Международный
научный журнал

Получение концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес в естественных условиях


Obtaining of the concentrated solutions of magnesium chloride from leach of lakes Karaumbet and Barsakelmes in natural conditions

Цитировать:
Получение концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес в естественных условиях // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Мирзакулов Х.Ч. [и др.]. 2017. № 8(41) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5057 (дата обращения: 21.09.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: leach, sodium and magnesium chlorides, sodium sulphate, summer and winter sedimentation, viscosity, density

АННОТАЦИЯ

Приводятся результаты исследований по получению концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес путем естественного испарения в летний период и осаждения сульфата натрия в зимнее время в условиях имитирующих естественные.

Установлено, что с увеличением продолжительности испарения до 80 суток уровень рапы озера Караумбет в емкости снизился на 21,3 см, объем рапы уменьшился на 0,2902 м3, концентрация MgCI2 увеличилась с 6,88% до 17,41%. Плотность рапы повысилась с 1,222 г/см3 до 1,288 г/см3.

За это же время уровень рапы озера Барсакельмес в емкости снизился с 40,33 см до 18,29 см, объем рапы уменьшился с 0,546 м3до 0,2561 м3, концентрация MgCI2 увеличилась с 3,80% до 17,33%. Выпало в осадок 24,98% NaCl из имеющегося в рапе.

Показано, что при снижении температуры рапы озера Караумбет после летнего испарения с 30°С до -5 °С приводит к снижению содержания сульфата натрия с 7,11 % до 0,90 %, содержание хлорида натрия с 3,94% до 1,94%, содержание хлорида магния повышается с 19,69% до 23,15%. В осадке присутствует мирабилит с незначительными примесями хлоридов натрия и магния. В рапе озера Барсакельмес содержание сульфата натрия снижается до 0,53 %, хлорида натрия повышается с 24,82% до 26,20%, хлорида магния с 3,80% до 4,01%. Выход мирабилита составляет 87,34%.

ABSTRACT

Given results of researches to reception of the concentrated solutions of magnesium chloride from leaches of lakes Karaumbet and Barsakelmes by natural evaporation during the summer period and sedimentation of sodium sulphate during winter time in condition natural imitation.

It is established, that with increase in duration of evaporation till 80 days level leach lakes Karaumbet in capacity has decreased on 21,3 sm, volume of leach has decreased on 0,2902 м3, concentration MgCI2 has increased from 6,88% to 17,41%. The density of leach has raised from 1,222 g/sm3 to 1,288 sm3.

For what time level of leach lakes Barsakelmes in capacity has decreased about 40,33 sm to 18,29 sm, volume of leach has decreased with 0,546 м3to 0,2561 м3, concentration MgCI2 has increased from 3,80% to 17,33%. Has dropped out in a deposit of 24,98% NaCl from available in leach.

It is shown, that at temperature decrease leach of lakes Karaumbet after summer evaporation from 30°С to-5 °С sodium sulphate leads to decrease contents of sodium sulphate decreases from 7,11% to 0,90%, sodium chloride from 3,94% to 1,94%, magnesium chloride raises from 19,69 to 23,15%. In a deposit presence myrabilite with insignificant impurity of sodium and magnesium chlorides. In leach of lake Barsakelmes the contents of sodium sulphate decreases to 0,53%, sodium chloride raises from 24,82% to 26,20%, magnesium chloride from 3,80% to 4,01%. The exit of myrabilite makes 87,34%.

 

Введение. Важное место в хозяйственной деятельности отводится соединениям магния. Главными их потребителями являются производства дефолиантов, огнеупоров, строительная и металлургическая промышленности.

Несмотря на то, что в Республике имеются значительные запасы магния в виде природного доломита, рапы и сухих смешанных солей производство соединений магния в Узбекистане отсутствует и они завозятся из-за рубежа. Большое количество солей магния имеется в рапе озер Барсакельмес и Караумбет [1, 4, 6].

