Международный
научный журнал

Исследования по получению рассолов для производства кальцинированной соды из галитовых отходов калийного производства


Researches on reception of brines for manufacture of soda-ash from halite waste of potassium manufacture

Цитировать:
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 : электрон. научн. журн. 2016. № 9(30) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3641 (дата обращения: 05.07.2020).
 
Прочитать статью:

Keywords: sodium chloride, saturated solution, chemical contents, lime-soda method, filtration

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты исследований по получению очищенных растворов хлористого натрия из технического хлорида натрия, полученного из галитовых отходов калийного производства.

Исследована растворимость технической соли хлорида натрия в воде в зависимости от Т:Ж при температуре 25°С. Оптимальным соотношением Т:Ж является 1:2,8. При этом получается насыщенный раствор хлорида натрия содержащий (масс. %): Na2O – 13,39; К2О – 0,09; CaO – 0,09; Cl ˉ – 15,40; SO42- – 0,15. Химической анализ не растворимого в воде осадка показал, что он состоит из сульфатных, карбонатных и силикатных минералов.

С увеличением Ж:Т и температуры процесса плотность растворов снижается. Вязкость насыщенных растворов хлорида натрия изменяется в зависимости от исходного соотношения Т:Ж и температуры аналогично плотности. С повышением Ж:Т вязкость растворов снижается и составляет 1,744-1,607 сПа·с при температуре 20°С и с повышением температуры снижается и составляет 1,607-0,758 сПа при Т:Ж=1:3,0.

Исследованиями по очистка насыщенных растворов от ионов кальция карбонатом натрия установлено, что при мольном соотношении СаО:СО2 1:(1-1,05) содержание кальция в растворе снижается с 0,09% до 0,012%. При это содержания Na2O в растворе составляет 13,47%. По содержанию примесей полученные растворы соответствуют требованиям к растворам хлорида натрия для получения кальцинированной соды.

Исследования скорости фильтрации насыщенных растворов до и после очистки от ионов кальция показали не значительное снижение скорости фильтрации при совместном отделения нерастворимых в воде остатков и карбоната кальция по сравнению с фильтрацией только нерастворимого остатка.

ABSTRACT

In article results of researches on reception of the cleared solutions of sodium chloride from technical sodium chloride received from halite waste of potassium manufacture are resulted.

Solubility of technical salt of sodium chloride in water depending on H:L at temperature 25°С are investigated. Optimum ratio of H:L is 1:2,8. In these case obtained saturated solution of sodium chloride containing (mass. %): Na2O - 13,39; К2О - 0,09; CaO - 0,09; Cl ˉ - 15,40; SO42 - - 0,15. Chemical the analysis of not soluble residue in water has shown, that it contains from sulfate, carbonate and silicate minerals.

With increase of H:L and temperatures of process the density of solutions decreases. Viscosity of the sated solutions of sodium chloride changes depending on initial ratio of H:L and temperature of similarly density. With increase of H:L viscosity of solutions decreases and makes 1,744-1,607 sPа·s at temperature 20°С and with increase temperature decreases and makes 1,607-0,758 sPа at H:L =1:3,0.

By researches on clearing of the sated solutions from ions of calcium with sodium carbonate it is established, that at molar ratio of СаО:СО2 1: (1-1,05) content of calcium in a solution decreases from 0,09 % to 0,012 %. In this case content of Na2O in a solution is 13,47 %. In its content impurity the received solutions correspond to requirements to solutions of sodium chloride for reception soda ash.

Researches of speed of filtration of the sated solutions before and after clearing from calcium ions have shown not significant decrease of speed of a filtration at joint branches of the insoluble residue in water and calcium carbonate in comparison with filtration only the insoluble residue.

