CC BY
22ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШЛАМОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ СОЛЯНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ ФОСФОРИТОВ ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ
1 л ^
Нурмуродов Т.И. , Ахтамова М.З. , Самадова М.З. ,
Каримов О.А.4
1 Нурмуродов Тулкин Исамурадович - доцент, доктор технических наук;
2
Ахтамова Мафтуна Зайнитдин кизи - ассистент;
2
Самадова Махбуба Орифжон кизи - магистр;
4Каримов Отабек Актам угли - студент, кафедра химической технологии, Навоийский государственный горный институт, г. Навои, Республика Узбекистан
Аннотация: авторы рассматривают способы обогащения низкосортных фосфоритов при солянокислотной обработке, при этом изучая реологических свойств образуюшихся шламов. Эксперименты проводили на лабораторной установке, состоящей из трубчатого стеклянного реактора, снабженного лопастной мешалкой, приводимой в движение мотором. Разделение хлоркалъцийфосфатной пульпы осуществляли декантацией с дальнейшей фильтрацией сгущенной части и суспензии по отдельности. Полученные результаты показывают, что с ростом температуры вязкость суспензии значительно уменьшается. Ключевые слова: низкосортные фосфориты, солянокислотная переработка, шлам, суспензия, реологические свойства, вязкость.
ВО!: 10.24411/2542-081Х-2019-10501
В Республике Узбекистан имеется крупная отрасль химической промышленности по производству различных видов удобрений. Фосфорные удобрения производятся на основе фосфоритов месторождения Центральные Кызылкумы, которые считаются бедными рудами, но
содержание в них фосфорного ангидрида составляет в среднем 19,4%. Тем не менее, данное месторождение фосфоритов по оценочным запасам не имеет аналогов в странах СНГ и входит в первую десятку месторождений в мире [1].
На АО «НАВОИАЗОТ» организовано производство каустической соды электрохимическим методом общей мощностью 81 тыс. т/год с одновременным получением в качестве побочного продукта 37,8 тыс. т/год соляной кислоты. Учитывая близость Кызылкумского фосфоритового комбината к городу Навои, целесообразно организовать на АО «НАВОИАЗОТ» производство фосфорсодержащих продуктов на основе солянокислотного разложения фосфоритов Кызылкумского месторождения. В настоящее время увеличение объемов производства фосфорсодержащих удобрений, в основном, приводит к росту себестоимости продукции из-за завышенных удельных расходных норм сырьевых и энергетических ресурсов. С другой стороны, почти на всех предприятиях технические процедуры освоения соответствующих технологий осуществляются с использованием серной или азотной кислоты с повышенной нормой расхода по сравнению с другими фосфоритами. Солянокислотная переработка фосфоритов Центральных Кизылкумов с целью получения фосфатных солей до сих пор еще не исследована. В связи с этим с целью создания интенсифицированной технологии предложена обработка низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов соляной и азотной кислотой с дальнейшей аммонизацей прозрачного раствора, разделением хлоркальцийфосатной и нитрокальцийфосфатной пульпы перед её нейтрализацией. После аммонизации осуществляется центрифугирование, сушка и грануляция получаемого влажного осадка. Нами проведен детальный анализ составно-качественных изменений фосфоритов в каждой стадии их переработки низкой нормой соляной и стехиометрической нормой азотной кислоты с аммонизицией пульпы до рН = 1-2,5 [2].
Солянокислотной обработке подвергались низкосортные фосфориты Центральных Кызылкумов, химический состав которых приведено в таблице 1. Разложение проводили 5%-й соляной кислотой, приготовленной разбавлением 32%-й кислоты. Норма кислоты составляла 100% от стехиометрии относительно содержания двууглекислого кальция в исходном фосфорите. Эксперименты проводили на лабораторной установке, состоящей из трубчатого стеклянного реактора, снабженного лопастной мешалкой, приводимой в движение мотором. Необходимое количество соляной кислоты помещали в реактор и добавляли расчетное количество низкосортного фосфатного сырья при интенсивном перемешивании (скорость вращения мешалки 250-300 об/мин). Температуру реакционной массы поддерживали на уровне 40-45°С с помощью контактного термометра. Загрузку фосфорита осуществляли в течение 5-7 мин. Высота пены достигала 4-7 см, но она быстро разрушалась. После дозировки фосфорита содержимое реактора выдерживали в течение 30 мин. Разделение хлоркальцийфосфатной пульпы осуществляли декантацией с дальнейшей фильтрацией сгущенной части и суспензии по отдельности. Твердая часть (осадок 1), отделенная от сгущенной части, дважды промывалась водой. Осадок 2 выделяли от мутной части хлоркальциевой суспензии.
