CC BY
25
ЖД UNIVERSUM:
№ 12 (57)_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_декабрь. 2018 г.
ПОЛУЧЕНИЕ БУРКЕИТА ИЗ СУЛЬФАТНЫХ СОЛЕЙ УЗБЕКИСТАНА
Кошанова Бибигул Турганбаевна
ассистент кафедры «Химическая технология неорганических веществ» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
Эркаев Актам Улашевич
д-р технических наук, профессор кафедры «Химическая технология неорганических веществ»
Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент [email protected]
Кучаров Бахром Хайриевич
доцент кафедры «Химическая технология неорганических веществ» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: kbx74@yandex. ru
Мамарасулов Бекзод Суннат угли
бакалавр кафедры «Химическая технология неорганических веществ» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент
OBTAINING BURKEEITA FROM SULPHATE SALTS OF UZBEKISTAN
Bibigul Koshanova
Assistant of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances
of the Tashkent Institute of Chemical Technology,
Uzbekistan, Tashkent
Aktam Erkaev
Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic Substances
Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent
Bakhrom Kucharov
Associate Professor, Department of Chemical Technology of Inorganic Substances,
Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent
Bekzod Mamarasulov
Bachelor, Department of Chemical Technology of Inorganic Substances,
Tashkent Institute of Chemical Technology, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Экспериментальным изучением растворимости солей в системе Na2SO4 - Na2CO3 - Н2О установлены концентрационный и температурный интервал образования буркеита - одного из важнейших компонентов для получения синтетических моющих средств. Это позволило разработать эффективную энергосберегающую технологию получения целевого продукта - буркеита из местного сырья - мирабилита Тумрюкского месторождения и Аральского моря (Узбекистан). Приводятся результаты химического и рентгенофазового анализа полученных образцов, подтверждающие их идентичность природному минералу буркеиту.
Библиографическое описание: Получение буркеита из сульфатных солей Узбекистана // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Кошанова Б.Т. [и др.]. 2018. № 12(57). URL: http://7universum.com/ru/ tech/ar-chive/item/6742
UNIVERSUM:
№ 12 (57)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_декабрь. 2018 г.
ABSTRACT
An experimental study of the solubility of salts in the Na2SO4 - Na2CO3 - H2O system established the concentration and temperature range for the formation of burkeite, one of the most important components for the production of synthetic detergents. This made it possible to develop an effective energy-saving technology for producing the target product — burkeite from local raw materials — mirabilite from the Tumryuk field and the Aral Sea (Uzbekistan). The results of chemical and X-ray phase analysis of the obtained samples are given, confirming their identity with the natural mineral burkeite.
Ключевые слова: буркеит, мирабилит, диаграмма растворимости, синтетические моющие средства, бинарная система.
Keywords: burkeite, mirabilite, solubility diagram, synthetic detergents, binary system.
Буркеит (2Na2SO4Na2CO3) является важнейшим компонентом для получения эффективных и экологически безопасных синтетических моющих средств (СМС). Экспериментально установлено, что при содержании в СМС 20-40% буркеита, повышается его главная моющая функция.
Существуют различные технологии получения буркеита [1-3]. В частности, применяется способ [3], где с целью повышения содержания буркеита в продукте к раствору сульфата натрия добавляют карбонат натрия при соотношении сульфата и карбоната натрия от 95:5 до 75:25. Такая процедура позволяет достигать концентрации суммы солей 10-25 масс.%, а содержание буркеита в продукте при этом достигает более 80 %.
Вместе с тем следует отметить, что у данного метода имеются существенные недостатки, обусловленные необходимостью применения чистого сульфата натрия и высоких энергозатрат для удаления избыточной воды из 10-25% раствора. При этом выход целевого продукта -буркеита не превышает 80-85%.
В другом способе [4] очистка сульфатов производится кальцинированной содой, в результате чего происходит выделение малорастворимой соли - бур-кеита. Затем осадок буркеита отделяют на вакуум-фильтре и промывают небольшим количеством воды, а фильтрат направляют на дальнейшее выпаривание.
Недостатками и этого способа также являются повышенные энергозатраты, недостаточная степень очистки сульфатов и невысокое содержание бурке-ита в готовом продукте.
Целью настоящего исследования является разработка технологии более экономичного способа получения буркеита из местных сырьевых источников.
Исходным сырьем для получения буркеита служил мирабилит Тумрюкского месторождения и Аральского моря. В работе также использовалась кальцинированная сода Унитарного предприятия (УП) «Кунградский содовый завод».
Теоретической основой разрабатываемой технологии послужил анализ и обобщение литературных данных о бинарных системах и экспериментальное исследование узловых точек тройной системы Na2CO3-Na2SO4-H2O, что, в свою очередь, позволило изучить взаимную растворимость солей в данной системе изотермическим методом при температурах 30 и 700С [5; 6].