Поэтому, освоение сырьевых источников солей магния в Республике Каракалпакстан является одной из главнейших задач экономического развития Республики [7].

Большая потребность Республики в соединениях магния и наличие мощной их сырьевой базы ставят задачу вовлечения в переработку рапы озер Караумбет и Барсакельмес и создания новых производств, в частности, бишофита. В виду того, что производство бишофита из рапы является относительно энергоемким, из-за низкого содержания солей магния в исходной рапе, наиболее приемлемым способом, с экономической точки зрения, является схема с осаждением основной части NaCl в естественных условиях. Республика Каракалпакстан находится в условиях резко континентального климата – летом жарко, зимой очень холодно.

Для исследований использовали рапу озера Караумбет состава, масс.%: Na2O – 11,98 СаО - 0,11; МgO - 4,59; Cl- - 16,90; н.о. - 0,23; SO42- - 3,46; MgCI2 - 6,88; NaCl – 22,65; МgSO4 - 5,31; н.о. - 0,23 и рапу озера Барсакельмес состава, масс.%: Na2O - 14,38; МgO - 1,59; СаО - 0,045; Cl- -17,90;SO42- - 1,90; MgCI2 - 3,80; NaCl - 24,82; Na2SO4- 2,81; pН - 6,6; ρ - 1,200 г/см3; η - 2,74 сПа.

В целях изучения интенсивности испарения рапы с поверхности зеркала рапы в металлическую емкость площадью 1,4 м2была залита рапа озера Караумбет в объеме 0,4424 м3и Барсакельмес в объеме 0,5646 м3, далее определяли объем испарившейся воды через каждые 4-6 суток по высоте слоя рапы и анализировали состав жидкой фазы.

Химический и минералогический состав рапы и продуктов естественного испарения и зимней садки устанавливали известными методами химического анализа [8, 5, 3].

Исследования по естественному испарению рапы проводили на открытой площадке, в естественных условиях близких к климатическим условиям озера Караумбет и Барсакельмес, в зависимости от продолжительности процесса испарения. Продолжительность наблюдений составила 80 суток с 16 августа по 4 октября. За этот период уровень рапы снизился на 21,3 см, объем уменьшился на 0,2902 м3, концентрация MgCl2 повысилась с 6,88% до 17,41%. Визуально наблюдалось осаждение соли белого цвета с желтоватым оттенком. Плотность рапы повысилась с 1,222 г/см3 до 1,288  г/см3.

За это же время объем рапы озера Барсакельмес уменьшился с 0,5646 м3 до 0,2561 м3, высота слоя рапы в емкости снизилась с 40,33 см до 18,29 см, концентрация MgCl2 повысилось с 3,80% до 17,33%, выделено в осадок 24,98% NaCl.

Изменение состава рапы озера Караумбет в процессе естественного испарения приведено в таблице 1.

Как видно из таблицы 1 с увеличением времени испарения воды из рапы озера Караумбет снижается высота слоя рапы с 31,60 см до 10,30 см. При этом содержание МgO повышается с 4,59% до 9,45%, SO42--иона с 3,46% до 4,25%, СаО снижается с 0,11% до 0,08%. Плотность рапы повышается с 1,222 до 1,289 г/см3. Содержание MgCl2 достигает 17,41%.

Таблица 1.

Влияние продолжительности естественного испарения на состав рапы озера Караумбет

№ пп

Время, сутки

Высота слоя, см.

Состав рапы, масс.%

Плотность,

г/см3

МgO

СаО

SO42-

MgCl2

н.о.

