CC BY
85
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПОЛУЧЕНИЮ РАССОЛОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАЛЬЦИНИРОВАННОЙ СОДЫ ИЗ ГАЛИТОВЫХ ОТХОДОВ КАЛИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Соддиков Фатхиддин Бурхонидинович
младший научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32
E-mail: soddikov@bk. ru
Зулярова Нигора Шарафиддиновна
ассистент Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32
Мирзакулов Холтура Чориевич
профессор Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32
RESEARCHES ON RECEPTION OF BRINES FOR MANUFACTURE OF SODA-ASH FROM HALITE WASTE OF POTASSIUM MANUFACTURE
Fatkhiddin Soddikov
junior research scientist of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32
Nigora Zulyarova
assistant of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32
Kholtura Mirzakulov
professor of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследований по получению очищенных растворов хлористого натрия из технического хлорида натрия, полученного из галитовых отходов калийного производства.
Исследована растворимость технической соли хлорида натрия в воде в зависимости от Т:Ж при температуре 25°С. Оптимальным соотношением Т:Ж является 1:2,8. При этом получается насыщенный раствор хлорида натрия содержащий (масс. %): Na2O - 13,39; К2О - 0,09; CaO - 0,09; Cl " - 15,40; SO42- - 0,15. Химической анализ не растворимого в воде осадка показал, что он состоит из сульфатных, карбонатных и силикатных минералов.
С увеличением Ж:Т и температуры процесса плотность растворов снижается. Вязкость насыщенных растворов хлорида натрия изменяется в зависимости от исходного соотношения Т:Ж и температуры аналогично плотности. С повышением Ж:Т вязкость растворов снижается и составляет 1,744-1,607 сПас при температуре 20°С и с повышением температуры снижается и составляет 1,607-0,758 сПа при Т:Ж=1:3,0.
Исследованиями по очистка насыщенных растворов от ионов кальция карбонатом натрия установлено, что при мольном соотношении СаО:СО2 1:(1-1,05) содержание кальция в растворе снижается с 0,09% до 0,012%. При это содержания Na2O в растворе составляет 13,47%. По содержанию примесей полученные растворы соответствуют требованиям к растворам хлорида натрия для получения кальцинированной соды.
Исследования скорости фильтрации насыщенных растворов до и после очистки от ионов кальция показали не значительное снижение скорости фильтрации при совместном отделения нерастворимых в воде остатков и карбоната кальция по сравнению с фильтрацией только нерастворимого остатка.
ABSTRACT
In article results of researches on reception of the cleared solutions of sodium chloride from technical sodium chloride received from halite waste of potassium manufacture are resulted.
Solubility of technical salt of sodium chloride in water depending on H:L at temperature 25°С are investigated. Optimum ratio of H:L is 1:2,8. In these case obtained saturated solution of sodium chloride containing (mass. %): Na2O -13,39; К2О - 0,09; CaO - 0,09; Cl " - 15,40; SO42 - - 0,15. Chemical the analysis of not soluble residue in water has shown, that it contains from sulfate, carbonate and silicate minerals.
Библиографическое описание: Соддиков Ф.Б., Зулярова Н.Ш., Мирзакулов Х.Ч. Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2016. № 9(30). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3641
À'
7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
With increase of H:L and temperatures of process the density of solutions decreases. Viscosity of the sated solutions of sodium chloride changes depending on initial ratio of H:L and temperature of similarly density. With increase of H:L viscosity of solutions decreases and makes 1,744-1,607 sPas at temperature 20°С and with increase temperature decreases and makes 1,607-0,758 sPa at H:L =1:3,0.
By researches on clearing of the sated solutions from ions of calcium with sodium carbonate it is established, that at molar ratio of СаО:СО2 1: (1-1,05) content of calcium in a solution decreases from 0,09 % to 0,012 %. In this case content of Na2O in a solution is 13,47 %. In its content impurity the received solutions correspond to requirements to solutions of sodium chloride for reception soda ash.
Researches of speed of filtration of the sated solutions before and after clearing from calcium ions have shown not significant decrease of speed of a filtration at joint branches of the insoluble residue in water and calcium carbonate in comparison with filtration only the insoluble residue.
Ключевые слова: хлорид натрия, насыщенные растворы, химический состав, известково-содовый метод, фильтрация.
Keywords: sodium chloride, saturated solution, chemical contents, lime-soda method, filtration.
