ПРИМЕНЕНИЕ СПОСОБА ВЫРАЖЕНИЯ ПРОЦЕНТНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ В ОПРЕДЕЛЁННЫХ ОБЛАСТЯХ НАУЧНОЙ ИССЛЕДОВАНИЙ
РАДЖАБОВ ШУХРАТ ХОЛМУРОДОВИЧ,
к.т.н. кафедры общей и аналитической химии
Дангаринской государственной Университета Тел: (+992) 555221185.
Самиева Ф.К.
- магистрантки второго курса кафедры общей и аналитической химии Дангаринской государственной Университета.
Тел: (+992) 900030464. Email.R. Shuhrat.Kh@mail. ru Адрес:735320, Республика Таджикистан. Хатлонская область, г. Дангара, улица Маркази -25. КАМОЛОВА Х.А.
магистрантки второго курса кафедры общей и аналитической химии Дангаринской государственной Университета.
Тел: (+992) 900030464. Email.R. Shuhrat.Kh@mail.ru
Республика Таджикистан обладает значительными запасами глиноземсодержащего сырья, которое из-за высокого содержания кремнезёма и невысокого содержания глинозема, а также отсутствия соответствующей научной базы и эффективной комплексной технологии переработки, не нашло широкого применения в промышленности страны.
Способ процентное выражения концентрации используют, например, в спектрофотомерии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также по традиции в фармакопейном анализе, при некоторые разработки по технологии переработки твердых отходов производства алюминия и исследование процесса получения глинозема из каолиновых глин соотечественного месторождения нашли широкого применения.
Ключевые слова: разложения, твёрдые отходы, фторсодержащие, серная кислота, каолиновая глина, спек, глинозем, выщелачивания, процентная концентрация, соотношения.
APPLICATION OF THE METHOD OF EXPRESSING THE PERCENTAGE
CONCENTRATION OF SOLUTIONS IN CERTAIN FIELDS OF SCIENTIFIC RESEARCH
RADJABOV SHUKHRAT KHOLMURODOVICH,
Ph.D. Department of General and Analytical Chemistry Dangara State University Tel: (+992) 555221185 SAMIEVA F.K.
- second-year undergraduate students of the Department of General and Analytical Chemistry Dangara State University.
Tel: (+992) 900030464. Email.R.Shuhrat.Kh@mail.ru KAMOLOV H.A. second-year undergraduate students of the Department of General and Analytical Chemistry Dangara State University.
Tel: (+992) 900030464. Email.R.Shuhrat.Kh@mail.ru
The Republic of Tajikistan has significant reserves of alumina-containing raw materials, which, due to the high content of silica and the low content of alumina, as well as the lack of an appropriate scientific base and an effective integrated processing technology, has not found wide application in the country's industry. The method of percentage expression of concentration is used, for example, in spectrophotometry, if the molar mass of a substance is unknown or if the composition of the mixture is unknown, as well as traditionally in pharmacopoeial analysis, with some developments in the technology of processing solid waste of aluminum production and research into the process of obtaining alumina from kaolin clays of a national deposit found wide application.
Key words: decomposition, solid waste, fluorine-containing, sulfuric acid, kaolin clay, cake, alumina, leaching, percentage concentration, ratio.
Введение. В науке химии иногда встречается использование так называемых «вес объёмных процентов», которые соответствуют массовой концентрации вещества, где единица измерения (г/100 мл воды) заменена на процент. Этот способ выражения и расчетов используют, в разных областях наукы например, в спектрофотомерии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также можно его использовать по традиции в фармакопейном анализе. Должны отметить, что поскольку масса и объём имеют разные размерности, использование процентов для их соотношения формально некорректно.
Также существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, при приготовлении растворов кислот в лабораторной практике часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). В общем также используют отношение масс (отношение массы растворённого вещества к массе растворителя) и отношение объёмов (аналогично, отношение объёма растворяемого вещества к объёму растворителя).
Разных сферах деятельности применяют разные виды выражения концентрации растворов, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т. п. [1].
Массовая доля (также называют процентной концентрацией)— отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.
где:
• mi — масса растворённого вещества, г (кг);
• m — общая масса раствора, г (кг).
Проблема утилизации фтор-углеродсодержащих отходов производство алюминия и их возврата в производственный цикл имеет экономическое и экологическое знания. Связи с этим к вопросу утилизации отходов удаляется большое внимание.
В ряде стран разработаны различные способы регенерации фтора из фторсодержащих отходов или же использования этих отходов в различных отраслях промышленности. Некоторые разработки по технологии переработки нашли промышленного применения [2].
Криолит используемый в электролитическом производстве алюминия в нашу страну завозиться из других стран, что чувствительно влияет на себестоимость получаемого металла. Поэтому в Яванском районе начаты строительство криолитового завода. Основным фторсодержащим сырьем для получения криолита является флюорит. В замен флюорита предлагается использования фторсодержащих отходов. По известной технологии флюоритовый концентрат разлагается серной кислотой в прямоточных или противоточных печах при температуре 180 - 220 0С с получением фтористого водорода [3].