 

Основными производителями кальцинированной соды являются Китай, США, РФ, Турция, Индия на долю которых приходится более 85% мирового производства. В 2010-2011 годах прирост производства кальцинированной соды составил 6,2%3, в 2011-2012 годах 3,3%. В 2012-2013 годах наметился спад производства, который составил 0,59%, но уже в 2013-2014 годах рост производства составил 0,2% и объём производство достиг 51,3 млн. т [11]. Республика производит 100 тысяч тонн кальцинированной соды, которой не хватает. С другой стороны, с увеличением мощности производства калийных удобрений увеличилось и количество образующихся галитовых отходов. В настоящий момент они складируются в хвостохранилище. Часть из них перерабатывается на технический хлорид натрия [10]. Основная часть галитовых отходов не используется, загрязняя окружающую среду. Поэтому изыскание путей утилизации галитовых хвостов калийного производства является актуальной задачей.

Целью наших исследований было изыскание условий и определение оптимальных технологических параметров процессов получения насыщенных, очищенных от сопутствующих примесей растворов хлористого натрия из галитовых отходов, пригодных для получения кальцинированной соды.

Для исследований использовали технический хлористый натрий, полученный из галитовых отходов в промышленных условия УП «Дехканабадский завод калийных удобрений» состава (масс. %): Na2O –50,45%; К2О – 0,35%; CaO – 0,33%; Cl ˉ–58,04%; SO42- – 0,56%; w – 0,37%; н.о – 3,06%.

Изучение процессов растворения, фильтрации суспензия, содержание компонентов и реологические свойства растворов известными методами
[1-7, 9].

В таблице 1 приведены результаты исследований влияния Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз.


Таблица 1.

Влияние Т:Ж на химический состав жидкой и твердой фаз

Т:Ж

Состав жидкой фазы, масс. %

Состав твердой фазы, масс. %

Na2O

К2О

CaO

Cl ˉ

SO42-

Na2O

К2О

CaO

Cl ˉ

SO42-

  н.о.

1

1:2,0

13,99

0,13

0,12

16,12

0,20

46,98

0,018

0,02

53,76

0,033

11,34

2

1:2,5

14,03

0,10

0,10

16,14

0,16

33,66

0,013

0,02

38,58

0,038

36,40

3

1:2,7

13,75

0,09

0,09

15,82

0,15

1,48

0,010

0,01

1,71

0,017

97,15

4

1:2,8

13,39

0,09

0,09

15,40

0,15

1,36

0,010

0,009

1,57

0,015

97,39

5

1:3,0

12,71

0,09

0,08

14,62

0,14

1,30

0,009

0,008

1,49

0,014

97,45

 

Как видно из таблицы с увеличением Т:Ж от 1:2,0 до 1:3,0 растворимость хлорида натрия повышается и составляет 96,86% от исходной массы. Для полного извлечения компонентов сильвинита в раствор необходимо поддерживать Т:Ж=1:(2,7-2,8), а для получения насыщенных растворов достаточно Т:Ж=1:2,8.

Для дальнейших исследований оптимальным выбрано соотношение Т:Ж=1:2,8 при котором после отделения нерастворимого в воде остатке состав насыщенного раствора хлорида натрия соответствовал составу образца № 4 из таблицы 1.

Химический состав не отмытого остатка подтверждает, что при Т:Ж=1:2,8 и выше в твердой фазе присутствует оклюдированный хлорид натрия, а содержание других компонентов, за исключением н.о., незначительно. С увеличением Т:Ж содержание хлора снижается с 53,76% при Т:Ж=1:2,0 до 1,49% при Т:Ж=1:3,0 а сульфатов снижается с 0,033% до 0,014%, соответственно при Т:Ж=1:2 и 1:3,0. При Т:Ж=1:2,0 в осадке находится 0,02% CaO, а при Т:Ж=1:2,8 этот показатель равен 0,009%. Содержание калия снижается в два раза. Поэтому для дальнейших исследований необходимо Т:Ж поддерживать 1:2,8 чтобы  максимально извлечь в раствор хлорид натрия.

