ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА МАГНИЯ ИЗ РАПЫ ОЗЕРА КАРАУМБЕТ

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по очистке рапы озера Караумбет от примесей сульфатов и получению гидроксида магния осаждением гидроксидами натрия и кальция. Выявлена зависимость степени осаждения гидроксида магния от нормы осадителя.

ABSTRACT

The results of studies on the purification of Lake Karaumbet brine from sulfate impurities and the production of magnesium hydroxide by precipitation with sodium and calcium hydroxides are presented. The dependence of the degree of precipitation of magnesium hydroxide on the norm of the precipitator was revealed.

Ключевые слова: рапа, гидроксиды магния, кальция, натрия, дистиллерная жидкость, обессульфачивание, степень осаждения, сульфат кальция.

Keywords: brine, magnesium, calcium, sodium hydroxides, distiller liquid, desulfurization, degree of precipitation, calcium sulfate.

Узбекистан располагает значительными запасами сырьевых ресурсов, содержащих магний. Крупными залежами солей магния хлоридно-сульфатного типа сосредоточены в озерах Караумбет и Барсакельмес. Рапа озера Караумбет содержит до 17%, сухие смешанные соли до 18% и рапа озера Барсакельмес до 9% солей магния при общих запасах более 3170 тыс. т [4].

Несмотря на большую потребность в соединениях магния, наличие мощной сырьевой базы они в Узбекистане не производятся и завозятся из-за рубежа. Это связано, в первую очередь, с отсутствием приемлемой технологии переработки сухих смешанных солей и рапы озер Караумбет и Барсакельмес. Поэтому исследования, направленные на разработку технологии переработки рапы озер Каракумбет и Барсакельмес с получением гидроксида, оксида магния и его солей являются актуальнейшей проблемой, требующей своего решения.

С целью вовлечения местных сырьевых ресурсов, таких как рапа озер Караумбет и Барсакельмес, в промышленное производство проведены исследования по очистке этих рассолов от сопутствующих примесей и разработке приемлемой технологии их переработки на гидроксид магния [1-3].

Для экспериментов использовали рапу озера Караумбет состава (масс. %): Na⁺ – 7,61; Mg²⁺ – 3,36; Са²⁺ – 0,009; С1^- – 18,07; SO₄^2- – 3,26. Для очистки исходной рапы от сульфат ионов использовали дистиллерную жидкость – отход содового производства УП «Кунградский содовой завод» состава (масс. %): Na⁺ – 2,18; Mg²⁺ – 0,007; Са²⁺ – 3,03; С1^- – 8,74; SO₄^2- – 0,03.

Опыты по обессульфачиванию рапы и осаждению гидроксида магния проводили в термостатированном реакторе и постоянном перемешивании при заданной температуре и установленной продолжительности процесса. Химический анализ на содержание основных компонентов в рапе, дистиллерной жидкости, маточных растворах и твердой фазе проводили по известным методикам [5-7].

Влияние продолжительности процесса и температуры на степень обессульфачивания рапы дистиллерной жидкостью изучали при стехиометрической норме, рассчитанной из соотношения SO₄^2-:Са²⁺. Полученные результаты по обессульфачиванию рапы представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Влияние продолжительности процесса на степень обессульфачивания рапы при температуре: 1 – 20 °С, 2 – 40 °С, 3 – 60 °С.

Анализ данных указывает, что с увеличением продолжительности процесса от 5 до 20 минут при температуре 20 °С степень обессульфачивания заметно увеличивается. Так через 5 минут она составляет 58,37 %, а через 20 минут достигает 88,59%. Дальнейшее увеличение продолжительности реакции с 20 до 180 мин. приводит к незначительному (2,2 %) увеличению степени обессульфачивания. Это объясняется тем, что реакция взаимодействия SO₄^2-- анионов и Ca²⁺- катионов происходит в течени 20 минут и при этом около 90 % ионов SO₄^2- и Ca²⁺ реагирует с образованием дигидрата сульфата кальция по реакции:

CaCl₂ + Na₂SO₄ (MgSO₄) + 2H₂O = CaSO₄·2H₂O + NaCl (MgCl₂)

Часть сульфата кальция остаётся в рассоле из-за его незначительной растворимости и поэтому степень обессульфачивания не превышает 78 - 90 % в течени 30-60 минут.

