ВЛИЯНИЕ НОРМЫ КИСЛОТЫ НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА НИТРАТА КАЛЬЦИЯ ИЗ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

АННОТАЦИЯ

Изучен состав отходов водоочистных сооружений АО «Farg‘onaazot» и влияние нормы кислоты на процесс разложения азотной кислотой с получением раствора нитрата кальция, пригодного для производства азотно-калийного удобрения.

ABSTRACT

The composition of the waste of water treatment facilities of «Fargonaazot» JSC and the influence of the acidity rate on the process of decomposition with nitric acid to obtain a solution of calcium nitrate, suitable for the production of nitrogen-potassium fertilizer, were studied.

Ключевые слова: карбонат кальция, карбонат магния, отходы кальция, азотная кислота, норма кислоты, раствор, азотнокислый кальций, нерастворимый остаток, степень растворения компонентов.

Keywords: calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium waste, nitric acid, acid rate, solution, calcium nitrate, insoluble residue, degree of dissolution of components.

Введение

В настоящее время обеспечение человечества продуктами питания остается одной из актуальных проблем в мире. Основным источником производства продуктов питания является выращивание сельскохозяйственной продукции. В связи с этим интеграция сельского хозяйства и обеспечение его потребности в минеральных удобрениях является первоочередной задачей. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется производству минеральных удобрений, средств защиты растений. С первых дней нашей независимости руководство Республики стало уделять большое внимание развитию сельского хозяйства. В третьем направлении Стратегии действий Республики Узбекистан на 2017-2021 годы определены задачи «развитие промышленности, глубокая переработка местных сырьевых ресурсов, модернизация и опережающее развитие сельского хозяйства»[8, 20]. В связи с этим представляется актуальной разработка технологии получения азотно-кальциевых и азотно-калийных удобрений из отходов водоподготовки производственных предприятий с повышенным содержанием кальция, в том числе химических продуктов, замещающих импорт на основе местного сырья и товары.

Целью проведенных исследований является определение оптимальных технологических параметров процесса получения водного раствора нитрата кальция (Ca(NO₃)₂) из отходов с повышенным содержанием кальция водоподготовки производственных предприятий с целью для получения азотно-калийного удобрения (KNO₃) конверсионным методом.

В данной публикации представлены результаты исследований состава кальцийсодержащих стоков водоочистных сооружений АО «Ферганазот» и влияния нормы кислотности на получение раствора нитрата кальция из этих стоков.

Методика исследования

Эксперимент проводился на лабораторном испытательном оборудовании, состоящем из термостойкого стеклянного реактора с механической мешалкой, помещенной в устройство постоянной температуры (термостат).

Методика проведения эксперимента была выбрана на основе наших исследований, проведенных на сегодняшний день [6, 9-19]. Ниже представлена порядок проведения эксперимента. В стеклянный реактор заливают расчетное количество азотной кислоты (75-130% нормы по стехиометрии CaO + MgO, концентрация кислоты 57%), а затем сверху помещают кальциевые отходы водоочистки и перемешивают, поддерживая определенной температуры в течение заданного времени выдержки (время-30 минут, температура 40°С). После этого полученный раствор фильтруют и определяют его химический состав определенными методами [1-5, 7].

Результаты исследования

Ниже в таблице 1 представлен химический состав образцов кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений АО «Ферганазот», которые использовались для получения раствора нитрата кальция.

Таблица 1.

Химический состав образцов кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений АО «Ферганазот»

По результатам химического анализа количество компонентов в пробах отходов составляет до 43,81-44,65 % по CaO, до 3,07-4,58 % по MgO, до 0,09-0,13 % по Al₂O₃, до 0,17-0,33 % по Fe₂O₃, по SO₃ до 0,48-0,8%, до 37,79-40,12 % СO₂, количество нерастворимого остатка (н.о.) до 2,8-3,27% и влажность отходов 6,50-11,48%. Как видно из таблицы, отходы, содержащие кальций, на очистных сооружениях в основном состоят из карбоната кальция и карбоната магния. Исследуемые образцы отходов очень близки по составу. Соответственно, все дальнейшие эксперименты проводились с образцом 1.

Результаты исследования влияния азотной кислоты на состав жидкой и твердой фаз при переработке кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений и степень растворения компонентов в отходах представлены в таблицах 2-3 и рисунке 1 (условия эксперимента: температура - 40°С, продолжительность процесса - 30 минут, концентрация HNO₃ - 57%).

