CC BY
64
УДК 621.35
ПОЛУЧЕНИЕ УДОБРЕНИЯ ИЗ ОТХОДОВ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЛИЗОМ
© 2008 г. Н.А. Абдуллаева, А.Б. Исаев
Защита окружающей среды от воздействия вредных веществ и создание экологически безвредных технологий становится первостепенной задачей. Успешное решение этой важной задачи требует разработки новых технологий, при которых отходы одного вида становятся основным или одним из основных компонентов нового производства.
Хлорид кальция является многотоннажным отходом и основным компонентом дистиллерной жидко -сти, образующейся при производстве соды по способу Сольве, с целью его утилизации предполагают расширить использование хлорида кальция в органическом синтезе для получения НС1 и хлорсульфоновых кислот. Содовые заводы после удовлетворения внутренних потребностей могут стать экспортёрами безводного СаС12 в страны Европы и СНГ.
Применение дистиллерной жидкости для получения СаС12 не полностью решает проблемы сброса хлоридов, так как масштабы потребления хлорида кальция сравнительно невелики. На основе зарубежных данных известно, что наиболее крупными потребителями СаС12 являются дорожные и коммунальные хозяйства [1]. По сравнению с №С1, раствор СаС12 обладает более низкой температурой замерзания, что представляет несомненное преимущество хлорида кальция. Ограниченность практического использования отходов содового производства объясняется загрязненностью СаС12 хлоридами аммония и натрия.
При получении одной тонны соды с дистиллерной жидкостью выбрасывается около тонны хлорида кальция, 0,5 т хлорида натрия и 0,03 т других солей [2]. Сода по масштабам ее производства входит в первую десятку самых многотоннажных продуктов химической промышленности - 34-35 млн т в год, и наблюдается ежегодный рост на 5,5-6,0 млн т [3], соответственно можно оценить и количество отходов, выбрасываемых ежегодно в окружающую среду и наносящих ей огромный вред. Наша страна по производству кальцинированной соды занимает второе место в мире [4].
Без разработки схем утилизации получаемых отходов и создания безотходных технологий возрастает себестоимость получения соды для удовлетворения потребности народного хозяйства.
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию старых и созданию новых способов утилизации жидких и твердых хлоридных отходов по следующим направлениям [5]:
- сброс хлоридных отходов в естественные наземные накопители большой емкости или сооружение их на непригодных для сельского хозяйства землях с принятием мер по их гидроизоляции;
- подземное захоронение хлоридных отходов в отработанных нефтяных пластах или в глубинных выемках земли ниже водоносных горизонтов [6];
- комбинированное получение соды и товарных продуктов с целью утилизации хлоридов.
В связи с этим разработка эффективных методов утилизации хлорида кальция и получение ценных химических продуктов предполагает комплексный подход к решению этой важной проблемы, заключающейся как в использовании хорошо изученных известных процессов, так и в исследовании, разработке и применения новых, более эффективных способов, а также в умелом и рациональном их сочетании.
В связи с тем что нитрат кальция находит широкое применение в качестве жидкого удобрения, нами были проведены исследования по синтезу этого соединения электролизом в двухкамерном электролизере с использованием в качестве анолита модельного раствора дистиллерной жидкости, католита - раствора азотной кислоты.
Катодная реакция восстановления нитратов кальция, натрия и аммония недостаточно изучена, в связи с чем методом вольтамперометрии исследованы закономерности протекания катодных реакций в указанных растворах (рис. 1). Из рис. 1 следует, что при низких концентрациях нитратов в растворе наблюдается только выделение водорода, которое начинается при потенциале -0,4 ... -0,65 В (х.с.э.), что объясняется, по-видимому, адсорбцией ионов кальция на поверхности платинового электрода и соответствующим смещениям потенциала в отрицательную сторону.
С увеличением же концентрации нитрата кальция в растворе (рис. 2) на вольтамперной кривой, полученной на платиновом электроде в растворе 1,5 М Са(МО3)2, наблюдаются два прямолинейных участка, соответствующих катодному восстановлению нитрата кальция и образованию газообразного водорода.
I10-2, А
6 -
2 -
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0 E, В
4
2
0,4
0,6
0,8
- E, В
помещали 0,1 М раствор азотной кислоты, в анодную -1,8 М раствор, содержащий хлориды кальция, натрия и аммония. Электролиз проводился в гальваностатическом режиме в течение двух часов. Напряжение на электролизере при этом составляло 3,0-3,1 В.
Полученные экспериментальные данные по синтезу нитрата кальция из растворов хлоридов кальция, натрия и аммония представлены в таблице.
Зависимость выхода нитрата кальция по току от плотности тока
i, А/см2 0,013 0,025 0,050 0,100
ВТ, % 89,0 90,6 91,7 92,4
Рис. 1. Катодные вольтамперные кривые выделения водорода из растворов нитратов: 1 - [0,63М КаЫ03 + 0,95М Са(Ш3)2 + +0,043М ЫН4К03)]; 2 - 0,63М №Ж>3; 3 - 0,043М №,N0;,; 4 - 0,95М Са(Ш3)2
I10-4, мА
Рис. 2. Катодная вольтамперная кривая на платиновом электроде в 1,5 М растворе нитрата кальция
Нитрит кальция, образующийся при электрохимическом восстановлении нитрата, легко окисляется кислородом воздуха до нитрата.
С учетом полученных вольтамперных зависимостей нами был исследован процесс образования нитрата кальция в электролизере, в катодную камеру которого
Как видно из полученных данных, с увеличением плотности тока происходит незначительный рост выходов по току нитрата кальция.
Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать вывод о том, что электрохимической переработкой отходов содового производства можно получить жидкое удобрение, состоящее из нитратов кальция, натрия и аммония. При этом в качестве продукта образуется газообразный хлор, используемый для обеззараживания питьевых и сточных вод и получения ценных хлорсодержащих соединений.
Литература
1. Миткевич Э.М., Золотарева Л.Н., Логвин В.А. // Между-нар. симпозиум социалистических стран по содовой промышленности. Харьков, 1969.
2. Белик А.Я., Заир-бек Я.С. Производство соды и окружающая среда. М., 1980.
3. Исаров Л.А. Содовая промышленность за рубежом: Обз. инф. М., 1982.
4. Шокин И.Н., Крашенников С.А. Технология соды. М.,
1975.
5. Охрана окружающей среды содовой промышленности / Тр. ГосНИИ проектн. ин-та осн. химии (НИОХИМ). Харьков, 1978. Т. 47. С. 22.
6. Куцина М.И. Исследование по подготовке дистиллерной жидкости содового производства для транспортирования ее и заводнения водных пластов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 1973.
Дагестанский государственный университет, Махачкала
24 октября 2007 г.
4
6