С точки зрения транспортирования растворов и суспензий очень важными являются данные зависимости изменения плотности и вязкости от соотношения Т:Ж и температуры.

В таблице 2 приведены данные по плотности и вязкости растворов хлорида натрия в зависимости от температуры и исходного соотношения Т:Ж.


Таблица 2.

Влияние соотношения Т:Ж и температуры на плотность и вязкость насыщенных растворов хлорида натрия

Т;Ж

Плотность, г/см3

Вязкость, сПа

20°С

40°С

60°С

80°С

20°С

40°С

60°С

80°С

1:2,0

1,205

1,198

1,192

1,188

1,744

1,260

1,010

0,810

1:2,5

1,204

1,197

1,191

1,187

1,721

1,258

0,980

0,789

1:2,7

1,200

1,193

1,187

1,183

1,688

1,235

0,958

0,755

1:2,8

1,192

1,185

1,179

1,175

1,650

1,196

0,932

0,719

1:3,0

1,182

1,176

1,169

1,165

1,607

1,147

0,906

0,758

 

Как видно из таблицы с повышением температуры плотность растворов хлорида натрия снижается с 1,205 до 1,188 г/см3 при повышении температуры с 20 до 80°С для Т:Ж=1:2 и с 1,182 до 1,165 г/см3 при Т:Ж=1:3. Увеличение соотношения Т:Ж с 1:2 до 1:3 приводит к снижению плотности растворов хлорида натрия, так как растворы не насыщенны солями. Повышение Т:Ж с 1:2 до 1:2,7 и 1:2,8 приводит к снижению плотности растворов с 1,205 до 1,200 и 1,192 г/см3 при 20°С и с 1,188 до 1,183 и 1,175 г/см3 при 80°С.

Вязкость насыщенных растворов хлорида натрия изменяется в зависимости от исходного соотношения Т:Ж и температуры аналогично плотности. С повышением Т:Ж вязкость растворов снижается и составляет 1,744-1,607 сПа при температуре 20°С и с повышением температуры снижается и составляет 1,607-0,758 сПа при Т:Ж=1:3,0.

Насыщенные растворы, полученные из технического хлорида натрия на основе галитовых отходов не пригодны для получения кальцинированной соды из-за высокого содержания солей кальция. Если их предварительно не удалить, то на последующих стадиях в процессе получения бикарбоната натрия будут выпадать в осадок плохо растворимые соединения кальция, что приведет к засорению аппаратуры и в дальнейшем к загрязнению готовой продукции.

Для очистки насыщенных растворов хлорида натрия от ионов кальция  применили известково-содовый метод, который заключается в осаждении ионов кальция кальцинированной содой [8].

Количество вводимого карбоната натрия регулировали соотношением CaO:CO2. В насыщенный раствор хлорида натрия при перемешивании вводили  карбоната натрия при мольном соотношении 1:0,9, 1:1,0 и 1:1,05 для осаждения карбоната кальция.

В таблице 3 приведены данные влияния соотношения на изменение химического состава жидкой фазы.


Таблица 3.

Влияния мольного соотношения CaO:CO2 на химический состав жидкой фазы насыщенного
раствора хлорида натрия до и после очистки

Раствор

Соотношение

Химический состав, масс. %

CaO:CO2

CaO

Na2O

K2O

Na2СО3

CI

SO42-

Исходный

0,087

13,39

0,09

15,41

0,15

После очистки

1:0,9

0,021

13,46

0,09

0,023

15,41

0,15

После очистки

1:1,0

0,012

13,47

0,09

0,024

15,41

0,15

После очистки

1:1,05

0,012

13,47

0,09

0,031

15,40

0,15

 

Из таблицы видно, что при мольном соотношении CaO:CO2 = 1:(1,0-1,05) содержание ионов кальция в растворе снижается до 0,012% и его можно использовать в производстве кальцинированной соды.