Согласно полученным результатам, количество CaO и MgO в жидкой фазе (растворе) увеличивается до 100% от нормы с увеличением нормы азотной кислоты, дальнейшее увеличение нормы кислоты вызывает уменьшение количества CaO и MgO в растворе, тогда как количество N в растворе несколько увеличивается с увеличением нормы кислоты, концентрации Al₂O₃, Fe₂O₃, SO₃ практически не изменяются. Уменьшению количество СаО и MgO, объясняется тем, что при этом количество СаО и MgO переходящих в раствор достигает наибольшего уровня при нормы кислоты 105% и в результате не изменении степени разложения с дальнейшем увеличением нормы, и не измененяется количество растворенных солей Ca(NO₃)₂ и Mg(NO₃)₂, а также увеличивается количество воды и кислоты.

Таблица 2.

Влияние нормы азотной кислоты на состав жидких фаз в процессе переработки кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений

По результатам проведенных экспериментов, наибольшего уровня концентрации Ca(NO₃)₂ в растворе можно достичь при разложении кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений нормой кислоты 100-105%. Концентрация Ca(NO₃)₂ в растворе достигает 48,79-48,34% при разложении отходов нормой кислоты 100-105%. При разложении отходов нормой кислоты 105% количество CaO в растворе составляет 16,51%, MgO – 1,24%, Al₂O₃ – 0,015%, Fe₂O₃ – 0,03%, SO₃ – 0,08%, N – 9,91%.

В табл. 3 представлены результаты влияния нормы азотной кислоты на состав твердых фаз при переработке кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений.

Согласно приведенным данным, увеличение содержания кислоты с 75% до 130% приводит к уменьшению количества CaO, MgO и CO₂ в твердой фазе и приводит к увеличению количеству Al₂O₃, Fe₂O₃, SO₃ и н.о. Например, если количество CaO в твердой фазе уменьшается с 48,49 % до 11,51 % при увеличении содержания кислоты с 75% до 130%, то количество нерастворимого осадка увеличивается с 6,13% до 70,33%, такая же ситуация наблюдается и с другими компонентами.

Таблица 3.

Влияние нормы азотной кислоты на состав твердых фаз при переработке кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений

Причиной того, что количество нерастворимого остатка в твердой фазе не достигает 100%, а количество Ca(NO₃)₂ в растворе сначала увеличивается, а затем уменьшается с повышением нормы кислоты, является количество основной части компонентов отходов – CaO и MgO, переходящий в раствор достигает наиболее высокого уровня при норме кислоты 100-105%, можно объяснить тем, что следующего повышение нормы почти не влияет на уровень разложения (Рисунок 1). На рисунке 1 ниже представлены результаты исследования влияния нормы азотной кислоты на степень растворения компонентов в отходах при переработке кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений. Мы можем видеть, что в соответствии с этим скорость перехода CaO в раствор в отходах составляет 50,21 % при норме кислоты 75%, 60,05% при норме 80%, 87,31% при норме 90%, 93,21% при норме 100%, 96,54% при норме 105%,  при норме 110% составляет 97,01%, при норме 120% составляет 97,96%, а 130% составляет 98,97%. Аналогичная ситуация наблюдалась и в других компонентах.

Рисунок. 1. Влияние нормы азотной кислоты на скорость растворения компонентов отходов в процессе переработки кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений

По полученным результатам установлено, что при увеличении нормы кислоты с 75 % до 100-105 % переход компонентов в раствор достигает высокого уровня, и дальнейшее увеличение соотношения практически не влияет на степень разложение.

Выводы

Таким образом, результаты исследований показали возможность получения раствора Ca(NO₃)₂, необходимого для конверсии калийно-нитратного удобрения (KNO₃) из отходов, содержащих кальций, на очистных сооружениях АО «Ферганазот». По результатам проведенных экспериментов, наибольшего уровня концентрации Ca(NO₃)₂ в растворе можно достичь при разложении кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений нормой кислоты 100-105%. Концентрация Ca(NO₃)₂ в растворе составляет 48,79-48,34% при разложении отходов нормой кислоты 100-105%. При разложении отходов нормой кислоты 105% количество CaO в растворе составляет 16,51%, MgO – 1,24%, Al₂O₃ – 0,015%, Fe₂O₃ – 0,03%, SO₃ – до 0,08%, а N – 9,91%. На основании приведенных результатов было определено, что норма 57%-ной азотной кислоты, необходимой для разложения кальцийсодержащих отходов водоочистных сооружений, для CaO + MgO по стехиометрии составляет 100-105%.

