ЖИДКОФАЗНАЯ КОНВЕРСИЯ ПРИРОДНОГО ГИПСА С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА КАРБОНАТА АММОНИЯ

LIQUID-PHASE CONVERSION OF NATURAL GYPSUM USING AMMONIUM CARBONATE SOLUTION
Цитировать:
ЖИДКОФАЗНАЯ КОНВЕРСИЯ ПРИРОДНОГО ГИПСА С ПОМОЩЬЮ РАСТВОРА КАРБОНАТА АММОНИЯ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Холмуродов Ж.Э. [и др.]. 2022. 9(102). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14244 (дата обращения: 07.12.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

Изучен процесс жидкостной конверсии природного гипса месторождения «Шорсув» (SO3 - 45,83%, CaO - 32,26% и нерастворимый остаток - 1,58%) в зависимости от нормы карбоната аммония (100; 105 и 110%) и времени взаимодействия компонентов (5; 15 и 30 минут) при температуре 50оС. Установлена оптимальная норма карбоната аммония - 105% и время взаимодействия – 30 минут, при которых степень конверсии гипса составляет 97.86% и скорость фильтрации карбонатного шлама – 1076 кг/м2ˑч.

ABSTRACT

The process of liquid conversion of natural gypsum from «Shorsuv» deposit (SO3 - 45.83%, CaO - 32.26% and insoluble residue - 1.58%) depending on the rate of ammonium carbonate (100; 105 and 110%) and the time of interaction of the components (5; 15 and 30 minutes) at a temperature of 50°C. The optimal rate of ammonium carbonate is 105% and the interaction time is 30 minutes, at which the degree of gypsum conversion is 97.86% and the filtration rate of carbonate sludge is 1076 kg/m2ˑh.

 

Ключевые слова: природный гипс, карбонат аммония, жидкостная конверсия, степень конверсии гипса, скорость фильтрации, раствор сульфата аммония.

Keywords: natural gypsum, ammonium carbonate, liquid conversion, gypsum conversion rate, filtration rate, ammonium sulfate solution.

 

На территории Узбекистана имеется 25 разведанных месторождений гипса и ангидрита, в том числе по областям: Андижанской – 8; Джизакской–3; Кашкадаринской–2; Самаркандской – 4; Сурхандарьинской – 4; Ташкентской – 1; Ферганской – 2 и Каракалпакии – 1.

Наиболее крупными месторождениями являются Кунгуртауское и Каганское месторождения, расположенные в Самаркандской и Бухарской областях, соответственно. Наиболее приемлемым для разработки является Каганское месторождение, где переработку ведут предприятия СП-АО «Бухарагипс» и ИП-ООО КНАУФ «ГИПС БУХАРА».

Содержание CaSO4 в гипсовых рудах указанных месторождений высокое, колеблется в пределах 72-74%. Среднее содержание в них SO3 составляет 36%. Промышленные партии руды содержат и незначительных количеств нерастворимого в кислотах остатка, в пределах 0,2-0,5%. Лишь в некоторых партиях его содержание может достичь 1,8%. Встречаются и образцы, содержащие окислов алюминия и магния, но, в основном, в виде примесей, но с небольшими их концентрациями, не превышающие 0,1-0,5%.

В Ферганской долине расположено месторождение гипса «Шорсув», представляющий промышленный интерес, запасы  которых составляет более 35 млн. тонн [1, 2]. Это требует вплотную заниматься поиском рациональной технологии переработки гипса на востребованный народным хозяйством комплексный удобрительный композит – сульфат аммония или промышленной регенерации нерастворимой серы из состава гипса в водорастворимую сульфатную соль.

Выполненные исследования в этом направлении обобщены в монографии [3]. Наиболее эффективным способом переработки фосфогипса является жидкостная конверсия. Она отличается высокой степенью выхода сульфата аммония и карбоната кальция (фосфомела), а также более высоким качеством получаемых продуктов. Сделан вывод о том, что метод жидкофазной конверсии гипса (фосфогипса) в присутствии водных растворов углеаммонийных солей является более рациональным, чем газовые и газожидкостные варианты.

