CC BY
27
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ПЛОТНОСТЬ И ВЯЗКОСТЬ КАРБОНАТСОДЕРЖАЩИХ СУСПЕНЗИЙ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ КОНВЕРСИИ НИТРАТА КАЛЬЦИЯ
Алламуратова Айжамал Жумамуратовна
младший научный сотрудник, Ташкентский химико-технологический институт,
100011, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Навои, 32 E-mail: [email protected]
DENSITY AND VISCOSITY OF CARBONATE CONTAINING SUSPENSION FORMING DURING
THE CONVERSION OF CALCIUM NITRATE
Ayjamal Allamuratova
junior research assistant, Tashkent chemical technological institute, 100011, Uzbekistan, Tashkent, Navoi str., 32
АННОТАЦИЯ
Изучены реологические свойства (плотность и вязкость) карбонатсодержащих суспензий, образующихся в процессе конверсии нитрата кальция карбонатом аммония, при соотношених циркулирующий раствор (ЦР) : СаСОз - 3 : 1 ^ 8 : 1, температуре - 20-60°С и Na : N (соотношение аммиачного азота к нитратному) - 0,2 ^ 1,0. Установлено, что с повышением соотношений ЦР : СаСО3, N : N и температуры плотность суспензии снижается монотонно и прямолинейно. При концентрации суммы солей 30% с повышением температуры от 20 до 60 °С, ЦР : СаСОз 3 : 1 и 4 : 1 и Na : N от 0,2 до 1,0 плотность суспензии уменьшается от 1,458, 1,447 до 1,293, 1,272 г/см3 и от 1,429, 1,420 до 1,272, 1,249 г/см3 соответственно. При аналогичных изменениях параметров значения вязкостей суспензий также снижается. С варьированием перечисленных параметров значения плотности суспензии колеблются в интервалах 1,272-1,415 и 1,368-1,502 г/см3, а вязкости - в пределах 1,30-3,78 и 1,49-7,09 сП соответственно при сумме солей 30-50%.
Реологические свойства позволяют рекомендовать транспортировку образующихся суспензий существующими перекачивающими устройствами без каких-либо ограничений, что очень важно при их переработке на строительный мел и нитрат аммония.
ABSTRACT
In this study the rheological properties (density and viscosity) of carbonate containing suspension forming during the conversion process of calcium nitrate into ammonium carbonate under the ratio recycling solution (RS):CaCO3 equal to 3 : 1 ^ 8 : 1, temperature - 20-60°С to Na : Nn (the ratio of ammoniac nitrogen to nitrate) is 0,2 ^ 1,0., have been studied. It has been established that with increasing RS:CaCO3, Na: Nn and temperature, the suspension's density is decreased monotonous and straight line. When concentration 30% of salt sum, suspension' density is reduced from 1,458, 1,447 to 1,293, 1,272 gfcm3 and from 1,429, 1,420 to 1,272, 1,249 g^m3, respectively with temperature rise from 20 to 60°C, RS: CaCO3 equal to 3 : 1 and 4:1, Na: Nn is from 0,2 to 1,0. The suspension's viscosity is decreased under the analogous changes of the parameters. With variation of these noted parameters of the suspension's density is varied in a range 1,2721,415 and 1,368-1,502 g^m3, and the viscosity is 1,30-3,78 and 1,49-7,09 centipoise, respectively with 30-50% of salt's total.
As rheological properties let recommending transportation of formed suspension with existing pumping devises without some limitation that is the most important during the treatment in building chalk and ammonium nitrate.
Ключевые слова: Циркулирующий раствор, карбонат кальция, суспензия, плотность, вязкость.
Keywords: recycling solution, calcium carbonate, suspension, density, viscosity.
Введение
Прогрессивным направлением в переработке низкосортного фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения, который позволяет использовать азотную кислоту не только как средство для перевода нерастворимых фосфатов
в растворимую форму, но и как дополнительный источник питательных элементов.
