Переработка сухих и смешанных солей озера Караумбет с получением очищенных растворов

Processing of dry and mixed salts of lake Karaumbet to obtain purified solutions
Цитировать:
Переработка сухих и смешанных солей озера Караумбет с получением очищенных растворов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Мирзакулов Х.Ч. [и др.]. 2020. 11(80). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/10877 (дата обращения: 06.12.2021).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований по получению очищенных растворов сухих смешанных солей озера Караумбет от сопутствующих солей. Показано, что для получения раствора пригодного для получена хлористого магния и гидроксида магния необходимо растворов в воде при Т:Ж=1:3, температуре 25оС, продолжительности процесса не менее 15 минут. При этом степень растворения сухих смешанных солей достигает 93,02%. Оптимальными условиями разделения жидкой и твердой фаз являются процессы отстаивания и фильтрация сгущенного осадка. Оптимальными параметрами отстаивания являются температура 40оС и время отстаивания 20 минут. Скорости фильтрации как по пульпе, так и по фильтрату в зависимости от температуры имеют прямолинейную зависимость и составляют 1028-2016 кг/м2·ч и 896-1756 кг/м2·ч, соответственно.

ABSTRACT

The article presents the results of studies on obtaining purified solutions of dry mixed salts of Karaumbet lake from accompanying salts. It has been shown that to obtain a solution suitable for the obtained magnesium chloride and magnesium hydroxide, it is necessary to have solutions in water at S:W = 1: 3, a temperature of 25°C, and a process duration of at least 15 minutes. In this case, the degree of dissolution of dry mixed salts reaches 93.02%. The optimal conditions for the separation of liquid and solid phases are sedimentation processes and filtration of the thickened sediment. The optimal settling parameters are 40°C and a settling time of 20 minutes. Filtration rates for both pulp and filtrate, depending on temperature, have a linear relationship and are 1028-2016 kg/m2∙h and 896-1756 kg/m2∙h, respectively.

 

Ключевые слова: сухих смешанных солей, степень растворения, степень осветления, фильтрация, реологические свойства.

Keywords: dry mixed salts, degree of dissolution, degree of clarification, filtration, rheological properties.

 

Введение. Магний относится к числу наиболее распространенных элементов (восьмой в земной коре и третий в морской воде).  В земной коре доля магния составляет 2,35% [6].

По данным INFOM1NE [5], на территории СНГ общие утвержденные запасы солей магния категории А+В+С1 составляют около 6,7 млрд. т, в них содержится 1,16 млрд. т MgC12. Около 61,4% всех запасов солей магния приходится на Россию, 20% - на Туркменистан, 18,4% - на Украину, 0,2% - на Казахстан. Запасы солей магния заключены в хлористых (68%), сульфатных (16%), смешанных сульфатно-хлористых солях (5%) и рапе (11%). Они сосредоточены в калийных и калийно-магниевых месторождениях: Верхнекамск, Городищен, Светлояр (Россия), Калуш-Голын, Стебников (Украина), Карлюк (Туркменистан). Крупные запасы магния имеется в рапе озер Кучук, Эльтон (Россия), Старый, Сасык-Сиваш (Украина), Кара-Богаз-Гол (Туркменистан).

Основными природными источниками магнезиального сырья являются: магнезит - MgCO3, брусит - Mg(OН)2, доломит - MgCO3∙CaCO3, карналлит - KCl·MgCl2∙6H2O, бишофит - MgCl2·6H2O, кизерит - MgSO4∙H2O, каинит - MgSO4·KCl∙3H2O, лангбейнит - 2MgSO4∙K2SO4, эпсомит - MgSO4∙7H2O. Следует отметить, что при обработке сульфатно-магниевых солей с NaC1, наряду с бишофитом и поваренной солью, можно получить другой ценный продукт – мирабилит (Na2SO4) [8]

СаО(MgО) + MgCl2 + 2Н2О → 2Mg(ОН)2↓ + CaCl2

Только на долю Японии, Нидерландии и США приходится 56% мирового производства магния из морской воды [4].

Основными потребителями Mg(OH)2 являются металлургическая промышленность, огнеупорная, электротехническая и целлюлозно-бумажная, резинотехнические изделия, промышленность строительных материалов, химическая промышленность.

Узбекистан также имеет значительные запасы сырья для получения солей магния и натрия. Один из них - это рапы и сухие смешанные соли (ССС) озера Караумбет и Барсакельмес в Каракалпакстане. Утвержденные запасы Караумбет оцениваются в 700 тыс. т MgCl2 или 295 тыс. т MgО, из них 74 тыс. т в рапе. Запасы солей магния в рапе Барсакельмес оцениваются в количестве 2470 тыс. т MgCl2 или 1040 тыс. т MgО [1].