Таблица 1. Химический состав исходных материалов
№ Наименование компонентов Содержание компонентов, масс % СаО/ Р2О5
СаО Р2О5 СО2 С1
1 Исходный фосфорит ЦК 52,0 20,0 15,4 - 2,6
2 Осадок 1 - дважды промытая твердая часть выделена из сгущенной части солянокислотного разложения 41,72 26,11 4,80 - 1,60
3 Осадок 2 - твердая часть выделена из мутной части солянокислотного разложения без промывки 38,50 24,47 3,60 - 1,57
4 Раствор 1 - фильтрат солянокислотной вытяжки (фильтрат после отделения осадка 1) 3,83 - — 4,75 7,49% (СаСЬ)
5 Раствор 2 - первая промывная вода 0.34 — — 0,42 0,66% (СаС12)
6 Раствор 3 - вторая промывная вода 0,095 — — 0,12 0,19% (СаС12)
Установлено, что при солянокислотной обработке содержание Р2О5 в продукте увеличивается от 20 до 26,11% и 4,47%, а кальциевый модуль снижается с 2,6 до 1,6 и 1,57 соответственно для осадков 1 и 2. Несмотря на то, что кальциевый модуль осадка 2 меньше чем осадка 1, содержание в нем Р205 на 1,67% ниже. Это связано с тем, что в осадке 2 содержание глинистых материалов больше. Экспериментальные данные показывают, что отделение твердой фазы осадка 2 путем декантации и промывки от мутной части хлоркальциевой суспензии затруднено. Соотношение Р205 между осадками 1 и 2 составляет 60:40. Содержание хлорида кальция в растворах составляет 7,49, 0,66
и 0,19% соответственно. Установлено, что при солянокислотной обработке содержание Р2О5 в продукте увеличивается от 20 до 26,11%, а кальциевый модуль снижается с 2,6 до 1,6. При аммонизации повышение рН от 0,6 до 2 приводит к уменьшению количества усвояемого СаО (вод) в жидкой фазе от 14,4 до 30,41%. Аналогичное изменение характерно для основного компонента - Р2О5. В жидкой фазе этот показатель увеличивается от 4,24 до 34,84%.
Таблица 2. Химический состав солянокислотно обработанного фосфорита
№ Химический состав концентратов масс.%: ш/Р2О5 Выход конце нтрат а, % Химический состав шламов масс.%: Ш/Р2О5 Выход шлам а, %
СаО Р2О5 СО2 СаО Р2О5 СО2
1 45,14 23,29 5,94 55,91 31,62 20,4 3,97 53,6
2 41,90 24,69 4,97 68,41 33,51 22,34 3,81 31,59
3 41,66 22,03 7,4 34,34 25,20 12,93 4,14 65,66
Исследованы реологические свойство солянокислотных (табл. 3) пульп в зависимости от соотношения Ж:Т и температуры среды. Соотношения Ж:Т в суспензии варьировали от 1:0 до 1:1 и от 8:1 до 65:1 при переработке соляной кислотой. Процесс разложения фосфорита соляной кислотой проводили при 20-50 0С. Реологические свойства образцов определяли по общеизвестной методике.
Таблица 3. Реологические свойства солянокислотных пульп
№ Номера растворов Соо тно Плотность ,кг/м3 Вязкость, сПз
про и осадков ше-
б Раствор Осадок ние Ж:Т 20° С 35°С 50° С 20° С 35°С 50°С
1 1 0 1070 1067 1064 1,35 1,15 1,06
2 1 2 4 1 1155 1147 1142 77,39 38,36 26,71
3 1 1 1510 1506 1500 86,98 40,70 29,26
4 1 0 1070 1067 1064 1,35 1,15 1,06
5 1 1 4 1 1145 1136 1132 83,37 41,33 30,47
6 1 1 1450 1444 1438 86,51 43,67 32,1
7 1 0 1007 1002 1001 2,41 1,472 1,42
8 2 2 4 1 1120 1112 1108 35,32 26,14 25,02
9 1 1 1385 1380 1375 62,92 27,68 25,02
10 1 0 1007 1002 1001 2,41 1,47 1,42
11 2 1 4 1 1030 1025 1020 20,10 8,58 5,94
12 1 1 1350 1340 1335 26,43 12,86 9,69
13 1 0 1004 1001 1000 1,37 0,74 0,67
14 3 2 4 1 1095 1090 1085 57,41 26,43 19,14
15 1 1 1380 1374 1368 64,65 29,01 21,93
16 1 0 1004 1001 1000 1,37 0,744 0,67
17 3 1 4 1 1064 1060 1055 17,30 7,25 5,03
18 1 1 1340 1330 1325 27,68 12,55 9,08
Примечание: Раствор 1 - фильтрат солянокислотной вытяжки; раствор 2 - первая промывная вода; раствор 3 - вторая промывная вода; осадок 1 - дважды промытая твердая часть сгущенной части пульпы солянокислотного разложения; осадок 2 - непромытая твердая фаза, выделенная из мутной части солянокислотной суспензии.