Одним из важнейших вопросов в производстве фосфорсодержащих удобрений методом азотнокислотного разложения фосфоритов Центральных Кызылкумов является оптимальный выбор способа переработки побочного продукта - нитрата кальция.
Библиографическое описание: Алламуратова А.Ж. Плотность и вязкость карбонатсодержащих суспензий, образующихся при конверсии нитрата кальция // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2016. № 12(30). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3901
Образующийся нитрат кальция обладает неудовлетворительными физико-химическими свойствами, содержит около 10-11% азота, т.е. мало пригоден для применения в качестве удобрения. В научно-технической литературе имеются несколько способов переработки этого продукта [4, 6-8], из которых наибольший практический интерес представляет конверсия нитрата кальция в карбонат кальция и нитрат аммония с помощью углекислого аммония [5].
Ранее нами [1-3] было показано, что при репуль-пации и аммонизации азотнокислотной вытяжки на стадии азотнокислотного разложения предварительно обработанных фосфоритов образуется суспензия, состоящая из растворов нитрата аммония и кальция (НАК) и преципитата. Первая часть фильтрата, образующаяся при отделении преципитата возвращается в стадию репульпации азотнокислот-ной пульпы в качестве циркулирующего раствора нитрата аммония и кальция. Вторую часть раствора НАК можно перерабатывать с применением различных методов:
1. Непосредственная упарка раствора с получением азотнокальциевого удобрения, однако при этом получается продукт с неудовлетворительными физико-химическими свойствами.
2. Конверсия нитрата кальция раствором карбоната аммония с получением нитрата аммония и карбоната кальция по следующему уравнению:
Са(Шэ)2 + (NH4)2CÜ3 = СаСОз + 2NH4NO3
После отделения шлама фильтрат, содержащий аммиачную селитру, направляется для предварительной обработки низкосортных фосфоритов в качестве циркулирующего раствора. Отфильтрованный промытый мел может быть использован как строительный материал или высокоэффективное средство для известкования почв.
Необходимо отметить, что в процессе конверсии нитрата кальция в циркулирующем растворе образуется карбонатсодержащая суспензия с различным соотношением ЦР : СаСО3 [9]. В связи с этим нами
были изучены реологические свойства (плотность и вязкость) карбонатсодержащих суспензий.
Экспериментальная часть
Плотность исследуемых пульп замеряли пикно-метрическим методом (точность измерения до 10-5 г/см3), вязкость - с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ-1 (точность измерения ±0,1%) при температурах 20, 30, 40, 50 и 60°С (точность определения температуры ± 0,1°С). Для измерения плотности и вязкости суспензий соотношение ЦР : СаСОз варьировали в широких пределах от 3 : 1 до 8 : 1 и отношения N3 : N (соотношение аммиачного азота к нитратному) в растворе - от 0,2 до 1,0.
Результаты исследований
Как видно из экспериментальных данных (табл. 1 и 2), с повышением соотношений ЦР : СаСО3, N3 : N и температуры плотность суспензии снижается. Например, при ЦР : СаСОз 3 : 1 и 4 : 1 с повышением N3 : N от 0,2 до 1,0 плотность суспензии уменьшается от 1,458, 1,447 до 1,293, 1,272 г/см3 при 20°С и от 1,429, 1,420 до 1,272, 1,249 г/см3 при 60°С соответственно при концентрации суммы солей 30% (табл. 1). Такая же картина наблюдается при концентрации суммы солей 50% и колеблется от 1,585, 1,568 до 1,386, 1,369 г/см3 при 20°С и от 1,562, 1,543 до 1,368, 1,349 г/см3 при 60°С соответственно (табл. 2). С увеличением доли нитратов кальция, т.е. со снижением соотношения N3 : N плотность увеличивается в 1,14 и 1,16 раза соответственно, при соотношении ЦР : СаСО3 = 3:1 и 8:1 (температура 20°С). Повышение соотношений ЦР : СаСО3, N3 : N и влияние температуры на вязкость суспензии нивелируется (табл. 3 и 4), что связано с большой текучестью раствора нитрата аммония.