Далее были проведены исследования по разделению жидкой и твердой фаз с помощью фильтрования. Результаты исследований влияния исходного соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного и очищенного насыщенного растворов при 300 мм рт. ст представлены в таблице 4.

Данные таблицы указывают на снижение скорости фильтрации с увеличением исходного соотношения Т:Ж. Так при исходного соотношения Т:Ж=1:2 скорость фильтрации при 20°С составляет
3136 кг/м2·ч по пульпе, при Т:Ж=1:2,8 этот показатель составляет 3459 кг/м2·ч и при Т:Ж-1:3 составляет 3816 кг/м2·ч. Аналогичная картина наблюдается и для других температур.


Таблица 4.

Влияния соотношения Т:Ж и температуры на скорость фильтрации насыщенного раствора хлорида натрия до и после очистки

Температура, °С

Т:Ж

Скорость фильтрации, кг/м2·ч

по пульпы

по твердой фазе

по фильтрату

Насыщенный раствор без очистке

25

1:2,0

3136

312,00

2824,00

40

3502

348,45

3153,55

60

4075

405,46

3669,54

80

4880

485,56

4394,44

25

1:2,5

3219

96,57

3122,43

40

3595

107,85

3487,15

60

4182

125,46

4056,54

80

5009

150,27

4858,73

25

1:2,7

3313

30,44

3282,56

40

3699

33,99

3665,01

60

4305

39,56

4265,44

80

5156

47,38

5108,62

25

1:2,8

3459

30,10

3428,90

40

3863

33,61

3829,39

60

4495

39,11

4455,89

80

5383

46,83

5336,17

25

1:3,0

3816

31,48

3784,52

40

4262

35,16

4226,84

60

4959

40,91

4918,09

80

5938

48,99

5889,01

Насыщенный раствор после очистке

25

1:2,0

2973

301,602

2671,198

40

3320

336,804

2983,196

60

3863

391,890

3471,110

80

4626

469,293

4156,707

25

1:2,5

3051

97,016

2953,984

40

3407

108,336

3298,664

60

3964

126,048

3837,952

80

4748

150,977

4597,023

25

1:2,7

3141

34,321

3106,679

40

3507

38,320

3468,680

60

4082

44,603

4037,397

80

4888

53,410

4834,590

25

1:2,8

3279

34,026

3244,974

40

3662

38,000

3624,000

60

4261

44,216

4216,784

80

5103

52,954

5050,046

25

1:3,0

3617

35,660

3581,340

40

4039

39,820

3999,180

60

4700

46,337

4653,663

80

5629

55,496

5573,504

 

Однако, с повышением температуры с 20 до 80°С повышается скорость фильтрации сгущенного осадка и по фильтрату и по сухому. Хорошие скорости фильтрации наблюдаются при Т:Ж=1:2,0 которые составляют по фильтрату 2824,00-4394,44 кг/м2·ч и по сухому 312,00-485,56 кг/м2·ч в интервале температур 20-80°С. Тем не менее, подобные скорости фильтрации являются приемлемыми с точки зрения технологичности процесса.

После фильтрация и отделения осадка раствор имел состав (масс. %): K2О – 0,09; Na2О – 13,47; CaO – 0,012; Cl ˉ– 15,40; SO42- – 0,15; Na2СО3 – 0,031 и следовые количества ионов кальция, которые пригодны для дальнейшей переработки в производстве кальцинированной соды.

Таким образом, проведенные исследования пока­зали, что путем растворения технического хлорида натрия в воде, отделения нерастворимых остатков и очистки насыщенных растворов от кальция можно получить растворы, содержащие хлориды натрия, обладающие приемлемыми реологическими свойст­вами, пригодные для дальнейшей переработки на кальцинированию соду.