Рапа озера Караумбет содержит от 7,40 до 11,45% Na, от 15,2 до 18,9% C1, от 4,55 до 6,27% MgO, от 3,14 до 6,66% SO4, до 0,60% СаО, тогда как рапа озера Барсакельмес содержит от 6,61 до 11,45% Na, от 15,2 до 18,9% C1, от 1,37 до 4,57% MgO, от 1,44 до 3,73% SO4, 0,02% СаО. ССС Караумбет содержит в среднем (вес.%): Na2SO4 – 43-61; MgCl2 – 11-15; NaCl – 13-19 в пересчете на сухую соль и являются ценным сырьем для получения сульфата натрия, бишофита и поваренной соли.

Из-за отсутствия приемлемых технологий переработки рапы и ССС Каракалпакии, их пока не добывают и не перерабатывают. Поэтому исследования, направленные на разработку технологии получения соединений магния (MgCl2, Mg(OH)2, MgO), а также сульфата и хлорида натрия из рапы и ССС озер Караумбет и Барсакельмес являются очень актуальными.

Объект и методы исследования. Для исследований использовали ССС озера Караумбет, содержащие (масс. %): Na2SO4 – 60,69; NaCl – 18.81; MgСl2 – 15.30; MgSO4 – 0.42; СаСl2 – 0,31; нерастворимый остаток - 6,98; остальное – Н2О.

Как видно, ССС Караумбет озера содержат значительное количество мирабилита, галита и бишофита. Поэтому переработка ССС в гидроксид магния может представлять интерес только после извлечения сульфата и хлорида натрия. Анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [2; 3; 7].

Результаты и обсуждение. С целью установления оптимальных параметров получения очищенных растворов из ССС изучена их растворимость в воде и состав водной суспензии в зависимости от массового соотношения Т : Ж, продолжительности и температуры растворения солей.

В таблице 1 приведен состав растворов ССС в зависимости от соотношения Т : Ж. Из таблицы видно, что с увеличением доли жидкой фазы по отношению к твердой, содержание компонентов в растворе ССС неуклонно снижается, хотя повышается степень растворения ССС.

Таблица 1.

Влияние Т:Ж на состав водной суспензии ССС при температуре 25оС и продолжительности растворения 30 минут

Соотношение Т:Ж

Ионный состав, масс. %

Состав растворов, масс. %

Na+

Mg2+

Ca2+

Cl-

SO42-

Na2SO4

MgCl2

NaCl

CaSO4

1:2,0

9,41

1,40

0,024

3,97

14,35

21,15

5,48

6,55

0,08

1:2,5

7,83

1,16

0,024

3,30

11,93

17,57

4,55

5,44

0,08

1:3,0

6,82

1,01

0,024

2,88

10,40

15,31

3,97

4,74

0,08

1:4,0

5,45

0,81

0,024

2,30

8,32

12,23

3,17

3,79

0,08

 

На рис. 1-а приведены результаты по степени растворения ССС в зависимости от массового соотношения Т : Ж при 25оС в течение 30 минут.

 

а – Степень растворения ССС в зависимости от Т : Ж при 25оС в течение 30 минут.

б – Степень растворения ССС в зависимости от времени перемешивания и температуры (25 и 50оС) при Т : Ж = 1 : 3.

в – Степень осветления суспензии ССС в зависимости от времени и температуры  отстаивания (20; 40; 60; 80оС) при Т : Ж = 1 : 3.

г – Скорость фильтрации сгущенной суспензии ССС по пульпе (1) и осадку в зависимости от температуры.

Рисунок 1. Влияние различных параметров на получение очищенной суспензии сухой смешанной соли (ССС)

 

Из рисунка 1-а видно, что с увеличением жидкой части суспензии по отношению к твердой, растворимость ССС в воде возрастает, достигая при Т : Ж = 1 : 3 своего максимального значения – 93,02%. Дальнейшее увеличение массовой доли воды до Т : Ж = 1 : 4 практически не влияет на растворимость ССС. Поэтому для получения растворов с достаточной степенью растворения ССС можно считать соотношение Т : Ж, равное 1 : 3.

Данные рисунка 1-б показывают, что при Т : Ж = 1 : 3 и температуре 25°С через 5 минут степень растворения ССС составляет 89,25%, через 10 минут – 92,4% и через 15 минут – 93,02%, а при 50°С эти показатели составляют 91,61%, 92,90 и 93,03%, которые указывают на то, что для растворения ССС достаточно 15 минут.

На рисунке 1-в приведено влияние температуры и продолжительности отстаивания на степень осветления суспензии ССС при Т : Ж = 1 : 3. Выбор метода отстаивания определяется тем, что нерастворимые в воде частицы осаждаются с высокой скоростью, и кроме того, простотой применения отстойника. Из рис. 1-в видно, что осветление суспензии идет наиболее интенсивно в первые 15 мин., затем замедляется и через 30 минут достигает 94,59% при 20оС и 95,51% при 40; 60 и 80оС. Оптимальной температурой и времени отстаивания является 40оС и 20 минут, соответственно, при которых степень осветления суспензии ССС составляет не менее 95%.