Экспериментально было установлено, что в интервале концентрации растворов 24,81-30,80% и 0,0-
7,0% сульфата и карбоната натрия, соответственно, в системе кристаллизуется тенардит. Интервалу концентраций 3,90-24,70% сульфата натрия и 8,0628,90% карбоната натрия соответствуют области кристаллизации буркеита (2Na2SO4•Na2COз), который занимает основную часть диаграммы растворимости. Это указывает на его малую растворимость относительно других компонентов системы. Области кристаллизации одноводного карбоната натрия соответствует раствор с содержанием 0-2,35% Na2SO4 и 29,91-31,37% ^Шэ.
Анализ диаграммы растворимости при 700С показывает, что наблюдается исчезновение полей кристаллизации мирабилита, семи- и десятиводного карбоната натрия и появление поля кристаллизации моноводного карбоната натрия.
Таким образом, по результатам анализа системы Na2SO4 - №2^3 - H2O предложено два варианта получения буркеита.
Первый вариант включает четыре стадии, а другой - две.
Стадиями первого варианта являются:
• очистка раствора сульфата натрия;
• получение тенардита и растворов при 30оС и 70оС;
• получение буркеита и карбоната натрия;
• получение буркеита и растворов при 30оС и 70оС из тенардита, образующегося на третьей стадии.
Стадии второго варианта являются:
• очистка раствора сульфата натрия;
• получение буркеита и растворов при 30оС и 70оС из очищенных растворов сульфата и карбоната натрия.
Расход исходных компонентов рассчитывался по специально разработанным формулам для каждого варианта и этапа производственного процесса [7].
Как было отмечено выше, в экспериментальных исследованиях использовали природный мирабилит побережья Аральского моря состава, масс. %: Na2O -37,41; SO4 - 57,66; CaO - 0,06; MgO - 0,02; нерастворимые вещества - 0,1; известковое молоко 5%-ной концентрации и кальцинированную соду, произведенную на УП «Кунградский содовый завод».
Очищенные при различных температурах растворы сульфата натрия имели следующий химический состав, масс. %:
• при 30оС: Na2SO4 - 29,15; CaO - 0,001; MgO -0,002;
№ 12 (57)
• при 70оС: Na2SO4 - 30,80; CaO - 0,001; MgO -0,003.
При очистке 100 кг раствора при 300С и 700С получается 22,35 и 23,60, соответственно, по первому технологическому варианту получения буркеита и 42,0 и 49,69 кг буркеита - по второму варианту.
Экспериментальные данные показали, что с повышением температуры от 30 до 70оС выход буркеита повышается с 22,35 до 42,00 кг при 30оС и с 23,60 до 49,69 кг при 70оС по первому и второму варианту, соответственно. Таким образом, оптимальным
декабрь, 2018 г.
можно считать второй вариант процесса, осуществляемый при 70оС.
Изучение системы Na2COз-Na2SO4-H2O также показывает, что для получения буркеита из очищенных растворов сульфата натрия, концентрацию последнего необходимо поддерживать в интервалах 2930 %.
В таблице 1 приведены результаты химического анализа образцов буркеита, полученных на модельной установке при соответствующих температурных и концентрационных режимах, а на рисунке 1 представлены рентгенограммы этих образцов [8].
Таблица 1.
Результаты химического анализа образцов буркеита, полученных на модельной установке
№ t oC Химический состав буркеита масс.: % SO42-/ Ш32- ^2Ш3/ Na2SO4 Содержание буркеита, % Выход на первый цикл, %
№+ SO42- ТО32"
1 70 33,97 45,73 20,33 2,25 0,90 69,23 30,24
2 90 35,19 41,45 23,36 1,77 0,90 55,31 58,09
3 90 34,57 48,39 17,04 2,84 0,89 98,75 51,73
Образец № 1
а аазгач ТХТ—В11
Г1 тпе = ое-25—1*7 12:24:20
ТиЬе = Си(1 .54060 А) -^оХ Ьаде = ЗО.О СиггепЬ = ЗО.О тА
Напде = 4.0000 <—> 80-0000 сЗе д вЪер 51ге г 0-020 0 аед
Тате = О.ЗО эес 05 = 1.00 йед 33 : 1.00 йед ИЗ г О.ЗО
4000 РЗгоц) : Э II п 1 II | 1 1 | 1 : [ У [ Е11]
1 ИЛ
О л) и к 1
ТЪйа-гТТтеЛэ (с!ед)
Образец № 2
□ сЗвлгсЗЧ ТХТ В2 X
= 0 8-2 5-17 12:49=26
= Си(1.54аеа А) ТТоХ
= 1-ОООО <> 80-0000 г О-ЗО эес ЭИЬ Е
аде = ЗО- О № : X _ О а с!ед 3
-иптепЬ = ЗО - О тА
О - О 2 О О с!ед = X _ О О <1ед ИЗ ; О.ЗО
[СЗгоцэ :3 апйагс!. : ТХТ-Б21]
II
Лл Л
ТЪеЛа-гТЪеЛа <с1ед)
№ 12 (57)
декабрь, 2018
Образец № 3
Рисунок 1. Рентгенограммы образцов буркеита, полученных на модельной установке в условиях,
соответствующих номерам образцов табл.1
Из полученных результатов химического и рент-генофазового анализов образцов на содержание в них Na2O, SOз и СО2 следует, что состав и кристаллические характеристики полученного продукта соответствуют природному минералу буркеит - 2Na2SO4 • №2ТО3.