Основными производителями кальцинированной соды являются Китай, США, РФ, Турция, Индия на долю которых приходится более 85% мирового производства. В 2010-2011 годах прирост производства кальцинированной соды составил 6,2%3, в 2011-2012 годах 3,3%. В 2012-2013 годах наметился спад производства, который составил 0,59%, но уже в 2013-2014 годах рост производства составил 0,2% и объём производство достиг 51,3 млн. т [11]. Республика производит 100 тысяч тонн кальцинированной соды, которой не хватает. С другой стороны, с увеличением мощности производства калийных удобрений увеличилось и количество образующихся галитовых отходов. В настоящий момент они складируются в хво-стохранилище. Часть из них перерабатывается на технический хлорид натрия [10]. Основная часть га-литовых отходов не используется, загрязняя окружающую среду. Поэтому изыскание путей утилизации галитовых хвостов калийного производства является актуальной задачей.
Целью наших исследований было изыскание условий и определение оптимальных технологических параметров процессов получения насыщенных, очищенных от сопутствующих примесей растворов хлористого натрия из галитовых отходов, пригодных для получения кальцинированной соды.
Для исследований использовали технический хлористый натрий, полученный из галитовых отходов в промышленных условия УП «Дехканабадский завод калийных удобрений» состава (масс. %): Na2O -50,45%; К2О - 0,35%; CaO - 0,33%; а -58,04%; SO42- - 0,56%; ^^ - 0,37%; н.о - 3,06%.
Изучение процессов растворения, фильтрации суспензия, содержание компонентов и реологические свойства растворов известными методами [1-7, 9].
В таблице 1 приведены результаты исследований влияния Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз.
Таблица 1.
Влияние Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз
№ Т:Ж Состав жидкой фазы, масс. % Состав твердой фазы, масс. %
NaiO К2О CaO Cl " SO42- Na2O К2О CaO Cl " SO42" н.о.
1 1:2,0 13,99 0,13 0,12 16,12 0,20 46,98 0,018 0,02 53,76 0,033 11,34
2 1:2,5 14,03 0,10 0,10 16,14 0,16 33,66 0,013 0,02 38,58 0,038 36,40
3 1:2,7 13,75 0,09 0,09 15,82 0,15 1,48 0,010 0,01 1,71 0,017 97,15
4 1:2,8 13,39 0,09 0,09 15,40 0,15 1,36 0,010 0,009 1,57 0,015 97,39
5 1:3,0 12,71 0,09 0,08 14,62 0,14 1,30 0,009 0,008 1,49 0,014 97,45
Как видно из таблицы с увеличением Т:Ж от 1:2,0 до 1:3,0 растворимость хлорида натрия повышается и составляет 96,86% от исходной массы. Для полного извлечения компонентов сильвинита в раствор необходимо поддерживать Т:Ж=1:(2,7-2,8), а для получения насыщенных растворов достаточно Т:Ж=1:2,8.
Для дальнейших исследований оптимальным выбрано соотношение Т:Ж=1:2,8 при котором после отделения нерастворимого в воде остатке состав насыщенного раствора хлорида натрия соответствовал составу образца № 4 из таблицы 1.
Химический состав не отмытого остатка подтверждает, что при Т:Ж=1:2,8 и выше в твердой фазе присутствует оклюдированный хлорид натрия, а содержание других компонентов, за исключением н.о., незначительно. С увеличением Т:Ж содержание хлора снижается с 53,76% при Т:Ж=1:2,0 до 1,49% при Т:Ж=1:3,0 а сульфатов снижается с 0,033% до 0,014%, соответственно при Т:Ж=1:2 и 1:3,0. При Т:Ж=1:2,0 в осадке находится 0,02% СаО, а при Т:Ж=1:2,8 этот показатель равен 0,009%. Содержание калия снижается в два раза. Поэтому для дальнейших исследований необходимо
Т:Ж поддерживать 1:2,8 чтобы максимально извлечь в раствор хлорид натрия.
С точки зрения транспортирования растворов и суспензий очень важными являются данные зависимости изменения плотности и вязкости от соотношения Т:Ж и температуры.
В таблице 2 приведены данные по плотности и вязкости растворов хлорида натрия в зависимости от температуры и исходного соотношения Т:Ж.
Таблица 2.
Влияние соотношения Т:Ж и температуры на плотность и вязкость насыщенных растворов
хлорида натрия
Т;Ж Плотность, г/см3 Вязкость, сПа
20°С 40°С 60°С 80°С 20°С 40°С 60°С 80°С
1:2,0 1,205 1,198 1,192 1,188 1,744 1,260 1,010 0,810
1:2,5 1,204 1,197 1,191 1,187 1,721 1,258 0,980 0,789
1:2,7 1,200 1,193 1,187 1,183 1,688 1,235 0,958 0,755
1:2,8 1,192 1,185 1,179 1,175 1,650 1,196 0,932 0,719
1:3,0 1,182 1,176 1,169 1,165 1,607 1,147 0,906 0,758
Как видно из таблицы с повышением температуры плотность растворов хлорида натрия снижается с 1,205 до 1,188 г/см3 при повышении температуры с 20 до 80°С для Т:Ж=1:2 и с 1,182 до 1,165 г/см3 при Т:Ж=1:3. Увеличение соотношения Т:Ж с 1:2 до 1:3 приводит к снижению плотности растворов хлорида натрия, так как растворы не насыщенны солями. Повышение Т:Ж с 1:2 до 1:2,7 и 1:2,8 приводит к снижению плотности растворов с 1,205 до 1,200 и 1,192 г/см3 при 20°С и с 1,188 до 1,183 и 1,175 г/см3 при 80°С.
