CC BY
16
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
ЖИДКОФАЗНАЯ КОНВЕРСИЯ ПРИРОДНОГО ГИПСА С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА КАРБОНАТА АММОНИЯ
Холмуродов Жамшид Эркинович
базовый докторант, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган, E-mail: [email protected]
Намазов Шафоат Саттарович
д-р техн. наук, проф., акад., Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: diana-ye@yandex. com
Раджабов Рузмат
канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: radjabov. r@yandex. com
Сейтназаров Атаназар Рейпназарович
д-р техн. наук,
Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: atanazar 77@mail. ru
Муродов Жавлонбек Зафар угли
магистрант,
Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара, E-mail: [email protected]
LIQUID-PHASE CONVERSION OF NATURAL GYPSUM USING AMMONIUM CARBONATE SOLUTION
Jamshid Kholmurodov
Basic doctoral student, Namangan Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan
Shafoat Namazov
Doctor of Technical Sciences, professor, academician, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Ruzmat Radjabov
PhD, senior researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Atanazar Seytnazarov
Doctor of Technical Sciences, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ЖИДКОФАЗНАЯ КОНВЕРСИЯ ПРИРОДНОГО ГИПСА С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА КАРБОНАТА АММОНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Холмуродов Ж.Э. [и др.]. 2022. 9(102). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/14244
A UNiVERSUM:
№ 9 (102)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_сентябрь. 2022 г.
Javlonbek Murodov
Master,
Bukhara Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan
АННОТАЦИЯ
Изучен процесс жидкостной конверсии природного гипса месторождения «Шорсув» (SO3 - 45,83%, CaO -32,26% и нерастворимый остаток - 1,58%) в зависимости от нормы карбоната аммония (100; 105 и 110%) и времени взаимодействия компонентов (5; 15 и 30 минут) при температуре 50оС. Установлена оптимальная норма карбоната аммония - 105% и время взаимодействия - 30 минут, при которых степень конверсии гипса составляет 97.86% и скорость фильтрации карбонатного шлама - 1076 кг/м2ч.
ABSTRACT
The process of liquid conversion of natural gypsum from «Shorsuv» deposit (SO3 - 45.83%, CaO - 32.26% and insoluble residue - 1.58%) depending on the rate of ammonium carbonate (100; 105 and 110%) and the time of interaction of the components (5; 15 and 30 minutes) at a temperature of 50°C. The optimal rate of ammonium carbonate is 105% and the interaction time is 30 minutes, at which the degree of gypsum conversion is 97.86% and the filtration rate of carbonate sludge is 1076 kg/m2h.
Ключевые слова: природный гипс, карбонат аммония, жидкостная конверсия, степень конверсии гипса, скорость фильтрации, раствор сульфата аммония.
Keywords: natural gypsum, ammonium carbonate, liquid conversion, gypsum conversion rate, filtration rate, ammonium sulfate solution.
На территории Узбекистана имеется 25 разведанных месторождений гипса и ангидрита, в том числе по областям: Андижанской - 8; Джизакской-3; Кашкадаринской-2; Самаркандской - 4; Сурхан-дарьинской - 4; Ташкентской - 1; Ферганской - 2 и Каракалпакии - 1.
Наиболее крупными месторождениями являются Кунгуртауское и Каганское месторождения, расположенные в Самаркандской и Бухарской областях, соответственно. Наиболее приемлемым для разработки является Каганское месторождение, где переработку ведут предприятия СП-АО «Бухара-гипс» и ИП-ООО КНАУФ «ГИПС БУХАРА».
Содержание CaSO4 в гипсовых рудах указанных месторождений высокое, колеблется в пределах 7274%. Среднее содержание в них SOз составляет 36%. Промышленные партии руды содержат и незначительных количеств нерастворимого в кислотах остатка, в пределах 0,2-0,5%. Лишь в некоторых партиях его содержание может достичь 1,8%. Встречаются и образцы, содержащие окислов алюминия и магния, но, в основном, в виде примесей, но с небольшими их концентрациями, не превышающие 0,1-0,5%.