 


Список литературы:

1. Бурриель – Марти Ф., Рамирес – Муньос Х. Фотометрия пламени. - М.: «Мир». 1972. – 520 с.
2. ГОСТ 18995.1-73. Продукты химические жидкие. Методы определения плотности. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 4с.
3. ГОСТ 10028-81. Вискозиметры капиллярные стеклянные. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 4с.
4. ГОСТ 20851.3 - 93. Удобрения минеральные. Метод определения массовой доли калия. - Минск.: Издатель-ство стандартов. 1995. – 41 с.
5. ГОСТ 24596.4 - 81. Фосфаты кормовые. Метод определения кальция. - М.: ИПК Издательство стандартов. 2004. – 3 с.
6. ГОСТ 13685 - 84. Соль поваренная. Методы испытаний. - М.: ИПК Издательство стандартов. 1997. – 47 с.
7. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. М.: Издательство «Химия», 1971 г. – 440 с.
8. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д., Производства соды. – М.: Химия, 1986. – 312 с.
9. 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.
10. Самадий М.А., Усманов И.И., Бойназаров Б.Т., Рахматов Д.Х. Технология переработки галитовых отходов калийного производства на технический хлорид натрия // Узбекский химический журнал. – Ташкент, 2013. – № 3. – С 55-60.
11. United States Department of the Interior U.S. Geological survey. 2014 Minerals Yearbook. Soda Ash [Advance Release]. By Wallace P. Bolen. November 2015. P. 70.1-70.9.


References:

1. Burriel – Marti F., Rameres – Munos X. Photometry of flame. Moscow, «Mir» Publ.. 1972. 520 p. (In Russian).
2. GOST 18995.1-73. State Standard 18995.1-73. Liquid chemical products. Methods of definition density. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 4 p. (In Russian).
3. GOST 10028-81. State Standard 10028-81. Capillary glass viscometers. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 4 p. (In Russian).
4. GOST 20851.3 - 93. State Standard 20851.3 - 93. Fertilizer mineral. The method of determining the mass fraction of potassium. Minsk, Izdatel'stvo standartov Publ., 1995. 41 p. (In Russian).
5. GOST 24596.4 - 81. State Standard 24596.4 - 81. Feed phosphates. Method of determination of calcium. Mos-cow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 2004. 3 p. (In Russian).
6. GOST 13685 - 84. State Standard 13685 - 84. Salt. Test methods. Moscow, IPK Izdatel'stvo standartov Publ., 1997. 47 p. (In Russian).
7. Zhuzhikov V.A. Filtering. Theory and practice of separation of suspensions. Moscow, Izdatel'stvo «Himija» Publ., 1971, 440 p. (In Russian).
8. Zaytsev I.D., Tkach G.A., Stoev N.D., The production of soda. Moscow, Himija Publ., 1986. 312 p. (In Russian).
9. Vinnik М.М., Erbanova L.N., Zaytsev P.I. and others. Methods of analysis of phosphate raw material, phosphorus and complex fertilizers, feed phosphates. Moscow, Himija Publ., 1975. 74 p. (In Russian).
10. Samadiy M.A., Usmanov I.I., Boynazarov B.T., Rakhmatov D.H. Technology of processing halite waste of potas-sium manufacture to technical sodium chloride. Uzbekskij himicheskij zhurnal [Uzbek chemical journal]. Tash-kent, 2013. № 3. pp. 55-60. (In Russian).
11. United States Department of the Interior U.S. Geological survey. 2014 Minerals Yearbook. Soda Ash [Advance Release]. By Wallace P. Bolen. November 2015. P. 70.1-70.9.


Информация об авторах:

Соддиков Фатхиддин Бурхонидинович Soddikov Fatkhiddin

младший научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Junior research scientist of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Зулярова Нигора Шарафиддиновна Zulyarova Nigora

ассистент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Assistant of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Мирзакулов Холтура Чориевич Mirzakulov Kholtura

профессор Ташкентского химико-технологического института , 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Professor of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович

Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAire