Изучение процесса отделения нерастворимого остатка и реологических свойств продуктов разложения доломита азотнокислого

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований, процессов отстаивания, фильтрации продуктов разложения доломитов Дехканабадского месторождения азотной кислотой и реологические свойства продуктов разложения. Показано, что осаждение крупных частиц неразложенного доломита протекает достаточно быстро, и через 3 минуты степень осаждения составляет 100 %, тогда как суспензия азотнокислотного разложения оседает медленно, и через 120 минут степень осветления достигает 86,83 %. Реологические свойства осветленного раствора изменяются в интервале 1362–1,444 г/см³ для плотности и 1,80–4,97 сПз для вязкости при температуре 20–80 °С.

ABSTRACT

The results of research, sedimentation processes, filtration of decomposition products of dolomites of the Dekhkanabad deposit with nitric acid and rheological properties of decomposition products are presented. It was shown that the deposition of large particles of undecomposed dolomite proceeds rather quickly and after 3 minutes the degree of deposition is 100%, while the suspension of nitric acid decomposed settles slowly and after 120 minutes the degree of clarification reaches 86.83%. The rheological properties of the clarified solution vary in the range of 1362–1.444 g / cm3 for density and 1.80–4.97 cps for viscosity for temperatures of 20–80 °C.

Ключевые слова: азотнокислотная вытяжка, доломит, азотная кислота, степень осаждения и осветления, фильтрация, плотность, вязкость.

Keywords: nitric acid extract, dolomite, nitric acid, degree of precipitation and clarification, filtration, density, viscosity.

Введение. Главнейшей задачей внутренней политики Республики Узбекистан является стабильное экономическое развитие и повышение благосостояния народа. Агропромышленный комплекс играет ключевую роль в социально-экономическом развитии страны, и поэтому его развитию уделяется большое внимание. Основным фактором интенсификации сельскохозяйственного производства и повышения урожайности является его химизация, в частности, широкое применения эффективных жидких минеральных удобрений, химических средств защиты растений, биологически активных препаратов, внедрение технологии капельного орошения [7; 5; 4]. Сегодня и в будущем обеспечить человечество продуктами питания без участия химической промышленности в сельскохозяйственном производстве невозможно. Это определяет дальнейшее развитие производства минеральных удобрений как в нашей стране, так и в мировом масштабе [1]. При применении азотных удобрений в гранулированном виде под сельскохозяйственные культуры коэффициент их полезного действия составляет 35–40 %, часть азота вымывается, а другая теряется в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов [2; 3]. Важным резервом, позволяющим быстрее наращивать мощности по производству связанного азота, является выпуск жидких азотных удобрений. Основные достоинства жидких азотных удобрений заключаются в упрощении производственного процесса, легкости механизации, транспортирования и внесения удобрений в почву, отсутствии слеживаемости и сегрегации питательных веществ, более равномерном распределении азота в корнеобитаемом слое и др. Кроме того, использование удобрений в жидком виде позволяет быстрее наращивать мощности по производству удобрений благодаря возможности строительства заводов по укороченным схемам, что приводит также к значительному снижению стоимости единицы питательного вещества в жидких удобрениях. В развитых странах доля жидких удобрений в общем объеме постоянно увеличивается. Например, в США, европейских и других развитых странах более 60 % удобрений выпускается в жидком виде, возрос также их экспорт. А в некоторых странах (например, Израиль, Нидерланды) их выпуск достигает 90–95 % [6]. Таким образом, исследования, направленные на разработку технологии различных видов жидких азотно-кальциевых и на их основе комплексных и суспендированных удобрений для слабо и сильно засоленных почв, очень востребованы и актуальны.

Нерастворимые остатки разложения доломита азотной кислотой являются нежелательными компонентами, приводящими к засорению труб, оборудования, грануляторов. Поэтому следующим этапом исследований было изучение процессов осветления продуктов азотнокислотного разложения доломитов путем отстаивания и фильтрации. Известно, что эта стадия является лимитирующей при азотнокислотном разложении фосфаритов и других кальцийсодержащих минералов.

Метод. На рисунке 1 приведены данные по осаждению из азотнокислых растворов крупных частиц доломита.

Рисунок 1. Влияние продолжительности процесса на степень осаждения крупных частиц доломита

Из рисунка видно, что крупные частицы неразложенного доломита оседают достаточно быстро, и через 3 минуты достигается степень осаждения 100 %. Степень осаждения 98 % достигается через 100 секунд. Суспензия азотнокислотного разложения доломита 40 %-ной азотной кислотой в отличие от крупных частиц доломита оседает очень медленно, и через 120 минут степень осветления достигает 86,83 % (рис. 2).  Из рисунка видно, что в первые 50 минут осветление протекает очень медленно и степень осветления составляет 12,66 %. Затем скорость осветления увеличивается, а после 100 минут скорость осветления начинает замедляться (рис. 3). Для ускорения процесса разложения жидкой и твердой фаз изучено влияние температуры, данные влияния 40 %-ной азотной кислоты на скорость фильтрации продуктов разложения доломита при разряжении 300 мм представлены в таблице 1.