В течение 35-36 летной производственной деятельности на территории завода образовалось более 1млн тонн твердых фтор-углеродсодержащих отходов (склады твердых отходов - СТО.) [4].
Результаты физико - химического анализа этих отходов приведены в Таблица 1.
Химический и минералогический состав компонентов свалки твердых отходов ТалКо
Компоне Химический состав, % масс.
нт F+ ^+3 ^2 Fe2Oз SO42- CaF2 Mg F2 C
Пыль и шлам газоочистны х аппаратов ЦЭА 12-16 9-12 9-11 0,3-0,6 1,0-1,6 2-5 0,7-1,0 0,60,9 16-30
Пена электролитна я 28-32 1213,5 15-17 0,1-0,4 0,3-0,5 0,8-1,0 1,01,6 20-25
Катодная футеровка(К Ф): уголние блоки 11-14 8-11 8,510,5 1,72,0 2,0-2,5 0,30,5 1,5-1,8 1,01,2 48-55
КФ: подовая набивка и серобелий слой 12-15 9-11 9-11 2,5-3,0 2,0-3,0 1,7-1,9 0,00,1 50-55
КФ: Первый слой шамотного кирпича 18-20 20-22 14-16 28-32 1,5-1,6 2,8-3,2 0,00,1 3,04,0
Мелкая фраксия свалки 24-27 13-15 1718,5 0,3-0,5 0,7-0,8 0,30,4 - 20-25
Криолит - глиназеная корка от демонтажа электролизер ов 20-24 27-30 20-24 0,5-0,7 0,7-1,0 - 1,01,4
Компонент Минералогический состав, % масс.
NaзAl F6 AhOз Si O2 Fe 2Oз №2 SO4 C aF2 M gF2 C
Пыль и шлам газоочистны х аппаратов ЦЭА 20-27 9-15 0,3-0,6 1,0-1,6 1,6-2,8 0,71,0 0,6-0,9 18-20
Пена электролитна я 46-56 15-17 0,1-0,4 0,3-0,5 0,81,0 1,0-1,6 20-25
Катодная футеровка(К Ф): уголние блоки 18-24 9-13 1,7-2,0 2,0-2,5 0,2-0,4 1,51,8 1,0-1,2 48-55
КФ: подовая набивка и серобелий слой 20-26 8-12 2,5-3,0 2,0-3,0 1,71,9 0,0-0,1 50-55
КФ: Первый слой 35-40 22-26 28 -32 1,5-1,6 - 2,83,2 0,0-0,1 2,0-4,0
шамотного кирпича
Мелкая фраксия свалки 40-50 14-18 0,3-0,5 0,7-0,8 0,2-0,3 - 20-26
Криолит - глиназеная корка от демонтажа электролизер ов 35-45 30-36 0,5-0,7 0,7-1,0 - 1,0-1,4
Как видно из результатов анализа составляющим компонентом является криолит, глинозем и углерод. Объемном исследования выбранного СТО, т.к. самая большая концентрация фтора находится именно в составе твердых отходов.
Для изучения сернокислотного разложения с целью получения плавиковой кислоты проба СТО измельчали до фракции менее 0,1мм. Концентрированная серная кислота дозировалась в соотношения Ж:Т = 2:1; 1:1 и 0,5:1. Температура процесса 100, 200 и 300 0С, а продолжительность разложения 30, 60, 120 и 180 мин. Эксперименты проводились в лабораторном реакторе, продуктивный газ (в основном НБ) улавливался с водой.
Результаты проведенных исследовании показывают, что на процесс разложения отхода влияют, как температура разложения, так и продолжительность и соотношения температуры разложения то 100 до 200 0С степень извлечения фтора Б2 состава отхода увеличивается от 60 до 85% дальнейшее повешения температуры приводит к увеличению степени выделения НБ, однако при повешения температуры увеличивается испарения серной кислоты, что загрязняет продуктивный НБ.
Соотношения Ж:Т менее 1:1 приводит к запустевания реакционной массы и уменьшается диффузионный процесс а увеличения количество кислоты по отношению к отходу приводит к излишнему расходу серной кислоты . Результаты опытов показывают, что оптимальным соотношением Ж:Т является 1:1 - 1,5 - 1.
Продолжительность процесса после 3мин смешивания компонентов реакции в течение 30 - 60мин из состава отхода выделяется до 85% НБ. В результате проведенных исследований доказана, что из состава измельченного твердого отхода сернокислотным способом можно извлекать до 90% фтора, что необходимо для получения криолита или других фтористых солей. Твердый остаток после кислотного разложения состоящий в основном из сульфатов натрия, алюминия и серной кислоты можно переработать по известной технологии и получить алюмонатриевые квасцы при нейтрализации которого полученной плавиковой кислотой получится криолит.
Осуществления технологии переработки СТО сернокислотным разложением в производства частично решается вопрос экологической обстановки ГУП ТалКо и получается дополнительный доход от замены вводимого сырья на местное.