Известные в последние годы разработки в этом направлении не достигли оптимума, удовлетворяющего всех требований промышленного производства сульфата аммония, так как имеют некоторых недостатков.  Некоторые разработки [4] с целью оптимизации скорости фильтрации, полученной гипсовой суспензии в растворе сульфата аммония, допускают сильного разбавления исходного раствора карбоната аммония до 3-7%, что делает способ энергетически нецелесообразным. В других способах [5] процесс сильно усложнен, из-за необходимости охлаждения горячей конверсионной суспензии на стадии конверсии и нагрева этой же, но уже охлажденной вначале суспензии перед  ее фильтрацией.

Учитывая, что в условиях жидкостной конверсии гипса, скорость его конверсии и фильтруемость полученной суспензии, процесс регулирования процесса обычно производится путем изменения степени пресыщения осадка по иону карбоната, находящийся вокруг него. При этом необходимо строго проследить за изменением выходных параметров процесса – коэффициент конверсии исходного гипса или скорость фильтрация суспензии.

Для косвенной оценки разностей между равновесной концентраций ионов карбоната вокруг кристаллов и их концентраций с вводом свежей порции карбоната аммония в реакционную зону на выходные параметры процесса конверсии (Кразл. и Vфильтр.) проводили лабораторные опыты по жидкостной конверсии природного гипса месторождения «Шорсув», состава: SO3 - 45,83%, CaO - 32,26% и н.о. - 1,58%. Расчетное количество кристаллизационной воды в нем составит 20,4%.

Опытная установка представляла собой декомпозер, снабженный мешалкой, термометром и обратным холодильником. Процесс конверсии природного гипса проводилась в промежутках времени 5-30 мин и нормах его расхода в пределах 100-110% от стехиометрии и температуре 50оС. Температуру реакционной смеси выдерживали путем нагревания на водяной бане. Скорость перемешивания суспензии составил 200-250 об./мин. По окончании времени эксперимента реакционную массу фильтровали на воронке Бюхнера с бумажным фильтром с помощью вакуум- насоса при 0,8 атм. Расчет производительности фильтрации выполнен по формуле:

где, М – вес сухого карбонатного шлама, кг; t – время от момента заполнения воронки до ухода жидкости с поверхности осадка, ч; S – площадь поверхности воронки (S = π · r2), м2.

В фильтрате и в сухом осадке определяли содержание сульфат аммония по азоту. Для этого влажный осадок сушили при температуре 600С, до постоянной массы. Разложение природного гипса раствором карбоната аммония протекает по реакции:

CaSO4 × 2H2O + (NH4)2CO3 ® CaCO3 (мел) + (NH4)2SO4 + 2H2O

Основные аналитические и технологические показатели по жидкостной конверсии приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Степень конверсии гипса и скорость фильтрации карбоната кальция в зависимости от нормы (NH4)2CO3 и времени взаимодействия - гипса

Норма

(NH4 )2CO3, %

Концентрация раствора (NH4)2SO4, %

Степень конверсии гипса, %

Скорость фильтрации, кг/м2ˑч

По р-ру

По сух. осд.

Время взаимодействия - 5 мин

100

27,30

72.16

766

836

105

29.18

72.45

688

577

110

30.69

72.84

619

509

Время взаимодействия - 15 мин

100

31.54

90.27

1002

915

105

32.81

90.90

935

773

110

33.85

91.83

874

712

Время взаимодействия - 30 мин

100

34.78

96.34

1235

1073

105

35.49

97.86

1191

1076

110

36,32

97.61

1123

998

 

Таблица 2.