С повышением температуры степень обессульфачивания незначительно снижается. Так, при температуре 20, 40 и 60 °С степень обессульфачивания рапы составляет через 5 минут – 58,9, 54,13 и 50,88%, через 30 минут – 89,80, 84,50 и 78,27%, а через 60 минут – 90,33, 85,40 и 79,21%, соответственно. При этом образуются растворы содержащие (масс. %): NaCl – 14,55-14,62; MgCl₂ – 8,80-9,11; CaCl₂ – 0,28-0,59; MgSO₄ – 0,30-0,63. Для процесса обессульфачивания рапы дистиллерной жидкостью оптимальными условиями являются продолжительность процесса 20-30 минут, температура 20-30 °С при стехиометрической норме дистиллерной жидкости на SO₄^2-.

Опыты по осаждению гидроксида магния из предварительно обессульфаченной рапы озера Караумбет проводили при температуре 25°С, постоянном перемешивании в течение 10 минут и продолжительности процесса отстаивания 120 минут.

Количество гидроксидов натрия и кальция, необходимых для осаждения ионов магния, определяли исходя из нижеприведенных реакции:

Mg²⁺ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2Na⁺

Mg²⁺ + Са(OH)₂ = Mg(OH)₂↓ + Са⁺²

Норму осадителя варьировали от 95 до 110% на образование Mg(OH)₂.

Данные по осаждению гидроксида магния гидроксидами натрия и кальция приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Влияния нормы гидроксида натрия на степень осаждения гидроксида магния и состав жидкой фазы

 – степень осаждения ионов магния, которую рассчитывают по формуле:

где m_исх и m_кон – соответственно масса исходной рапы и рапы после отделения гидроксида магния, ω_исх. и ω_кон. – соответственно концентрация ионов магния в исходной рапе и рапе после отделения гидроксида магния (г/100 г раствора).

Таблица 2.

Влияние нормы гидроксида кальция на степень осаждения гидроксида магния и состав жидкой фазы

Как видно из таблиц, оптимальным количеством гидроксидов натрия и кальция, необходимых для осаждения гидроксида магния, являются нормы 100-105% от стехиометрии. При этом степень осаждения магния составляет 98,16-99,41% при осаждении гидроксидом натрия и 97,11-98,15% при осаждении гидроксидом кальция. Снижение нормы гидроксидов натрия и кальция ниже 100% приводит к снижению степени осаждения гидроксида магния до 72,14-75,12%.

Таким образом проведенные исследования показали возможность получения гидроксида магния из рапы озера Караумбет. Для этого рапу необходимо очистить от сульфатов и нейтрализовать гидроксидами натрия или кальция в количестве 105-110% от стехиометрически необходимого количества.

Список литературы:

1. Бобокулова О.С., Айтмуродов Т.П., Усманов И.И., Х.Ч. Мирзакулов. Исследование процесса получения концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес в естественных условиях. // Узбекский химический журнал, 2014/ № 2, - С. 36-40.
2. Бобокулова О.С., Меликулова Г.Э., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса очистки рапы озер Караумбет и Барсакельмес от сульфат ионов. // Узбекский химический журнал, 2014. № 3, - С. 40-45.
3. Бобокулова О.С., Мирзакулов Х.Ч., Джураева Г.Х. Испытания технологии получения гидроксида и оксида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес // Актуальные проблемы инновационных технологий химической, нефтегазовой и пищевой промышленности: Сб. мат. Респ. науч. техн. конф. 28-29 октября 2010. – Кунград, 2010. – С. 140-141.
4. 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. 2-7.
5. Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. Методы анализа Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. // М.: Химия, 1975. – 215 с.
6. ГОСТ 24024. 12-81. Фосфаты и неорганические соединения фосфора. Методы определения сульфатов. – М.: Изд-во стандартов, М. - 1981. – 4 с.
7. Полуэктов Н.С. Методы анализа по фотометрии пламени. М.: Госхимиздат, 1967. – 30 с.