1

0

31,60

4,59

0,11

3,46

6,88

0,23

1,222

2

5

28,00

4,98

0,11

3,51

7,52

0,32

1,232

3

10

26,40

5,17

0,11

3,53

7,87

0,33

1,237

4

16

24,80

5,36

0,11

3,59

8,23

0,35

1,232

5

20

23,65

5,64

0,11

3,62

8,73

0,34

1,250

6

26

22,19

5,99

0,10

3,68

9,41

0,33

1,256

7

30

21,38

6,22

0,10

3,76

9,89

0,32

1,257

8

35

20,28

6,57

0,09

3,84

10,68

0,32

1,261

9

41

18,83

7,02

0,09

3,91

11,73

0,32

1,266

10

45

17,75

7,33

0,09

3,95

12,43

0,32

1,266

11

49

16,70

7,56

0,08

3,99

12,98

0,34

1,266

12

55

15,40

7,93

0,08

4,03

13,80

0,34

1,269

13

60

14,60

8,21

0,08

4,06

15,16

0,36

1,280

14

66

13,00

8,69

0,08

4,10

15,61

0,39

1,283

15

71

11,65

9,07

0,08

4,17

16,51

0,41

1,287

16

75

10,75

9,37

0,08

4,23

17,11

0,42

1,288

17

80

10,30

9,45

0,08

4,25

17,41

0,42

1,289

В таблице 2 представлены данные химического состава осадка, выделенного в процессе естественного испарения рапы озера Караумбет.

Как видно из полученных результатов, эффективность осаждения NaCl при летней садке достаточно высокая. Необходимо отметить высокое содержание основного вещества. Содержание примесей не превышает 1,5-2,0%, что говорит о высоком качестве получаемой соли. Концентрация MgCl2 в образующемся растворе достигает 17,41%.

Для решения практических, технологических вопросов, связанных с зимней садкой Na2SO4, проведен анализ четверной взаимной водной системы Na+, Мg+2 // Cl-, SO42- - Н2О [9, 10, 2]. Данные по растворимости в системе свидетельствуют о возможности выделяния Na2SO4при низких температурах. Так при температуре 10°С  растворимость Na2SO4составляет 4,41%.

Таблица 2

Влияние продолжительности естественного испарения рапы озера Караумбет на состав твердой фазы

№ пп

Время,

сутки

Состав твердой фазы, масс.%

Na2O

МgO

СаO

Cl-

SO42-

1

5

53,84

0,220

1,848

58,67

0,53

2

10

54,14

0,224

1,036

58,33

0,54

3

16

54,43

0,227

0,826

57,93

0,55

4

20

54,87

0,232

0,785

57,49

0,56

5

26

55,43

0,237

0,798

56,85

0,57

6

30

55,78

0,241

0,812

56,44

0,58

7

35

56,32

0,247

0,798

55,83

0,59

8

41

57,04

0,256

0,784

55,01

0,61

9

45

57,51

0,261

0,770

54,45

0,62

10

49

57,89

0,266

0,742

54,02

0,63

11

55

58,44

0,270

0,714

53,39

0,64

12

60

58,88

0,275

0,686

52,88

0,66

13

66

59,64

0,283

0,658

52,01

0,67

14

71

60,24

0,288

0,644

51,33

0,69

15

75

60,64

0,291

0,644

50,88

0,70

16

80

60,83

0,295

0,644

50,65

0,70

С целью моделирования процесса осаждения Na2SO4при пониженных температурах и установления оптимальных параметров изучено влияния температуры на процесс осаждение Na2SO4из раствора, полученного после летней садки NaCl из рапы озера Караумбет. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3 раствор обедняется ионами натрия и сульфат - ионами и обогащается ионами магния и хлора. Содержание Na2SO4 уменьшается с 7,11% до 0,54%, NaCl с 3,94% до 1,61%, а MgCl2- увеличивается с 19,69% до 23,31%. В осадке присуствует, в основном, Na2SO4.10Н2О с примесями NaCl и MgSO4. Предварительные исследования показали, что качество получаемого мирабилита не соответствует требованиям, предъявлемым к товарном продукту, и необходима его доочистка.