Вязкость насыщенных растворов хлорида натрия изменяется в зависимости от исходного соотношения Т:Ж и температуры аналогично плотности. С повышением Т:Ж вязкость растворов снижается и составляет 1,744-1,607 сПа при температуре 20°С и с повышением температуры снижается и составляет 1,6070,758 сПа при Т:Ж=1:3,0.
Насыщенные растворы, полученные из технического хлорида натрия на основе галитовых отходов
не пригодны для получения кальцинированной соды из-за высокого содержания солей кальция. Если их предварительно не удалить, то на последующих стадиях в процессе получения бикарбоната натрия будут выпадать в осадок плохо растворимые соединения кальция, что приведет к засорению аппаратуры и в дальнейшем к загрязнению готовой продукции.
Для очистки насыщенных растворов хлорида натрия от ионов кальция применили известково-со-довый метод, который заключается в осаждении ионов кальция кальцинированной содой [8].
Количество вводимого карбоната натрия регулировали соотношением CaO:CO2. В насыщенный раствор хлорида натрия при перемешивании вводили карбоната натрия при мольном соотношении 1:0,9, 1:1,0 и 1:1,05 для осаждения карбоната кальция.
В таблице 3 приведены данные влияния соотношения на изменение химического состава жидкой фазы.
Таблица 3.
Влияния мольного соотношения CaO:CO2 на химический состав жидкой фазы насыщенного
раствора хлорида натрия до и после очистки
Раствор Соотношение Химический состав, масс. %
CaO:CO2 CaO Na2O K2O Na2C03 CI- SO42-
Исходный - 0,087 13,39 0,09 - 15,41 0,15
После очистки 1:0,9 0,021 13,46 0,09 0,023 15,41 0,15
После очистки 1:1,0 0,012 13,47 0,09 0,024 15,41 0,15
После очистки 1:1,05 0,012 13,47 0,09 0,031 15,40 0,15
Из таблицы видно, что при мольном соотношении CaO:CO2 = 1:(1,0-1,05) содержание ионов кальция в растворе снижается до 0,012% и его можно использовать в производстве кальцинированной соды.
Далее были проведены исследования по разделению жидкой и твердой фаз с помощью фильтрования. Результаты исследований влияния исходного соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного и очищенного насыщенного растворов при ДР = 300 мм рт. ст представлены в таблице 4.
Данные таблицы указывают на снижение скорости фильтрации с увеличением исходного соотношения Т:Ж. Так при исходного соотношения Т:Ж=1:2 скорость фильтрации при 20°С составляет 3136 кг/м2ч по пульпе, при Т:Ж=1:2,8 этот показатель составляет 3459 кг/м2ч и при Т:Ж-1:3 составляет 3816 кг/м2ч. Аналогичная картина наблюдается и для других температур.
А'
7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 4.
Влияния соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного раствора хлорида __ натрия до и после очистки_
Температура, °С Т:Ж Скорость фильтрации, кг/м2ч
по пульпы по твердой фазе по фильтрату
Насыщенный раствор без очистке
25 1:2,0 3136 312,00 2824,00
40 3502 348,45 3153,55
60 4075 405,46 3669,54
80 4880 485,56 4394,44
25 1:2,5 3219 96,57 3122,43
40 3595 107,85 3487,15
60 4182 125,46 4056,54
80 5009 150,27 4858,73
25 1:2,7 3313 30,44 3282,56
40 3699 33,99 3665,01
60 4305 39,56 4265,44
80 5156 47,38 5108,62
25 1:2,8 3459 30,10 3428,90
40 3863 33,61 3829,39
60 4495 39,11 4455,89
80 5383 46,83 5336,17
25 1:3,0 3816 31,48 3784,52
40 4262 35,16 4226,84
60 4959 40,91 4918,09
80 5938 48,99 5889,01
Насыщенный раствор после очистке
25 1:2,0 2973 301,602 2671,198
40 3320 336,804 2983,196
60 3863 391,890 3471,110
80 4626 469,293 4156,707
25 1:2,5 3051 97,016 2953,984
40 3407 108,336 3298,664
60 3964 126,048 3837,952
80 4748 150,977 4597,023
25 1:2,7 3141 34,321 3106,679
40 3507 38,320 3468,680
60 4082 44,603 4037,397
80 4888 53,410 4834,590
25 1:2,8 3279 34,026 3244,974
40 3662 38,000 3624,000
60 4261 44,216 4216,784
80 5103 52,954 5050,046
25 1:3,0 3617 35,660 3581,340
40 4039 39,820 3999,180
60 4700 46,337 4653,663
80 5629 55,496 5573,504
Однако, с повышением температуры с 20 до 80°С повышается скорость фильтрации сгущенного осадка и по фильтрату и по сухому. Хорошие скорости фильтрации наблюдаются при Т:Ж=1:2,0 которые составляют по фильтрату 2824,00-4394,44 кг/м2ч и по сухому 312,00-485,56 кг/м2ч в интервале температур 20-80°С. Тем не менее, подобные скорости фильтрации являются приемлемыми с точки зрения технологичности процесса.
