CC BY
50
УДК 661.832.321
УДАЛЕНИЕ ХЛОРИДА НАТРИЯ ИЗ ФЛОТОКОНЦЕНТРАТА KCl ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ
В.В. Вахрушев, В.З. Пойлов, О.К Косвинцев*
Пермский национальный исследовательский политехнический университет *Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Березники
Emaii: [email protected]
Изучен процесс ультразвуковой обработки единичного кристалла флотоконцентрата хлорида калия в насыщенных солевых растворах KCi~H2Q и KCi-NaCi~H2Q. С использованием метода электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа установлено, что при ультразвуковом воздействии происходит удаление адсорбированных и вросших блоков примеси NaCi с поверхности кристаллов флотоконцентрата KCi.
Ключевые слова:
Флотоконцентрат хлорида калия, хлорид натрия, ультразвуковая обработка, рентгеноспектральный анализ.
Key words:
Fioat concentrate of potassium chioride, sodium chioride, uitrasonic treatment, X-ray anaiysis.
В производстве хлорида калия флотационным способом для повышения содержания основного компонента (КС1) в готовом продукте флотоконцентрат КС1 выщелачивают водой или растворами, ненасыщенными по хлоридам калия и натрия. При этом происходит растворение основной примеси №С1 и частичное растворение хлорида калия. Эффективность удаления №С1 зависит от различных факторов (размер частиц, температура, гидродинамический режим, состав выщелачивающего раствора), а также от природы внедрения и расположения примеси №С1 в кристаллах флотоконцентрата (капсулированного внутри объема кристалла КС1; капсулированного кристалла, граничащего с поверхностью КС1; адсорбированного на поверхности кристалла КС1) [1, 2]. Согласно литературным [3] и нашим данным [4] эффективность процесса выщелачивания можно повысить за счет применения ультразвуковой обработки (УЗО). Целью настоящей работы являлось определение влияния ультразвуковой обработки на отделение примеси хлорида натрия с поверхности кристалла флотоконцентрата хлорида калия, помещенного в насыщенные солевые растворы КС1-Н2О и КС1-№С1-Н2О.
В качестве объекта исследований использовались отдельные кристаллы флотоконцентрата КС1 крупностью +2 мм флотационной обогатительной фабрики БКПРУ-2 ОАО «Уралкалий». В качестве жидкой фазы использовали два вида растворов, насыщенных при температуре 25 °С: 1) раствор хлорида калия; 2) раствор, насыщенный по хлоридам калия и натрия. Для проведения экспериментов применяли установку, включавшую в себя ультразвуковой генератор с излучателем погружного типа и термостат. На рис. 1 изображен фрагмент установки, представляющий собой вертикально расположенный излучатель ультразвука 1, на торцевой части которого находится насыщенный раствор 2 с помещенным в него кристаллом флотоконцен-трата хлорида калия 3.
Рис. 1. Фрагмент установки для обработки едининичного кристалла флотоконцентрата хлорида калия: 1) ультразвуковой излучатель; 2) насыщенный раствор; 3) кристалл флотоконцентрата хлорида калия
Состояние поверхности кристаллов флотоконцентрата оценивали по микрофотографиям, полученным с использованием метода сканирующей электронной микроскопии в режиме регистрации отраженных (обратно-рассеянных) электронов [5]. Наличие примесной фазы №С1 на поверхности флотоконцентрата определяли с помощью рентгеноспектрального анализа. Такой анализ позволил снизить влияние топографического изображения поверхности кристалла флотоконцентрата КС1 на отображение примеси хлорида натрия [6].
Методика проведения эксперимента и анализа заключалась в следующем. Из общей массы флото-концентрата отбирали единичный прозрачный кристалл с включениями хлорида натрия, не содержащий примеси нерастворимых веществ. Исходный кристалл флотоконцентрата хлорида калия анализировали с помощью электронного микроскопа НйасЫ 8-3400К с приставкой фирмы «Бга-
ker» для рентгеноспектрального анализа. Далее кристалл помещали в насыщенный раствор на поверхность ультразвукового излучателя и подвергали изучаемый объект ультразвуковой обработке частотой 22 кГц с интенсивностью 25 Вт/см2ипро-должительностью 30 с. Сушку обработанного кристалла осуществляли галогеновой лампой, после чего кристалл анализировали методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа.