Таблице 3

Изменение химического и солевого состава рапы озера Караумбет после летней садки в зависимости от температуры окружаюшей среды (зимняя садка)

Темпера-тура, °С

Химический и солевой состав рапы, масс.%

Выход мирабилита, %

Na+

Мg+2

Cl-

SO42-

MgCl2

NaCl

Na2SO4

30

3,92

4,97

17,13

4,91

19,69

9,97

7,11

-

25

3,92

5,13

17,45

4,39

20,29

9,97

6,50

-

20

3,93

5,28

17,76

3,88

20,89

10,00

5,74

19,27

15

3,95

5,43

18,08

3,36

21,49

10,05

4,97

30,10

10

3,98

5,58

18,40

2,85

22,09

10,12

4,21

40,79

5

4,05

5,71

19,03

2,06

22,62

10,56

3,04

57,24

0

4,12

5,80

18,64

1,83

22,95

10,48

2,71

61,19

-5

4,20

5,85

18,48

1,63

23,15

10,68

0,90

87,34

-10

4,23

5,88

18,36

1,46

23,31

10,76

0,54

92,41

Аналогичные эксперименты были проведены и с рапой озера Барсакельмес. В таблице 4 представлены результаты исследований продолжительности испарения рапы на изменение ее состава.

В таблице 5 приведены данные состава жидкой фазы, образующейся при охлаждении рапы озера Барсакельмес, которые свидетельствуют, что при охлаждении рапы до температуры минус 5-10°С можно снизить содержание Na2SO4 в рапе до 0,13-0,53%, содержание хлорида натрия составляет 26,20-26,43%, хлорида магния 4,01-4,05%. Выход мирабилита составляет 5,16-6,07% от массы исходного раствора при температурах -5 ÷ -10°С.

Полученные данные свидетельствуют, что путем естественного испарения рапы озер Караумбет и Барсакельмес и садки хлорида натрия можно повысить содержание хлорида магния в рапе с 3,80-6,88% до 17%, а при последующей зимней садке полученных рассолов выделить глауберит и тем самым снизить содержание сульфата натрия до 0,54% и, соответственно, повысить содержание хлорида магния до 23%. Проведение зимней садки с выделением глауберита из исходной рапы или отбор рапы в зимнее время позволяет получить рассолы с содержанием сульфата натрия 0,13-0,53% и отказаться от зимней садки после естественного испарения рапы.

Таблице 4

Влияние продолжительности естественного испарения на состав рапы озера  Барсакельмес (летняя садка)

пп

Время,

сутки

Высота слоя, см

Химический состав,

масс. %

Солевой состав, масс.%

Масса NaCl,

%

Na+

Mg2+

Cl-

SO42-

MgCl2

NaCl

Na2SO4

1

0

40,33

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

2

10

35,14

10,01

1,16

17,27

2,20

4,61

22,78

3,26

6,65

3

20

32,38

9,63

1,35

17,05

2,43

5,33

21,53

3,60

10,16

4

40

27,27

8,32

1,97

16,29

3,20

7,79

17,25

4,74

17,19

5

50

21,26

7,68

2,32

16,03

3,62

9,17

15,12

5,36

19,39

6

60

20,40

6,45

2,82

15,63

4,22

11,15

12,02

6,24

21,61

7

70

19,03

5,35

3,59

15,08

5,13

14,21

7,35

7,58

23,79

8

80

18,29

4,65

4,42

14,11

4,46

17,33

6,15

8,72

24,98

 

Таблице 5

Химический состав жидкой фазы, образующейся при охлаждении рапы озера Барсакельмес