Для удаления твердой фазы от жидкой было проведено исследование по фильтрации суспензии ССС на примере только сгущенной её части после отстаивания. Скорость фильтрации сгущенной части ССС как по пульпе, так и по фильтрату, в зависимости от температуры, представлены на рисунке 1-г. Результаты показывают, что чем выше температура, тем высоко скорость фильтрации. Так, с повышением температуры от 20 до 80оС скорость фильтрации по сгущенной пульпе увеличивается с 1028 до 2016 кг/м2·ч кг, а по фильтрату с 896 кг/м2·ч до 1756 кг/м2·ч. Из рис. 1-г следует, что для разделения фаз достаточно 40оС.

Независимо от соотношения Т:Ж и температуры растворы имеют приемлемые реологические свойства и легко транспортируются. После удаления остатка при Т : Ж = 1 : 3 и 40оС плотность осветленного раствора составляет 1,1788 г/см3, а вязкость 157,9 сПз (табл. 2).

Таблица 2.

Плотность и вязкость осветленных растворов из сухих смешанных солей озера Караумбет

Соотношение Т : Ж

Плотность, г/см3

Вязкость, сПз

20оС

40оС

60оС

20оС

40оС

60оС

1 : 2

1,1874

1,1838

1,1800

220,50

168,30

139,10

1 : 3

1,1824

1,1788

1,1751

209,17

157,91

129,94

1 : 4

1,1778

1,1741

1,1705

197,30

148,30

120,70

 

Состав нерастворимого остатка в пересчете на сухую массу имеет: 16,01% СаО, 1,25% MgO, 19,9% SO3, 6,59% CO2 и 61,33% SiO2. Он представлен в основном кварцем, доломитом, карбонатом и сульфатом кальция. Изучен солевой состав нерастворимого остатка методами рентгенографии и ИК-спектроскопии.

На рентгенограмме (рис. 2) имеются дифракционные максимумы, относящиеся к карбонатам кальция, магния, к двуводному и полуводному сульфату кальция. Полосы 5,40; 4,28; 2,75; 2,68; 2,47Å принадлежат сульфату кальция, 3,88; 2,09; 1,91; 1,88Å кальциту, 5,20; 3,40; 3,16; 2,96; 1,79; 1,52; 1,37Å доломиту, а полосы 3,38; 2,82; 2,44; 2,24; 1,98-1,94; 1,43Å – силикатным веществам.

 

Рисунок 2. Рентгенограмма нерастворимого в воде остатка

 

На ИК-спектре (рис. 3) имеются полосы поглощения 1008,44 см-1, относящиеся к сульфатным группам. Полосы поглощения 3557,42; 3430,55 см-1 относятся к полугидрату и дигидрату сульфата кальция, а полосы поглощения 878,32; 467,21 см-1 – к силикатам. Это подтверждает полученные данные химического и рентгенофазового анализов.

 

Рисунок 3. ИК-спектр нерастворимого в воде остатка

 

Таким образом, оптимальными условиями приготовления прозрачного раствора ССС являются: соотношение Т : Ж = 1 : 3, температура растворения – 25оС, время растворения – 15 минут,  время и температура отстаивания – 20 минут и температура 40оС, температура фильтрации – 40оС. После отделения нерастворимого в воде остатка получен прозрачный раствор ССС состава (масс. %): Na2SO4 – 15,31; NaCl – 4,74; MgCl2 – 3,97; MgSO4 – 0,47; СаCl2 – 0,36; СаSO4 – 0,08.

 

Список литературы:

  1. Бобокулова О.С., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Соли озер Караумбет и Барсакельмес – сырье для получения солей магния. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2014. - № 1. С. 11-16.
  2. Бурриель – Марти Ф., Рамирес – Муньос Х. Фотометрия пламени. М., «Мир», 1972, 520 с.
  3. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов.  Винник М.М., Ербанов Л.Н. и др. М.: Химия. 1975. 218 с.
  4. Обзор рынка магнезиального сырья (магнезита и бруцита) и магнезиальных порошков в СНГ. Выпуск 3, дополнительное и пересмотренное издание. www.infomine.ru 2011. 133 с.
  5. Обзор рынка магния и магнезита в СНГ. INFOMINE Research Group. // www.infomine.ru, - Москва, 2004.
  6. Позин М.Е. Технология минеральных солей. (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот). Издательство «Химия», Ленинградское отделение, 1974, 4-е издание, исправленное. Ч. 1. 426 с.
  7. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. – М.: Химия. 1970. 360 с.
  8. Шихеева Л.В. Способы плавления, растворения и выпаривания в производстве сульфата натрия. – М.: НИИТЭХИМ, 1977. 36 с.
Информация об авторах

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

доктор (DSc) по техническим наукам, начальник отдела внутреннего контроля и мониторинга Ферганского политехнического института, Республика Узбекистан, г. Фергана

Doctor (DSc) in technical sciences, head of the department of internal control and monitoring of the Fergana Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Fergana

доцент Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Associate professor of Tashkent institute of chemical technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Senior teacher of Tashkent institute of chemical technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

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.
Top