридами магния и кальция в присутствие пероксида при нагреве до 40-500С в течение 30 минут, тем самым получены хлораты магния и кальция. Идентификация
16
полученных хлоратов подтверждены многими химическими и физико-химическими методами анализа.
Список литературы:
1.Умиров Ф.Э. "Разработка технологии получения эффективных комплексных дефолиантов, содержащих физиологически активных веществ»: Дис... док. техн. наук. - Ташкент. 2019. -198 с.
2. Умиров Ф.Э., Худойбердиев Ф.И., Номозова Г.Р., Йулдошева М.,Сайфуллаева Н.Чикиндилардан натрий хлорат олиш йуллари. // "Зарафшон вохасини комплекс инновацион ривожлантириш ютуклари,муаммолари ва истикболлари" мавзусидаги халкаро илмий -амалий анжуман 2019 йил 27-28ноябр Навоий Узбекистон.428-430б.
3.Умиров Ф.Э., Номозова Г.Р,. Йулдошева М.Б., Сайфуллаева Н.Ф. Новые методы получения хлоратов натрия, магния и кальция на основе гипохлорита натрия: Инновационные подходы к развитию науки и технологии материалы Научно -практической онлайн конференции в сфере Министерство Высшего и среднего специалного образования Республики Узбекистан .- НавГПИ, Навоий - 2020 . -17-19с.
4.Умиров Ф.Э., Номозова Г.Р., Мажидов Х.Б. Investigation of the production of surfactants containing sodium chlorate based on sodium hypochlorite: Research, Journal of Critical Reviews http://www.jcreview.com/index.php
5. Умиров Ф.Э., Шодикулов Ж.М., Умиров У.Ф. Исследование процессов получения хлорат-магниевого дефолианта на основе серпентенита Арветенского месторождения: «Путь науки» (№ 10 (80), 2020 С.-19-22
6. Гипохлорит натрия - www.soda.perm.ru/product 09.shtml. ООО «Сода-хлорат».
7. Якименко Л.Н., Пасманник М.И. Справочник по производству хлора, каустической соды и основных хлорпродуктов. - М.: Химия, 1976. 440с.
8. Умиров Ф.Э. Получение дефолианта на основе хлоратов и органические соеденение: монография. Бухара.- изд. «Дурдона», 2019. 140с