Темпера-

тура, °С

Химический состав, масс. %

Солевой состав, масс. %

Выход

мирабилита,%

Na+

Mg2+

Cl-

SO42-

MgCl2

NaCl

Na2SO4

30,0

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

25,0

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

20,0

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

15,0

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

10,0

10,67

0,96

17,90

1,90

3,80

24,82

2,81

0,00

5,0

10,65

0,96

17,97

1,78

3,82

24,94

2,63

0,42

2,5

10,64

0,97

18,05

1,66

3,83

25,04

2,45

0,81

0,0

10,61

0,97

18,17

1,45

3,86

25,23

2,14

1,51

-2,5

10,52

1,00

18,64

0,72

3,96

25,88

1,07

3,95

-5,0

10,47

1,01

18,87

0,36

4,01

26,20

0,53

5,16

-7,5

10,45

1,02

19,00

0,18

4,03

26,36

0,27

5,77

-10,0

10,44

1,02

19,06

0,09

4,05

26,43

0,13

6,07

Таким образом проведенные исследования показали, что путем летней садки NaCl и зимней садки Na2SO4при температурах от 10°С до минус 5°С можно получить из рапы озера Караумбет растворы с содержанием 22-23% MgCl2, 2-3% NaCl и 0,54-4,21% Na2SO4, пригодных для промышленной переработки на MgCl2. Выделенные в процессе летней и зимней садки NaCl и Na2SO4 также можно использовать в производстве с выделением более чистых солей. Из рапы озера Барсакельмес после естественного испарения можно получить растворы, содержащие до 14-17% MgCl2, 7-9% Na2SO4, 6-7% NaCl. После зимней садки до температуры минус 5оС полученные растворы содержат 0,53% Na2SO4, 4,01% MgCl2 и 26,20% NaCl. Поэтому для промышленного производства рапу с озер Караумбет и Барсакельмес желательно отбирать в искусственные бассейны в зимнее время, когда содержание сульфатов в рапе минимально, затем подвергать естественному испарению в летнее время и только после этого использовать в промышленных условиях для дальнейшей переработки.


Список литературы:

1. Бобокулова О.С., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Соли озер Караумбет и Барсакельмес – сырье для полу-чения солей магния. //Химия и химическая технология. № 1, 2014, С. 2-7.
2. Бочкарёва И.Н. Изотерма 45 °С водно-солевой системы Na+, Mg2+ // Cl-, SO42- – H2O. // Труды ВНИИГа. Вып. 52. – Л.-М.: Химия. 1967. С. 141-162.
3. ГОСТ 24024.12-81. Неорганические соединения. Метод определения сульфатов. 1981. – 4 с.
4. Мирзакулов Х.Ч., Бобокулова О.С., Джураева Г.Х. Испытания технологии получения гидроксида и оксида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес. Сб. трудов республиканской НТК «Актуальные проблемы инновационных технологий химической, нефтегазовой и пищевой промышленности». Кунград, 2010, С. 140-141.
5. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербакова Л.Н., Зайцев П.И. и др. – М.: Химия. – 1975. – 215 с.
6. Патент РУз № IAP 04526 «Способ переработки природных рассолов, содержащих хлориды и сульфаты натрия и магния». Туробжанов С.М., Мирзакулов Х.Ч., Асамов Д.Д., Бобокулова О.С. и др. Кл. С 01 F 11/00, Бюл. №7, 2012.
7. Постановление Президента Республики Узбекистан № ПП–1442 от 15.12.2010 г. «О приоритетах развития промышленности республики Узбекистан в 2011-2015 годах». 4 с.
8. Полуэктов Н.С. Методы анализа по фотометрии пламени. М.: Госхимиздат, 1967. – 30 с.
9. Сапаров Г.М. Исследование растворимости солей в системе Na+, Mg2+ // Cl-, SO4 2- – H2O при 0 °С. // VIII Всес. cовещ. по физ.-хим. анал.: Тез докл. – Cаратов. 1991. С. 49.
10. Справочник по растворимости. В 3-х т. /Коган В.Б., Огородников С.К., Кафаров В.В., под. ред. Кафарова В.В. – Л.: Наука. 1970. Т. 3. Кн. 3. – 1222 с.

Информация об авторах:

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


Тожиев Рустам Расулович Tojiev Rustam

соискатель Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 32

researcher of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi str., 32


Бобокулова Ойгул Соатовна Bobokulova Oygul

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

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


Меликулова Гавхар Эшбоевна Melikulova Gavkhar

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

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


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66236 от 01.07.2016

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

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.