CC BY
120
УДК 661.321.3:658.567.1
Р. Р. Насыров, А. Ю. Бакиев, Р. Р. Даминев
Новые подходы к утилизации отходов производства кальцинированной соды
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке 453118, г. Стерлитамак, пр. Октября, 2; тел. (3473) 24-35-74, факс (3473) 24-24-08
В работе приводятся результаты экспериментальных исследований по переработке дистиллер-ной жидкости с получением пероксида кальция.
Ключевые слова: дистиллерная жидкость, пе-роксид кальция, аммиак, пероксид водорода, хлористый кальций, реакция, нагрев, охлаждение, смешение.
ОАО «СОДА» г. Стерлитамак является одним из крупнейших в мире производителей кальцинированной соды. Производство ее по аммиачному способу характеризуется образованием большого количества отходов, утилизация которых позволила бы повысить экологическую безопасность производства. На предприятии в образуется среднем 9 м3 ди-стиллерной жидкости на 1 т кальцинированной соды (в пересчете на 100% №2С03) и одновременно примерно в 1.5—2 раза больше слабоминерализованных вод.
В настоящее время часть дистиллерной жидкости используется для производства хлористого кальция, для закачки в глубокозалега-ющие горизонты объекта «Кама-2», подается в систему поддерживания пластового давления нефтяных месторождений Республики Башкортостан. Остальная ее часть сбрасывается в шламонакопители — «Белые моря», где происходит осаждение и накопление твердых отходов — шламов. Осветленная дистиллерная жидкость сбрасывается в реку «Белая». В связи с дальнейшим увеличением мощностей производства кальцинированной соды и ужесточением экологических требований по сбросу сточных вод актуальность проблемы утилизации дистиллерной жидкости для предприятия возрастает.
Авторы статьи исследовали возможность получения из дистиллерной жидкости перок-сида кальция.
Пероксид кальция, перкальцит, молекулярная масса 72.08, насыпная плотность 600 кг/м3, рентгеновская плотность
3.19 г/см3, растворимость в воде при 20 оС равна 1.65 г/л, разлагается при температуре 275 оС, ЛДК = 0.1 м2/л, 3 класс опасности, LD50 составляет 10 г/кг. Элементарная ячейка тетрагональная с параметрами а = 3.55 А; с = 5.98 А; с/а = 1.68; Ъ = 2. Энергия кристаллической решетки СаО2 оценена в 751.5 ккал/моль 1 2.
Пероксид кальция — одно из немногих пе-роксидных соединений, нашедших практическое применение. Использование пероксида кальция обуславливается не столько спецификой его действия, сколько теми продуктами, которые попадают в окружающую среду при его использовании. Это безопасные для окружающей среды СаСО3, О2, Н20. Основные области приме- нения пероксида кальция представлены на рис. 1 3.
Получение пероксида кальция проводилось в лабораторных условиях с использованием дистиллерной жидкости производства кальцинированной соды, содержащей СаС12 — 110 г/л, №С1 — 50 г/л, незначительное количество примесей, воду, с рН = 7.2—8.8. Процесс основан на взаимодействии хлорида кальция с раствором пероксида водорода и аммиаком. При этом образуется белый кристаллический осадок пероксида кальция, который при перемешивании сильно увеличивается в объеме. Осадок отделяют от маточного раствора фильтрованием. Чистоту полученного пероксида кальция и содержание в нем активного кислорода определяют с помощью пер-манганатометрического титрования, для чего приготавливают 0.1 Н раствор перманганата калия и кислотную смесь (750 мл дистиллированной воды, 125 мл 85% ортофосфорной кислоты и 125 мл 32% соляной кислоты). Для титрования берут навеску СаО2 ~ 0.15 г, к образцу добавляют кислотную смесь и титруют пер-манганатом калия до появления неисчезающей розовой окраски.