Состав твердой фазы (карбоната кальция) в зависимости от нормы (NH4)2CO3 и времени взаимодействия - гипса

Норма

(NH4)2CO3,

%

N, %

SO3 в виде (NH4)24, %

SO3 в виде CaS04*H2O, %

CaO, %

CO2, %

Время взаимодействия - - 5 мин

100

0.63

1.65

13.03

39.45

27.34

105

0,57

1.08

12.63

40.53

28.60

110

0,48

0.74

12.78

41.28

29.15

Время взаимодействия - - 15 мин

100

1.26

3.95

10.25

44.68

33.46

105

1,21

3.84

8.98

45.29

34.10

110

1.23

3.72

7.41

45.71

34.74

Время взаимодействия - - 30 мин

100

2,26

6.18

2.94

51.26

39.71

105

2.09

5.66

2.73

51.81

40.10

110

1.91

5.14

2.49

52.14

41.48

 

Из табл. 1 видно массовая доля сульфата аммония в полученном фильтрате при промежутке времени 5 мин при норме 100% от стехиометрии составила 27,30%, при промежутке времени 30 мин и при норме 100% - 34,78%. Массовая доля сульфата аммония в полученном фильтрате при промежутке времени 5 мин и при норме 110% от стехиометрии составила 30,69%, при промежутке времени 30 мин – 36,32%.

Как показывают экспериментальные данные (табл. 1), в зависимости от времени взаимодействия компонентов скорость фильтрации карбоната кальция по сухому осадку составляет 509-836, 712-915 и 998-1076 кг/м2ˑч, соответственно для норм карбоната аммония – 100, 105 и 110%. Оптимальной нормой расхода карбоната аммония является 105% от стехиометрии, а времени взаимодействия – 30 минут. При этом степень конверсии гипса составляет 97.86%, со скоростью фильтрации карбонатного шлама – 1076 кг/м2ˑч.

Из табл. 2 видно при промежутке времени 5 мин  и при норме 100% от стехиометрии в твердой фазе массовая доля не конвертированного природного гипса составила 13.03%, при промежутке времени 30 мин и при норме 100% - 2,94%.  Массовая доля не конвертированного природного гипса в твердой фазе при промежутке времени 5 мин  и при норме 110% от стехиометрии составила 12,78%, при промежутке времени 30 мин и при норме 110% - 2,49%. То есть, с увеличением продолжительности конверсии от 5 мин до 30 мин и увеличением нормы карбоната аммония от 100 до 110% количество конвертируемого природного гипса уменьшается.

 

Список литературы:

  1. Информация о месторождениях и источниках сырья. Минеральные ресурсы. // Узсаноаткурилишматериаллари уюшмаси. //uzsm.uz.
  2. Инновационная карта Ферганской области. Паспорт региона. Минерально-сырьевая база//Агентство пo привлечению иностранных инвестиций при министерстве инвестиций и внешней торговли Республики Узбекистан. // https: invtst.gov.uz/ru/redional-map/ferganscay-oblast.
  3. Мельников Е.А., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология неорганических веществ и минеральных удобрений. - М.: Химия, 1983. – 432с.
  4. Патент РФ № 2510366  С01 F 11|18. Способ переработки фосфогипса на сульфат аммония и фосфомел. //. Муллаходжаев Т.И., Олифсон А Л.
  5. Евразийский патент № 015407 В1, 2009/С1 С01С1Я244 (20006.01). Способ переработки фосфогипса на сульфат аммония и карбонат кальция. // Казак В.Г., Долгов В.В. и др.
Информация об авторах

базовый докторант, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

Basic doctoral student, Namangan Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan

Заведующий лабораторией «Фосфорных удобрений», доктор технических наук, профессор, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, г. Ташкент, Узбекистан

doct. tech. sciences, prof. acad. Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт общей и неорганической химии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент

PhD, senior researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Главный научный сотрудник, доктор технических наук, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан. 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбека, 77-а.

Chief researcher scientist, Doctor of science, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

магистрант, Бухарский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Бухара

Master, Bukhara Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan

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