Из таблицы 3 видно, что с повышением температуры от 20
до 50 0С при Ж:Т = 4:1 плотность и вязкость
солянокислотных суспензии и растворов снижается на 9,1-5
13,5 кг/м и 10,1-56,9 сПз и колеблется в пределах 1020-1147 кг/м3 и 5,03-83,37 сПз соответственно. С увеличением Ж:Т плотность и вязкость суспензии при 20 0С повышается от
-5 -5
1004 кг/м , 13,47 сПз до 1510 кг/м 86,98 сПз соответственно. Такая же картина наблюдается у суспензии, образующейся при азотнокислотном разложении.[1]
Полученные данные показывают, что суспензии, образующиеся в интервалах варьирования технологических параметров, можно легко транспортировать существующим оборудованием.
Результаты экспериментов также показывают, что в суспензии, содержащей осадок 2, с увеличением массового соотношения Ж:Т от 1:0 до 1:1 при температуре 20 0С
-5
плотность увеличивается от 1070 до 1510 кг/м . С увеличением температуры до 50 0С плотность суспензии
0 3
уменьшается от 1070 при 20 С до 1064 кг/м . С повышением температуры уменьшение плотности суспензии от 1510 до
-5
1500 кг/м наблюдается и в суспензии с массовым соотношением Ж:Т, равным 1:1. Изучение вязкости этой суспензии при 20, 35 и 50 0С показало, что с повышением температуры вязкость суспензии уменьшается. Увеличение твердой массы в суспензии от 1:0 до 1:1 привело к резкому увеличению вязкости суспензии. Так, например, при 20 0С в отсутствии осадка жидкость имеет вязкость 1,35 сПз, а суспензия с массовым соотношением 4:1-77,39 сПз. При массовом соотношении 1:1 этот показатель увеличивается до 86,98 сПз. При Ж:Т = 4:1 суспензия, содержащая фильтрат солянокислотной вытяжки и дважды промытую твердую часть сгущенной части пульпы солянокислотного разложения, имеет наибольшую вязкость (83,37 сПз) по сравнению с другими суспензиями, имеющих такое же количество твердой фазы.
Полученные результаты показывают, что с ростом температуры вязкость суспензии значительно уменьшается. И даже суспензии, имеющие 50% осадка при температуре 50 0С, имеют вязкость в 2,5-3 раза меньшую, чем при 20 °С Необходимо отметить, что самую наименьшую вязкость 5,94; 9,69; 5,03; 9,08 сПз имеют суспензии, содержащие 20% и 50% дважды промытой твердой фазы сгущенной части пульпы соляно кислотного разложения. Причем при повышении температуры на 40 0С вязкость суспензий уменьшается в 6-7 раз, в то же время плотность суспензий уменьшается
-5
незначительно - на 12-24 кг/м . Независимо от количества
твердой фазы в суспензии при одинаковой температуре, значения плотности и вязкости отличаются незначительно.
Таким образом, результаты исследований реологических свойств суспензий показали, что низкосортные фосфориты Центральных Кызылкумов можно перерабатывать соляной кислотой с целью получения фосфорных удобрений.
Список литературы
1. Нурмуродов Т.И., Эркаев А.У., Кучаров Б.Х. Разработка технологии переработки низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов соляно-, азотно- и сернокислотным разложением // Химическая технология. Контроль и управление, Ташкент, 2018. №1-2. С. 86-89.
2. Нурмуродов Т.И., Эркаев А.У., Мирзаев А.У., Ахтамова М.З. Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Ценральных Кызылкумов // Universum: Технические науки: электрон научн. журн., 2018. № 7 (52).
3. Кармышев В.Ф. Химическая переработка фосфоритов. М.: Химия, 1983. С. 26-30.
4. Бойко В.С., Шабанина Н.В. Минералогические особенности зернистых фосфоритовых руд Кызылкумов и исследование их обогатимости // Узб. геолог. ж., 1979. № 3. С. 84-86.