Список литературы:

1. ГОСТ 20851.4-75. Удобрения минеральные. Метод определения воды. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. – 5 с.
2. ГОСТ 24024.12-81. Неорганические соединение. Метод определения сульфатов. - М.: ИПК Издательство стандартов,1981. – 4 с.
3. ГОСТ 24596.4-81. Фосфаты кормовые. Метод определения кальция. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. -3с.
4. ГОСТ 13685-84. Соль поваренная. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. -32 с. СТАНДАРТИНФОРМ, 2010.
5. ГОСТ 30181.3-94. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли азота в удобрениях, содержащих азот в нитратной форме. Минск: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 8 с.
6. Жалолдинов А. Б. и др. Исследование распределения химического состава и кальциевого модуля мытого обожженного фосфоритового концентрата Центрального Кызылкума по фракциям //Universum: технические науки. – 2021. – №. 8-2 (89). – С. 33-36.
7. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. – М.: Химия. 1975. – 74 с.
8. Постановление президента Республики Узбекистан № ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы». Собрание законодательства Республики Узбекистан. – Ташкент, 2017 г. – № 35. – С. 921.
9. Соддиков Ф.Б. и др. Исследование процесса получения насыщенных растворов из низкосортных сильвинитов Тюбегатана //Химия и химическая технология. – 2016. – №. 3. – С. 67-73.
10. Соддиков Ф. Б., Усманов И. И., Мирзакулов Х. Ч. Исследование процессов получения и очистки насыщенных растворов из сильвинитов Тюбегатанского месторождения //Химия и химическая технология. – 2017. – №. 2. – С. 16-20.
11. Соддиков Ф. Б., Мавлянова М. Н., Мирзакулов Х. Ч. Исследование процесса конверсии насыщенных растворов хлорида натрия углеаммонийными солями //Universum: технические науки. – 2018. – №. 7 (52). – С. 47-53.
12. Соддиков Ф. Б., Зулярова Н. Ш., Мирзакулов Х. Ч. Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства //Universum: технические науки. – 2016. – №. 9 (30). – С. 41-45.
13. Соддиков Ф. Б. и др. Исследование процесса переработки низкосортних сильвинитов на кальцинированную соду //Международный симпозиум "Химия для биологии, медицины, экологии и сельского хозяйства" ISСНЕМ 2015. – 2015. – С. 203-203.
14. Соддиков Ф. Б., Мирзакулов Х. Ч. Исследование процесса кальцинации гидрокарбоната натрия, полученного из очищенных растворов сильвинитов Тюбегатанского месторождения //Наука сегодная: факты, тенденции, прогнозы». Россия, г. Вологда. – 2018. – Т. 27. – С. 28-30.
15. Соддиков Ф. Б., Мирзакулов Х. Ч. Исследование влияния степени аммонизации на изменение химического состава твердой фазы из насыщенных растворов сильвинитов Тюбегатанского месторождения // Наука сегодная: факты, тенденции, прогнозы». Россия, г. Вологда. – 2018. – Т. 27. – С. 30-32.
16. Соддиков Ф. Б., Усманов И. И., Мирзакулов Х. Ч. Исследование процесса очистки насыщенных растворов, полученных из сильвинитов Тюбегатанского месторождения //Химия и химическая технология. – 2017. – №. 2. – С. 16-20.
17. Соддиков Ф. Б. и др. Исследование политерма растворимости трехкомпонентной системы [20,0% KCl + 80,0% NaCl]-NH₄HCO₃-H₂O // Universum: технические науки. – 2021. – №. 4-4 (85). – С. 42-45.
18. Соддиков Ф. Б. и др. Растворимость компонентов в системе [30, 0% KCl + 70,0% NaCl]-NH₄HCO₃-H₂O //Химия и химическая технология. – 2015. – Т. 47. – №. 1. – С. 3-5.
19. Соддиков Ф. Б. и др. Исследование процесса конверсии насыщенных растворов хлорида натрия из низкосортных сильвинита с углеаммонийными солями //Universum: технические науки. – 2020. – №. 11-4 (80). – С. 30-35.
20. Указ № УП-4947 Президента Республики Узбекистан от 07.02.2017 г. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан». Собрание законодательства Республики Узбекистан. - Ташкент, 2017 - № 6. - С. 70. - №20. - С. 354.