В ранее предложенной нами технологии [7], процесс получение буркеита включал стадии растворения и очистки растворов мирабилита с отделением
твердой фазы буркеита и добавления к нему кальцинированной соды, с последующим отделением буркеита из пульпы и возвращение маточного раствора в начало процесса.
На основании этой технологии нами предлагается блочная схема производства буркеита из природных марабилитов и кальцинированной соды УП «Кунградский содовый завод». На рисунке 2 приводится блочная схема, поясняющая этот технологический процесс.
Продукт
Рисунок 2. Блочная схема получения буркеита:
1 - растворение; 2-конверсия; 3-кристаллизация; 4-фильтрация; 5-сушка.
Согласно блочной схеме получения буркеита на модельной установке, смонтированной на УП «Кунградский содовый завод», вода подавалась в процесс из линии водооборотного цикла предприятия и сюда же поступали очищенный раствор сульфата натрия, маточный раствор и твердая кальцинированная сода. Водный раствор сульфата натрия готовился в растворителе (поз. 1), при температуре 50°С и подавался при соотношении Na2COз:Na2SO4 = 1:(0,5-2,0) в реактор (поз. 2), снабженный паровой рубашкой и перемешивающим устройством. В реакторе (поз.3) при температуре 70-90°С в течение 15-30 минут проводился
синтез буркеита с образованием суспензии, которая поступала для разделения твердой и жидкой фазы на нутч-фильтр (поз. 4), где вакуум создавали с помощью вакуум-насоса. Жидкая фаза (маточный раствор) направлялась в сборник фильтрата и далее цир-кулировалась на стадию растворения или выпарки. Влажный осадок буркеита подавался на сушку (поз.5) при температуре более 100°С. После сушки получали готовый продукт с влажностью не более 0,3-0,6%.
На основании проведенных исследований были установлены следующие оптимальные технологические параметры производства буркеита:
№ 12 (57)
декабрь, 2018
температура воды и/или циркулирующего раствора, °С 20-40
температура процесса конверсии, °С 75-90
продолжительность процесса растворения, мин 30-60
массовое соотношение исходных компонентов №2С03:№^04:Н20 1:(0,5-2,0)
состав циркулирующего маточного раствора, %
№2С03 13,06-28,90
Na2SO4 3,90-12,49
Н2О 58,01-83,84
содержание буркеита в продукте, масс.% 88,7-92,05
Таким образом, на основании проведенных исследований системы Na2SO4 - №2С03 - Н2О были установлены концентрационный и температурный
интервал образования буркеита и предложена эффективная технологическая схема получения целевого продукта - буркеита из местных сырьевых источников.
Список литературы:
1. Кошанова Б.Т., Эркаев А.У., Таиров З.К., Юлчиев М.Р. Технология получения буркеита из природного мирабилита // Хим.технология. Контроль и упр. - 2013. - №4. - С.30-35.
2. Сумич А.И. Получение солевых композиций для малофосфатных и бесфосфатных моющих средств агломерационным способом // Автореф.....канд. техн. наук. - Минск:, БГУТ, 2017. -29 с.
3. Патент RU 2430151 С2. Покрытые оболочкой частицы перкарбоната натрия / Ш. Лайнингер, Х. Якоб, У. Коттке. / Дата публикации заявки: 10.09.2010.
4. http://pandia.ru/text/78/443/15826-9. Технология растворения полидисперсной соли. (Дата обращения 14.12.2018).
5. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Озерные соли. - Москва, 2007. - 43 с.
6. Сумич А.И., Ещенко А.И. Исследование состава солей кислот (НхАп), образующихся при «сухой» нейтрализации в системе №2С03 - НхАп - Н2О // Труды БГТУ, серия 2. - 2018. - №2. - С.89-92.
7. Патент ГО - № 1АР 05634. Способ получения буркеита. / А.У. Эркаев, Б.Т. Кошанова , А.К. Бегдуллаев и др. Опубликован: Расмий ахборотнома (Бюллетень интеллектуальной собственности РУз 2018. - №8(208). -С.37.
8. Ковба Л.М., Трунов В.К. Рентгенофазовый анализ.- М.: Изд-во МГУ, 1969. - 160с.