Дата поступления 30.03.06
Са02
Рис. 1. Основные области применения пероксида кальция
Содержание пероксида кальция и активного кислорода определяют по следующим формулам:
V ■ 0.1-0.8
X
Са02
V ■ 0.1-3.6048
где V — объем 0.1 N раствора перманганата калия, ушедшего на титрование, мл;
Ш — масса навески, г
Экспериментальные исследования проводились с разными молярными соотношениями СаС12 : Н202 и СаС12 : NHз. Было установлено, что увеличение соотношения СаС12 : Н202 до 1 : 4 не приводит к существенному повышению выхода пероксида кальция в пересчете на пероксид водорода, а ведет лишь к незначительному повышению содержания пероксида кальция в осадке, что целесообразно. Увеличение молярного соотношения СаС12 : NHз до 1 : 3 приводит лишь к незначительному повышению выхода пероксида кальция, при этом содержание пероксида кальция в продукте уменьшается на 1—3 %.
Дальнейшие экспериментальные исследования проводились в различных температурных условиях. При этом наблюдалось повышение на 7.8% чистоты пероксида кальция, полу-
чаемого при 80 оС, наряду с уменьшением его выхода в пересчете на пероксид водорода. Результаты исследований приведены на рис. 2, 3.
13
12
£ 11
10
9
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Температура смеси, С
Рис. 2. Зависимость массы осадка от температуры реакционной смеси 88 87
ё 86 "85
сч-84
и 83
0
ш 82
1 81 I 80
5 79 О
78 77
Температура смеси, С
Рис. 3. Зависимость содержания пероксида кальция от температуры реакционной смеси
Результаты проведения исследований
Таблица
Номер опыта тосадка, Г Содержание пероксида кальция, % мас. Содержание активного кислорода, % мас. тСа02 , г Мольн. отнош. СаС12 : Н2О2 Т Н2О2, оС
1 5.503 75.7 16.8 4.166 1 : 3 —
2 4.06 86.52 19.2 3.513 1 : 1 2
3 3.48 87.72 19.47 3.053 1 : 1 —
4 3.458 82.91 18.4 2.867 1 : 2 —
5 3.653 87.72 19.47 3.204 1 : 1 2
6 4.212 92.76 20.59 3.907 1 : 1 4
Заключительный этап исследований проводился с учетом результатов первых двух, с целью нахождения оптимальных условий получения целевого продукта. В табл. приведены результаты этих исследований. Опыт №1 проводился с увеличением молярного соотношения СаС12 : Н202. Опыт №2 — с охлаждением пероксида водорода до 0—4 оС. Опыт №3 — с подогревом смеси до 80 оС. Опыт №4 проведен с подогревом дистиллерной жидкости до 60 оС. Опыт №5 — с охлаждением пероксида водорода и последующим увеличением температуры до 80 оС. Опыт №6 с охлаждением пероксида водорода и применением перемешивающего устройства.
Таким образом, оптимальными условиями получения пероксида кальция из дистиллер-ной жидкости являются условия, при которых пероксид водорода вводится в реакцию в ох-
лажденном виде (1 = 0—4 оС) (табл.). Для увеличения выхода продукта реакции возможно применение перемешивающего ус-тройства и обезвоживание осадка в течение 1—1.5 ч при температуре 125 оС. В сравнении с другими способами наблюдается повышение выхода пе-роксида кальция, повышение содержания пероксида кальция в осадке.
Литература
1. Вольнов И. И. Перекисные соединения щелочноземельных металлов.— М.: Наука, 1983.
2. Вольнов И. И., Чамова В. Н. // Журнал неорганической химии.— 1957.— Т. 2.— Вып. 2.— С. 263.
3. Насыров Р. Р., Бакиев А. Ю., Даминев Р. Р. О направлении переработки жидких отходов производства кальцинированной соды / / VI международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех-2005»: Материалы конференции. Ч.3.— Ухта: УГТУ, 2006.— 260 с.