В Ферганской долине расположено месторождение гипса «Шорсув», представляющий промышленный интерес, запасы которых составляет более 35 млн. тонн [1, 2]. Это требует вплотную заниматься поиском рациональной технологии переработки гипса на востребованный народным хозяйством комплексный удобрительный композит - сульфат аммония или промышленной регенерации нерастворимой серы из состава гипса в водорастворимую сульфатную соль.
Выполненные исследования в этом направлении обобщены в монографии [3]. Наиболее эффективным способом переработки фосфогипса является
жидкостная конверсия. Она отличается высокой степенью выхода сульфата аммония и карбоната кальция (фосфомела), а также более высоким качеством получаемых продуктов. Сделан вывод о том, что метод жидкофазной конверсии гипса (фосфогипса) в присутствии водных растворов углеаммонийных солей является более рациональным, чем газовые и газожидкостные варианты.
Известные в последние годы разработки в этом направлении не достигли оптимума, удовлетворяющего всех требований промышленного производства сульфата аммония, так как имеют некоторых недостатков. Некоторые разработки [4] с целью оптимизации скорости фильтрации, полученной гипсовой суспензии в растворе сульфата аммония, допускают сильного разбавления исходного раствора карбоната аммония до 3-7%, что делает способ энергетически нецелесообразным. В других способах [5] процесс сильно усложнен, из-за необходимости охлаждения горячей конверсионной суспензии на стадии конверсии и нагрева этой же, но уже охлажденной вначале суспензии перед ее фильтрацией.
Учитывая, что в условиях жидкостной конверсии гипса, скорость его конверсии и фильтруемость полученной суспензии, процесс регулирования процесса обычно производится путем изменения степени пресыщения осадка по иону карбоната, находящийся вокруг него. При этом необходимо строго проследить за изменением выходных параметров процесса - коэффициент конверсии исходного гипса или скорость фильтрация суспензии.
Для косвенной оценки разностей между равновесной концентраций ионов карбоната вокруг кристаллов и их концентраций с вводом свежей порции карбоната аммония в реакционную зону на выходные параметры процесса конверсии (Кразл. и Vфильтр.) проводили лабораторные опыты по жидкостной
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
конверсии природного гипса месторождения «Шор-сув», состава: ЗОз - 45,83%, СаО - 32,26% и н.о. -1,58%. Расчетное количество кристаллизационной воды в нем составит 20,4%.
Опытная установка представляла собой деком-позер, снабженный мешалкой, термометром и обратным холодильником. Процесс конверсии природного гипса проводилась в промежутках времени 5-30 мин и нормах его расхода в пределах 100110% от стехиометрии и температуре 50оС. Температуру реакционной смеси выдерживали путем нагревания на водяной бане. Скорость перемешивания суспензии составил 200-250 об./мин. По окончании времени эксперимента реакционную массу фильтровали на воронке Бюхнера с бумажным фильтром с помощью вакуум- насоса при 0,8 атм. Расчет
производительности фильтрации выполнен по формуле:
G = кг/м2 t • S
ч
где, М - вес сухого карбонатного шлама, кг; t -время от момента заполнения воронки до ухода жидкости с поверхности осадка, ч; З - площадь поверхности воронки (З = п • г2), м2.
В фильтрате и в сухом осадке определяли содержание сульфат аммония по азоту. Для этого влажный осадок сушили при температуре 600С, до постоянной массы. Разложение природного гипса раствором карбоната аммония протекает по реакции:
Са8О4 • 2ШО + (КЩ)2СОз ^ СаСОз (мел) + (NN4)2804 + 2ШО
Основные аналитические и технологические показатели по жидкостной конверсии приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
Степень конверсии гипса и скорость фильтрации карбоната кальция в зависимости от нормы (NH4)2COз
и времени взаимодействия - гипса
Норма (NH4 )2CO3, % Концентрация раствора (NH4)2SO4, % Степень конверсии гипса, % Скорость фильтрации, кг/м2ч
По р-ру По сух. осд.