С варьированием перечисленных параметров плотность суспензии изменяется в интервалах 1,2721,415 и 1,368-1,502 г/см3, вязкости - в интервалах 1,30-3,78 и 1,49-7,09 сП соответственно при сумме солей 30-50%.
Таблица 1.
Плотность карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -30%)
№ п.п. Соотношение ЦР : СаСОз N : N Плотность (г/см3), при температурах, °С
20 30 40 50 60
1 3 : 1 1,0 1,293 1,287 1,282 1,276 1,272
2 0,8 1,334 1,328 1,323 1,316 1,311
3 0,5 1,395 1,389 1,382 1,375 1,369
4 0,2 1,458 1,449 1,444 1,436 1,429
5 4 : 1 1,0 1,272 1,266 1,260 1,255 1,249
6 0,8 1,311 1,305 1,299 1,293 1,287
7 0,5 1,389 1,381 1,376 1,369 1,364
8 0,2 1,447 1,440 1,433 1,427 1,420
9 6 : 1 1,0 1,232 1,225 1,219 1,213 1,207
10 0,8 1,283 1,279 1,272 1,263 1,255
11 0,5 1,356 1,349 1,343 1,337 1,329
12 0,2 1,429 1,423 1,417 1,411 1,405
13 8 : 1 1,0 1,189 1,182 1,175 1,170 1,164
14 0,8 1,244 1,238 1,230 1,224 1,219
15 0,5 1,329 1,322 1,316 1,310 1,302
16 0,2 1,415 1,408 1,402 1,396 1,389
Таблица 2.
Плотность карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -50%)
№ Соотношение N : N Плотность (г/см3), при температурах, 0 С
п.п. ЦР : СаСО3 20 30 40 50 60
1 1,0 1,386 1,381 1,376 1,371 1,368
2 3 : 1 0,8 1,435 1,429 1,424 1,419 1,413
3 0,5 1,512 1,506 1,501 1,494 1,489
4 0,2 1,585 1,579 1,574 1,568 1,562
5 1,0 1,369 1,364 1,358 1,353 1,349
6 4 : 1 0,8 1,418 1,412 1,407 1,401 1,397
7 0,5 1,495 1,487 1,482 1,475 1,469
8 0,2 1,568 1,561 1,557 1,549 1,543
9 1,0 1,323 1,318 1,313 1,309 1,304
10 6 : 1 0,8 1,378 1,371 1,366 1,361 1,357
11 0,5 1,456 1,450 1,444 1,437 1,434
12 0,2 1,536 1,528 1,523 1,516 1,510
13 1,0 1,291 1,285 1,280 1,276 1,271
14 8 : 1 0,8 1,343 1,338 1,332 1,329 1,321
15 0,5 1,421 1,417 1,411 1,405 1,399
16 0,2 1,502 1,496 1,491 1,485 1,479
Таблица 3.
Вязкость карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -30%)
№ Соотношение ЦР : N : N Вязкость (сП), при температурах, ос
п.п. СаСО3 20 30 40 50 60
1 1,0 1,89 1,62 1,44 1,34 1,30
2 3 : 1 0,8 2,90 2,23 1,93 1,74 1,61
3 0,5 4,36 3,15 2,64 2,33 2,06
4 0,2 5,85 4,11 3,39 2,92 2,51
5 1,0 1,70 1,51 1,36 1,27 1,23
6 4 : 1 0,8 3,28 2,11 1,84 1,65 1,52
7 0,5 4,16 3,02 2,55 2,23 1,96
8 0,2 5,02 3,88 3,27 2,81 2,43
9 1,0 1,53 1,37 1,23 1,14 1,08
10 6 : 1 0,8 2,21 1,86 1,63 1,46 1,34
11 0,5 3,23 2,62 2,24 1,98 1,76
12 0,2 4,24 3,36 2,87 2,49 2,20
13 1,0 1,42 1,26 1,14 1,03 0,95
14 8 : 1 0,8 1,98 1,71 1,52 1,33 1,21
15 0,5 2,89 2,42 2,10 1,81 1,63
16 0,2 3,78 3,13 2,69 2,31 2,06
Таблица 4.