Рисунок 2. Влияние продолжительности процесса на степень осветления продуктов разложения доломита азотной кислотой

Результаты и их обсуждение. С повышением температуры пульпы с 20 до 60 °С скорости фильтрации по пульпе, фильтрату и влажной твердой фазе увеличиваются. Так, скорость фильтрации по пульпе с 770,75 кг/м²·ч при 20 °С повышается до 1190,79 кг/м²·ч при температуре 60 °С.

Рисунок 3. Влияние продолжительности процесса на скорость осветления продуктов разложения доломита азотной кислотой

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на скорость фильтрации продуктов разложения доломита

Повышение нормы азотной кислоты со 100 до 110 % приводит к незначительному увеличению скорости фильтрации. Так, при температуре 60 °С скорость фильтрации по жидкой фазе повышается с 1184,94 % при норме 100 % до 1261,75 кг/м²·ч при норме 110 %. Создание подушки из нерастворимых остатков толщиной 0,1 мм приводит к резкому снижению скорости фильтрации по пульпе, фильтрату и влажной твердой фазе. Оптимальными технологическими параметрами процесса фильтрации азотнокислотной пульпы разложения доломита является норма азотной кислоты 100–110%, температура процесса – 40–60 °С. Вязкость и плотность растворов и пульп являются важнейшими характеристиками. Для подбора технологической схемы и оборудования необходимо знать их реологические свойства. В таблицах 2 и 3 приведены данные изменения плотности и вязкости пульп и жидкой фазы в зависимости от нормы 40 %-ной азотной кислоты и температуры процесса разложения.

Таблица 2.

Влияние нормы 40 %-ной азотной кислоты и температуры на изменения плотности пульпы при разложении доломита

С повышением нормы кислоты со 100 до 150 % при всех температурах плотность пульпы и жидкой фазы снижается. Повышение температуры с 20 до 80 °С также приводит к снижению плотности пульпы и жидкой фазы

Таблица 3.

Влияние нормы 40 %-ной азотной кислоты и температуры на изменение плотности и вязкости жидкой фазы при разложении доломита

Плотность пульпы с повышением нормы кислоты снижается с 1,444 до 1,409 г/см³ при 20 °С и с 1,410 до 1,375 г/см³ при 80 °С. Плотность жидкой фазы при этих условиях снижается с 1,431 до 1,403 г/см³ при 20 °С и с 1,392 до 1,362 г/см³ при 80 °С. Вязкость жидкой фазы также снижается с повышением нормы кислоты с 4,972 до 3,430 сПз и с повышением температуры с 4,972–3,43 сПз до 1,800–1,242 сПз.

Заключение. Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения азотнокислых растворов из доломита Дехканабадского месторождения. Для получения максимальной концентрации по нитрату магния необходимо доломит разлагать 40 %-ной азотной кислотой при ее норме 100–105 % от стехиометрии, при температуре 40 °С и продолжительности процесса 30 минут. При этом содержание оксида магния в растворе достигает 4 %.

Список литературы:

1. Гордиев А., Черняков Б. Некоторые аспекты продовольственной проблемы мира // Вопросы экономики. – М., 2001. – № 6. – С. 50–59.
2. Мельников Л.Ф. Органоминеральные удобрения. Теория и практика их получения и применения. – СПб. : Изд-во политехн. университета, 2007. – 305 с.
3. Нарзуллаев А.Х., Бекназаров Х.С., Ниёзкулов Ш.Ш. Синтез растворимой ингибирующей коррозии в воде, нефти, газовом конденсате, содержащем аминокислоты, и изучение влияния алюминия на металл // Universum: технические науки. – 2020. – № 6-3 (75).
4. Нитрат кальция. Его свойства, получение и применение в сельском хозяйстве / Б.М. Беглов, Ш.С. Намазов, А.Т. Дадаходжаев, Ш.Х. Юлдашев [и др.]. – 2001. – 191 с.
5. Способ получения жидкого азотно-кальциевого удобрения // Патент № IAP 05606 (UZ). Опубл. 29.06.2018. Бюлл. № 6 / Мирзакулов Х.Ч., Усманов И.И., Холмуминов С.А., Меликулова Г.Э.
6. Narzullaev A.Kh., Beknazarov Kh.S., Jalilov A.T. In corrosive environments, corrosion inhibitors containing nitrogen, sulfur and phosphorus based on recycled materials impact on metal st 20 // Булатовские чтения. – 2020. – Т. 5. – С. 185–190.
7. Research of the Process of Processing of Nitrogen Sulfate Solutions for Enhancing the Phosconcentrate of Central Kyzylkum to Liquid Fertilizers / Sh.I. Umarov, Kh.Ch. Mirzakulov, B.M. Abdurakhmanov, N.Sh. Zulyarova // International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology. – 2018. – Vol. 5, Issue 5. – P. 5706–5710.