Время взаимодействия - 5 мин
100 27,30 72.16 766 836
105 29.18 72.45 688 577
110 30.69 72.84 619 509
Время взаимодействия - 15 мин
100 31.54 90.27 1002 915
105 32.81 90.90 935 773
110 33.85 91.83 874 712
Время взаимодействия - 30 мин
100 34.78 96.34 1235 1073
105 35.49 97.86 1191 1076
110 36,32 97.61 1123 998
Таблица 2.
Состав твердой фазы (карбоната кальция) в зависимости от нормы (NH4)2COз и времени взаимодействия - гипса
Норма (NH4)2CO3, % N, % SO3 в виде (NH4)2SÜ4, % SO3 в виде CaS04*H2O, % CaO, % CO2, %
Время взаимодействия - - 5 мин
100 0.63 1.65 13.03 39.45 27.34
105 0,57 1.08 12.63 40.53 28.60
110 0,48 0.74 12.78 41.28 29.15
Время взаимодействия - - 15 мин
100 1.26 3.95 10.25 44.68 33.46
105 1,21 3.84 8.98 45.29 34.10
110 1.23 3.72 7.41 45.71 34.74
Время взаимодействия - - 30 мин
100 2,26 6.18 2.94 51.26 39.71
105 2.09 5.66 2.73 51.81 40.10
110 1.91 5.14 2.49 52.14 41.48
№ 9 (102)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
сентябрь, 2022 г.
Из табл. 1 видно массовая доля сульфата аммония в полученном фильтрате при промежутке времени 5 мин при норме 100% от стехиометрии составила 27,30%, при промежутке времени 30 мин и при норме 100% - 34,78%. Массовая доля сульфата аммония в полученном фильтрате при промежутке времени 5 мин и при норме 110% от стехиометрии составила 30,69%, при промежутке времени 30 мин -36,32%.
Как показывают экспериментальные данные (табл. 1), в зависимости от времени взаимодействия компонентов скорость фильтрации карбоната кальция по сухому осадку составляет 509-836, 712-915 и 998-1076 кг/м2ч, соответственно для норм карбоната аммония - 100, 105 и 110%. Оптимальной нормой расхода карбоната аммония является 105% от
стехиометрии, а времени взаимодействия - 30 минут. При этом степень конверсии гипса составляет 97.86%, со скоростью фильтрации карбонатного шлама - 1076 кг/м2ч.
Из табл. 2 видно при промежутке времени 5 мин и при норме 100% от стехиометрии в твердой фазе массовая доля не конвертированного природного гипса составила 13.03%, при промежутке времени 30 мин и при норме 100% - 2,94%. Массовая доля не конвертированного природного гипса в твердой фазе при промежутке времени 5 мин и при норме 110% от стехиометрии составила 12,78%, при промежутке времени 30 мин и при норме 110% - 2,49%. То есть, с увеличением продолжительности конверсии от 5 мин до 30 мин и увеличением нормы карбоната аммония от 100 до 110% количество конвертируемого природного гипса уменьшается.
Список литературы:
1. Информация о месторождениях и источниках сырья. Минеральные ресурсы. // Узсаноаткурилиш материал-лари уюшмаси. //uzsm.uz.
2. Инновационная карта Ферганской области. Паспорт региона. Минерально-сырьевая база//Агентство по привлечению иностранных инвестиций при министерстве инвестиций и внешней торговли Республики Узбекистан. // Ы^: invtst.gov.uz/ru/redional-map/ferganscay-oblast.
3. Мельников Е.А., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. - М.: Химия, 1983. - 432с.
4. Патент РФ № 2510366 С01 F 11|18. Способ переработки фосфогипса на сульфат аммония и фосфомел. //. Муллаходжаев Т.И., Олифсон А Л.
5. Евразийский патент № 015407 В1, 2009/С1 С01С1Я244 (20006.01). Способ переработки фосфогипса на сульфат аммония и карбонат кальция. // Казак В.Г., Долгов В.В. и др.