После фильтрация и отделения осадка раствор имел состав (масс. %): К2О - 0,09; №20 - 13,47; СаО
- 0,012; С1 - 15,40; SO42- - 0,15; №2С0э - 0,031 и следовые количества ионов кальция, которые пригодны для дальнейшей переработки в производстве кальцинированной соды.
Таким образом, проведенные исследования показали, что путем растворения технического хлорида натрия в воде, отделения нерастворимых остатков и очистки насыщенных растворов от кальция можно получить растворы, содержащие хлориды натрия,
обладающие приемлемыми реологическими свойствами, пригодные для дальнейшей переработки на кальцинированию соду.
Список литературы:
1. Бурриель - Марти Ф., Рамирес - Муньос Х. Фотометрия пламени. - М.: «Мир». 1972. - 520 с.
2. ГОСТ 18995.1-73. Продукты химические жидкие. Методы определения плотности. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 4с.
3. ГОСТ 10028-81. Вискозиметры капиллярные стеклянные. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 4с.
4. ГОСТ 20851.3 - 93. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли калия. - Минск.: Издательство стандартов. 1995. - 41 с.
5. ГОСТ 24596.4 - 81. Фосфаты кормовые. Метод определения кальция. - М.: ИПК Издательство стандартов. 2004. - 3 с.
6. ГОСТ 13685 - 84. Соль поваренная. Методы испытаний. - М.: ИПК Издательство стандартов. 1997. - 47 с.
7. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М.: Издательство «Химия», 1971 г. - 440 с.
8. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д., Производства соды. - М.: Химия, 1986. - 312 с.
9. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. - М.: Химия. 1975. - 74 с.
10. Самадий М.А., Усманов И.И., Бойназаров Б.Т., Рахматов Д.Х. Технология переработки галитовых отходов калийного производства на технический хлорид натрия // Узбекский химический журнал. - Ташкент, 2013. -№ 3. - С 55-60.
11. United States Department of the Interior U.S. Geological survey. 2014 Minerals Yearbook. Soda Ash [Advance Release]. By Wallace P. Bolen. November 2015. P. 70.1-70.9.
References:
1. Burriel - Marti F., Rameres - Munos X. Photometry of flame. Moscow, «Mir» Publ.. 1972. 520 p. (In Russian).
2. GOST 18995.1-73. State Standard 18995.1-73. Liquid chemical products. Methods of definition density. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 4 p. (In Russian).
3. GOST 10028-81. State Standard 10028-81. Capillary glass viscometers. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 4 p. (In Russian).
4. GOST 20851.3 - 93. State Standard 20851.3 - 93. Fertilizer mineral. The method of determining the mass fraction of potassium. Minsk, Izdatel'stvo standartov Publ., 1995. 41 p. (In Russian).
5. GOST 24596.4 - 81. State Standard 24596.4 - 81. Feed phosphates. Method of determination of calcium. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 3 p. (In Russian).
6. GOST 13685 - 84. State Standard 13685 - 84. Salt. Test methods. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 1997. 47 p. (In Russian).
7. Zhuzhikov V.A. Filtering. Theory and practice of separation of suspensions. Moscow, Izdatel'stvo «Himija» Publ., 1971, 440 p. (In Russian).
8. Zaytsev I.D., Tkach G.A., Stoev N.D., The production of soda. Moscow, Himija Publ., 1986. 312 p. (In Russian).
9. Vinnik М.М., Erbanova L.N., Zaytsev P.I. and others. Methods of analysis of phosphate raw material, phosphorus and complex fertilizers, feed phosphates. Moscow, Himija Publ., 1975. 74 p. (In Russian).
10. Samadiy M.A., Usmanov I.I., Boynazarov B.T., Rakhmatov D.H. Technology of processing halite waste of potassium manufacture to technical sodium chloride. Uzbekskij himicheskij zhurnal [Uzbek chemical journal]. Tashkent, 2013. № 3. pp. 55-60. (In Russian).
11. United States Department of the Interior U.S. Geological survey. 2014 Minerals Yearbook. Soda Ash [Advance Release]. By Wallace P. Bolen. November 2015. P. 70.1-70.9.