Зависимость степени извлечения фтора из шихты при различных параметрах __кислотного разложения__
Прод ол. проце сса, мин
п/п Соотнош ение Т:Ж Температур а, °С Концентр ация Ш8О4, мас.% Степень извлечения фтора, %
1,0:1,5 20 260-280 90-92 64,7
1,0:1,5 20 260-280 90-92 76,8
1,0:1,5 20 260-280 90-92 81,7
1,0 1,5 20 260-280 90-92 86,3
1,0 1,5 20 260-280 90-92 91,3
1,0 1,5 20 260-280 90-92 93,9
1,0 1,5 20 260-280 90-92 94,2
1,0 1,5 20 260-280 90-92 94,8
1,0 1,5 20 260-280 90-92 95,1
1,0 1,5 20 260-280 90-92 93,9
1,0 1,0 20 260-280 90-92 93,9
1,0 0,8 20 260-280 90-92 87,3
1,0 1,0 15 260-280 90-92 84,4
1,0 1,0 20 260-280 90-92 93,9
1,0 1,0 25 260-280 90-92 91,2
1,0 1,0 30 260-280 90-92 87,4
1,0 1,0 20 160-180 90-92 61,0
1,0 1,0 20 200 90-92 74,2
1,0 1,0 20 240-260 90-92 93,9опт
1,0 1,0 20 260-280 90-92 93,9
1,0 1,0 20 240-260 80 85,2
1,0 1,0 20 240-260 70 71,9
Оптимальными условиями кислотного разложения свалки твердых отходов являются: температура - 210°С; длительность процесса - 30 минут; концентрация Ш804 -90-93% и отношение Ж:Т = 1:1, при этом степень извлечения фтора достигает 97,6мас.%.
Рисунок 2 - Зависимость степени извлечения фтора от температуры (а), продолжительности процесса (б), концентрации кислоты (в) и соотношения Ж:Т кислотного разложения (г).
Наш радной край Таджикистан обладает значительными запасами глиноземсодержащего сырья, которое из-за высокого содержания кремнезёма и невысокого содержания глинозема, а также отсутствия соответствующей научной базы и эффективной комплексной технологии переработки, не нашло широкого применения в промышленности страны.
В связи с этим физико-химическое исследование процесса получения глинозема из каолиновых глин соотечественного месторождения является актуальной задачей для Республики Таджикистана.
При этом быль проведен исследований по выщелачивании спека, полученный при оптимальных условиях из каолиновых глины, использованием раствора NaOH с процентной концентрацией от 5 до 12%. Растворы приготовились на основании теоретических расчетов по процентной концентрации.
По литературам выяснено что, когда выщелачивается спек возможно протекание следующих химических реакций по уравнениям:
Na2O•АhOз•SЮ2 + 2NaOH = Na2O•АhOз + Na2SiOз+H2O (1) СаО^АШ3^Ю2 + 2№ОН = СаО-АШ3^Ю2 + Na2SiOз + H2O (2) СаО- Fe2Oз•2SiO2 +2№ОН = СаО- Fe2Oз•SiO2+Na2SiOз + H2O (3) Как выясниться из следующих реакции извлечения оксида алюминия зависит от ряда факторов: химического состава и свойств спека, режима выщелачивания и аппаратурного оформления технологической схемы [5].
Проведенные исследования по процессу выщелачивания спека с целью извлечения глинозема из каолиновых глин в зависимости от концентрации раствора NaOH в %, температуры, продолжительности процесса и соотношения Т:Ж, (табл.2) показали, что оптимальным условием выщелачивания спека является: температура - 60-75оС, продолжительность процесса - 25-30 мин., концентрация NaOH - 10% и соотношение Т:Ж=1:2. При этом степень извлечения глинозема из спека составляет 90.4%.
Таблица 2.
Степень извлечения АЬОз из каолинового спека в зависимости от условий _выщелачивания_
Па1 Концентрац ия NaOH, % раметры процесса Соотношен ие Т:Ж выщелачивания Температу ра, оС Вре мя, мин. Степень извлечения, %
5 1 2 70 30 64.3
7,5 1 2 70 30 72.1
10 1 2 70 30 90.4
12,5 1 2 70 30 90.3
10 1 1 70 30 85.8
10 1 3 70 30 75.7
10 1 2 40 30 61.4
10 1 2 60 30 72.2
10 1 2 80 30 72.7
10 1 2 70 15 64.8
0
10 1:2 70 45 87.7
1
ЛИТЕРАТУРА
1 И. Я.Бернштейн, Ю. Л Каминский. Способы приготовления растворов на МедКурс. Ru.
2 С.П.Истомин , Б.П.Куликов , С.Г. Мясникова «Новое направления в технологии переработки высокодисперсных фторсодержащых отходов производства алюминия» Цветные металлы Т- 3. 1999г.
3 А. Гузь., Р.Г.Барановский «Производство криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия». М . Металлургия , 1964г.
4 Б.С.Азизов., Х.С.Сафиев., Д.Р.Рузиев. «Комплексная переработка отходов производства алюминия » , - Душанбе : ЭР - граф,2005 - 150с.
5 Лайнер Ю.А. Комплексная переработка алюминийсодержащего сырья кислотными способами. М.: Наука, 1982. - 208 с.