Рис. 2. Поверхность исходного кристалла флотоконцентрата КСІ (светлая область) с вросшим блоком ЫэС1 (темная область)
На рис. 2 представлена микрофотография поверхности исходного кристалла флотоконцентрата с метками о и ▲ в точках, в которых осуществляли рентгеноспектральный анализ. Видно, что на поверхности кристалла флотоконцентрата присутствует примесная фаза, внедренная в основную
фазу в виде отдельного блока, видимая часть которого имеет размеры 200x150 мкм. Рентгеноспектральный анализ (рис. 3) показал, что данная примесь состоит из хлорида натрия с небольшим содержанием хлорида калия, который представлен в виде разрозненных прозрачных микрокристаллов, адсорбированных на поверхности блока примеси. Такие примеси №0 сложно полностью удалить при обычном выщелачивании в растворе, ненасыщенном по хлориду натрия, поскольку оно протекает за счет послойного растворения примеси №0 с поверхности в глубь кристалла
Поверхность кристалла флотоконцентрата ВО после проведения ультразвуковой обработки приведена на рис. 4, на котором метки о и ▲ обозначают области рентгеноспектрального анализа. Видно, что в среде раствора 1 наблюдается полное удаление вросшего блока №0. Область поверхности кристалла флотоконцентрата ВО, где ранее находилась примесь хлорида натрия, после УЗО представлена в виде лунки с большей площадью, чем у видимой части примеси в исходном кристалле флотоконцентрата. При этом на всей поверхности лунки присутствует значительное количество каверн, которые образуются в результате воздействия кавитационных пузырьков, генерируемых при ультразвуковой обработке.
Для установления возможности удаления примеси хлорида натрия в среде растворов, насыщенных по и №0, проведена ультразвуковая обработка единичного кристалла флотоконцентрата ^і в растворе 2. Нарис. 5 представлены микрофотографии поверхности кристалла флотоконцен-трата до и после ультразвуковой обработки заданной интенсивности и частоты в растворе 2.
Рис 3. Характеристические спектры поверхности исходного кристалла флотоконцентрата КС!: а) фаза примеси ЫаС! с меткой о; б) основная фаза КС! с меткой ▲
Рис. 4. Поверхность лунки флотоконцентрата KCI после удаления вросшего блока NaCI с помощью ультразвука
Из полученных результатов (рис. 5, а) видно, что примесь NaCl в исходном кристалле флотоконцентрата KCl находится на поверхности в виде отдельных (темных) блоков различных геометрических размеров. Примесь хлорида натрия представлена в виде адсорбированных (слабо закрепленных) кристаллов и прочно закрепленных (капсули-рованных) кристаллов, граничащих споверхно-стью флотоконцентрата. Части наиболее крупных блоков имеют размер 50x20 мкм. После УЗО в среде насыщенного по KCl и NaCl раствора (рис. 5, б) все примесные включения хлорида натрия полностью удаляются с поверхности кристалла флото-концентрата, что подтверждено результатами рентгеноспектрального анализа. Состояние поверхности кристаллов после ультразвукового воздействия в растворах 1 (рис. 4) и 2 (рис. 5, б) не имеет значительных отличий. Поскольку раствор 2 насыщен по хлоридам калия и натрия, то растворение примеси NaCl протекать не может. Из этого следует, что удаление блоков NaCl с поверхности флото-концентрата происходит за счет ультразвуковой обработки. После такой обработки на поверхности
кристалла наблюдается также незначительная эрозия поверхности кристалла флотоконцентрата KCl.
Исходя из анализа литературных данных [3, 7] и полученных результатов следует, что удаление вросшего блока хлорида натрия из кристалла флотоконцентрата хлорида калия происходит следующим образом. В граничном слое раздела твердых фаз KCl-NaCl, пропитанном насыщенным раствором, за счет воздействия ультразвука возникает большое количество микропузырьков. В процессе их разрушения образуются ударные волны, создающие микротрещины на границе раздела фаз KCl-NaCl, по которым происходит разрушение пограничного слоя. Развитие микротрещин и разрушение пограничного слоя способствует дальнейшему проникновению жидкой фазы вглубь мест спайности и отделению частиц примеси хлорида натрия от поверхности кристалла флотоконцен-трата. В результате этого за короткий промежуток времени (порядка 30 с) происходит удаление всего блока NaCl. Применение ультразвуковой обработки позволяет перевести процесс удаления примесей хлорида натрия (как слабо, так и прочно закрепленных на поверхности флотоконцентрата KCl) из режима послойного растворения блока NaCl, происходящего при выщелачивании, в режим отделения частиц NaCl в виде блоков, что существенно увеличивает скорость процесса отделения примеси хлорида натрия.
Выводы
Показано, что примеси хлорида натрия на поверхности флотоконцентрата KCl присутствуют в виде адсорбированных (слабо закрепленных) кристаллов и прочно закрепленных (капсулиро-ванных) кристаллов. Установлено, что ультразвуковая обработка флотоконцентрата KCl, помещенного в насыщенные солевые растворы KCl-^О и KCl-NaCl-^О, позволяет интенсифицировать процесс удаления примесей хлорида натрия за счет отделения частиц NaCl в виде блоков.