Вязкость карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -50%)
№ Соотношение N : N Вязкость (сП), при температурах, ос
п.п. ЦР : СаСО3 20 30 40 50 60
1 1,0 2,71 2,27 1,98 1,76 1,49
2 3 : 1 0,8 4,68 3,43 2,84 2,42 2,11
3 0,5 7,72 5,24 4,23 3,48 3,07
4 0,2 10,61 6,96 5,48 4,59 3,94
5 1,0 2,46 2,12 1,89 1,67 1,43
6 4 : 1 0,8 4,18 3,15 2,70 2,32 2,04
7 0,5 6,64 4,73 3,91 3,19 2,83
8 0,2 9,11 6,33 5,09 4,24 3,72
9 6 : 1 1,0 2,12 1,84 1,64 1,46 1,32
10 0,8 3,48 2,76 2,31 2,05 1,78
11 0,5 5,62 4,15 3,37 2,88 2,49
12 0,2 7,65 5,53 4,44 3,72 3,21
13 8 : 1 1,0 1,84 1,56 1,41 1,29 1,20
14 0,8 3,15 2,40 2,07 1,78 1,62
15 0,5 5,11 3,66 2,95 2,51 2,27
16 0,2 7,09 4,92 3,90 3,25 2,88
Заключение
Таким образом, данные исследования свидетельствуют, реологические свойства суспензии, образующиеся при конверсии нитрата кальция карбонатом
аммония, вполне приемлемы для технологических целей, т.е. суспензии текучи и их можно легко транспортировать существующими перекачивающими устройствами без каких-либо ограничений.
Список литературы:
1. Алламуратова А.Ж., Эркаев А.У. Обогащение высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов с помощью растворов нитратных солей // ДАН Академии наук РУз. - Ташкент, 2010. - №5. - С. 57-60.
2. Алламуратова А.Ж., Эркаев А.У. Технологический контроль основных параметров переработки низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление.-2010. №6. С.19-23.
3. Алламуратова А.Ж., Эркаев А.У., Тоиров З.К., Реймов А.М. Технологические исследования получения фосфорсодержащих удобрений из азотнокислотной вытяжки фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2011. - т.88. - №3. - С. 109-114.
4. А.С. 538990 СССР. Способ получения карбоната кальция / Гольдинов А.Л., Новоселов Ф.И., Абрамов О.Б., Бевзенко И.И., Терещенко Л.Я., Тюрин Е.И., Логинов Н.Д., Афанасенко Б.П. // № 2029236/26; Заявлено 31.01.74; Опубликовано 15.12.76. Б.И. - 1976. - №46.
5. Гольдинов А.Л., Новоселов Ф.И., Абрамов О.Б., Афанасенко Б.П. Двухстадийный способ конверсии нитрата кальция в карбонат кальция и нитрат аммония // Химическая промышленность. - 1981. - № 2. - С. 32-33.
6. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. / Л.: Химия. - 1989. - С.340.
7. Растворимость СаСОэ в водных растворах нитрата аммония // Труды ГИАП.-Выпуск 31. -1975. - С.5-8.
8. Фридман С.Д., Скум Л.С., Поляков Н.Н., Беляева Н.Н., Кириндасова Р.Я. Конверсия нитрата кальция в карбонат кальция и нитрат аммония. // Труды ГИАП. Химия и технология азотных удобрений. Выпуск. 31. - М., 1975. - С. 8-11.
9. Allamuratova A. J., Erkaev A. U., Reymov A. M. Conversion of calcium nitrate solution obtained from Kyzylkum phosphorite with ammonium carbonate // American Chemical Science Journal. - 2016. Vol. 16(4). P.1-6.