. ф*.к і
і > •* >і • ; ■
Ц' ' ■ '-V
шшвиш: і ш
X • л ' ' $:■- , ' -
^,,1- «ь.г
* ' »-• . і,-
о
Рис. 5. Микрофотографии поверхности кристалла флотоконцентрата КС!: а) исходный; б) после ультразвуковой обработки в растворе 2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Тетерина Н.Н., Сабиров Р.Х., Сквирский Л.Я., Кириченко Л.Н. Технология флотационного обогащения калийных руд. - Пермь, ОГУП «Соликамская типография», 2002. -484 с.
2. Пойлов В.З. Основы технологий некоторых кристаллических продуктов с заданными свойствами: дис. ... д-ра техн. наук. -Пермь, 1998. - 485 с.
3. Медведев А.С. Выщелачивание и способы его интенсификации. - М.: МИСиС, 2005. - 240 с.
4. Вахрушев В.В., Пойлов В.З., Косвинцев О.К., Кузьминых К.Г Исследование процесса выщелачивания флотоконцентрата
хлорида калия // Вестник ПГТУ. Химическая технология и биотехнология. - 2010. - № 11. - С. 53-61.
5. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П., Джой Д., Фиори Ч., Лифшин Э. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: в 2-х кн. Кн. 1. - М.: Мир, 1984. - 303 с.
6. Рид С. Дж. Б. Электронно-зондовый микроанализ и растровая электронная микроскопия в геологии. - М.: Техносфера, 2008. - 232 с.
7. Аксельруд Г.А., Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. - М.: Химия, 1977. - 272 с.
Поступила 18.09.2012 г.
УДК 543.544.45
ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГУМИНОВЫХ КИСЛОТ НА ПОВЕРХНОСТИ СИЛИКАГЕЛЯ ЧЕРЕЗ СЛОЙ ПОЛИМЕТИЛЕНГУАНИДИНА
О.В. Ветрова*, М.С. Бурметьева**, М.А. Гавриленко
*Институт мониторинга климатических и экологических систем ТНЦ СО РАН **Томский государственный университет Томский политехнический университет E-maiI: [email protected]
Предложен сорбент на основе гуминовых кислот, нанесенных на силикагель через промежуточный слой полигексаметиленгуа-нидина, и изучены его сорбционные свойства по отношению к основным органическим загрязнителям водных сред. Рассчитаны константы стабильности комплексообразования и показана эффективность закрепления гуминовых кислот через аминосодержащий полимер.
Ключевые слова:
Гуминовые кислоты, полигексаметиленгуанидин, силикагель, сорбция.
Key words:
Humicacids, poIyhexamethyIeneguanidine, silica-geI, sorption.
В качестве сорбентов для очистки водных сред, загрязненных разнообразными отходами производств и химических процессов, применяется множество материалов естественного и искусственного происхождения: песок, глины, древесина, активированные угли, в т. ч. сорбенты на основе торфа [1-4]. Для этой цели используют как пепосред-ственно торф, так и продукты его механического и химического модифицирования, включая минеральные вещества, связующие различной природы или наночастицы [5-9]. Определяющей сорбциоп-ной характеристикой являются константы ста-бильпости комплексов, образуемых между сорба-тами и гуминовыми кислотами (ГК). В настоящей работе изучена сорбционная способность и физико-химические характеристики ГК па поверхности силикагеля, закрепленных через слой полигекса-метиленгуанидина.
Работа проведена па газовом хроматографе Agilent Technologies 6890N с пламеппо-иопизациоп-ным детектором и приставкой парофазного ввода пробы Agilent 7694E Headspace Sampler. В работе использовали капиллярную колонку DB-5: длина 30 м, внутренний диаметр 0,25 мм, толщина пленки 0,25 мкм, делитель потока 1:1. Скорость прохожде-
ния газа через колонку 4 мл/мин. Температура детектора и инжектора составляла 320 °С, использовали делитель потока 1:40, скорость гелия 2 мл/мин. Режим программирования температуры: 90.300 °С при скорости 10 град/мин и 13 мин при 300 °С.
В качестве источника гуминовых кислот использовали низинный торф со степенью разложения 22 %, предоставленный ИМКЭС ТНЦ СО РАН. Первоначально 100 г торфа растирали под сито с диаметром ячеек 2 мм, затем добавляли смесь этанол: гексан (1:1) до соотношения 3:1, затем жидкую фазу отфильтровывали. Твердый остаток промывали 0,1 моль/л НС1, встряхивая в течение часа для удаления остатков кремневых кислот, глины и карбонатов. Затем к обработанному торфу добавляли 900 мл 0,1 М №ОН, перемешивали на вибросмесителе 4 ч, выдерживали при комнатной температуре 12 ч и центрифугировали при 3000 об/мин. К щелочному экстракту добавляли 100 мл 5 н. НС1 до рН=1, выдерживали при комнатной температуре 12 ч, затем также центрифугировали при 3000 об/мин. Полученный осадок гумино-вых кислот промывали дистиллированной водой до нейтральной среды и высушивали при комнатной температуре. Выход ГК составил 21,9 % мас.
