ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕССУЛЬФАЧИВАНИЯ РАПЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА СОДЫ

АННОТАЦИЯ

В работе проводились исследования влияния количества дистиллерной жидкости на степень обессульфачивания рапы. В экспериментальных условиях взяли норму ионов сульфата из расчета на связывание СаО в пределах 80; 100; 120% от стехиометрии относительно хлорида кальция, содержащегося в дистиллерной жидкости. На основании аналитических данных был рассчитан солевой состав рапы. Процесс смешения рапы и дистиллерной жидкости проводили при температуре 25°С с отстаиванием полученной суспензии в течение 120 мин. После отделения осветленной части образовавшаяся густая суспензия фильтровалась; влажный осадок отжимался с получением осветленного обессульфаченного раствора.

ABSTRACT

The work carried out studies of the influence of the amount of distiller liquid on the degree of brine desulfation. Under experimental conditions, we took the norm of sulfate ions based on the binding of CaO within 80; 100; 120% of the stoichiometry relative to the calcium chloride contained in the distiller's liquid. Based on analytical data, the salt composition of brine was calculated. The process of mixing brine and distiller liquid was carried out at a temperature of 25°C with the resulting suspension settling for 120 minutes. After separating the clarified part, the resulting thick suspension was filtered; the wet sediment was squeezed out to obtain a clarified, desulfated solution.

Ключевые слова: рапа, дистиллерная жидкость, процесс обессулфачивания, сульфата кальция, вязкость, рассол.

Keywords: brine, distiller liquid, desulfation process, calcium sulfate, viscosity.

Введение. Барсакельмес - уникальный солончак, бывший ранее морским дном.

Дно Барсакельмеса всего лишь на 10-11 метров выше дна Аральского моря. Впадина заполнена невероятными запасами соли. Предполагают, что его хватит на тысячу лет. Его длина составляет 50 километров, а ширина - 35 километров.

Запасы минеральных солей в твердой фазе Барсакельмесского месторождения по категории запасов А + В + С составили 131053 тыс. т со средним содержанием 96,32% NaCl, в том числе пригодных для производства кальцинированной соды, выварочной и пищевой соли в количестве 121202 тыс. т и для получения кормовой соли в количестве 9846 тыс. т.

Как показали результаты химического анализа, основными компонентами рапы солерудников Барсакельмес являются катионы натрия, магния, анионы хлора и сульфатов (табл.1).

Таблица 1.

Результаты химического анализа проб рапы месторождений Барсакельмес

На основании аналитических данных был рассчитан солевой состав рапы. При этом исходили из того, что в растворе весь Na⁺ находится в виде NаСl, а ос­тавшийся хлор в виде МgСl₂. Ионы натрия, не связанные с хлором, образуют с сульфат - ионами Na₂SO₄, а остаточная часть сульфат-ионов связана с магнием.

Целю данной работы является исследования процесса обессульфачивания рапы с применением отходов производства кальцинированной соды - дистиллерная жидкость.

Для исследования влияния количества дистиллерной жидкости на степень обессульфачивания рапы в экспериментальных условиях взяли норму ионов сульфата из расчета на связывание СаО в пределах 80; 100; 120% от стехиометрии относительно хлорида кальция, содержащегося в дистиллерной жидкости.

Температура процесса менялась от 20 до 60°С. Продолжительность процесса составляла 30 минут.

Материалы и методы

При проведении опытов определенное количество рапы и дистиллерной жидкости вносилось в пяти литровый реактор, оборудованный механической мешалкой. Осаждение сульфата кальция протекало при комнатной температуре. Перемешивание суспензии имело турбулентный характер. После перемешивания суспензии при заданных температуре и времени отбиралась проба, которая фильтровалась через плотный бумажный фильтр.

Процесс смешения рапы и дистиллерной жидкости проводили при температуре 25°С с отстаиванием полученной суспензии в течение 120 мин. После отделения осветленной части образовавшаяся густая суспензия фильтровалась; влажный осадок отжимался с получением осветленного обессульфаченного раствора.    

С целью очистки рапы от ионов SO₄^2-  соотношения (рапа : Д.Ж.)  было  1,68; 2,10; 2,80; 3,82; 4,21; 5,26 и 8,42 что составляло 250; 200; 150; 100; 80; и 50 % от стехиометрии относительно ионов SO₄^2- в рапе. Температура процесса менялась от 30 до 60°С (табл. 2 и рис.1).

При смешении рапы Барсакельмес и дистиллерной жидкости с соотношением (рапа:ДЖ)=4,21 получают обессульфаченный осветленный раствор поваренной соли с содержанием, масс. %: NaCl – 17,246; Ca²⁺ -0,04; Mg²⁺ -1,55; SO₄^2- -0,22; н. о. – 0,14. Со снижением соотношения (рапа:ДЖ) до 2,80 содержание иона SO₄^2- уменьшается до 0,151%, однако содержание иона Ca²⁺ составляет более 0,310 %. По этой причине снижение соотношения SO₄^2-/Ca²⁺ ниже 2,80 нежелательно.

Снижение соотношения (рапа:ДЖ) в стадии смешения до менее 1,68 приводит к увеличению содержания хлорида кальция в растворе, которое требует повышенного расхода содового раствора в стадии очистки от ионов магния; при соотношении более 5,26 наблюдается неполное обессульфачивание.

Результаты и их обсуждение

Результаты опытов показывают, что с увеличением нормы дистиллерной жидкости от 50 до 110 % степень обессульфачивания повышается от 44,36 до 90,13 %. А дальнейшее повышения приводит к значительному снижению степени обессульфачивания от 90,13 до 88,10 %. Это объясняется увеличением общего объема (массы) реакционной массы. Необходимо отметит, что с увеличением нормы Д.Ж. более 110 % одновременно снижением степени обессульфачивания снижается содержания NaCl в жидкой фазе от 17,246 до 14,346 %, но содержание Са²⁺ в жидкой фазе увеличивается от 0,04 до 0,068; 0,310; и 0,562 % т.е. 1,65; 7,75; и 14,05 раза соответсвенно 110, 150 и 200% нормы относительно к 100 % норме. Соотношения Ж:Т в сгущенной суспензии колеблется в интервалах 2,99-4,23, которая 10,86-14,36 раза ниже чем в исходной суспензии (Ж:Т в исходной суспензии колеблалась в интервалах 35,30-63,30 в зависимости от нормы Д.Ж).    

Как показывают исследования, при температуре 30°С с ростом соотношения рапа : Д.Ж.   содержание SO₄^2- в жидкой фазе увеличивается, а при использовании Д.Ж. с нормой 80% количество SO₄^2- в очищенном растворе составляет 0,36%, то увеличение нормы в процессе очистки до 100; 110% приводит к снижению SO₄^2- в очищенном растворе до 0,22 и 0,156 %, причем содержание хлорида кальция увеличивается в 1,65 раза. Содержания хлорида натрия  снижается примерно на 2,43-2,68 % чем в исходной рапе. Увеличение температуры приводит к незначительному изменению содержания хлорида кальция в очищенном растворе. В то же время с ростом температуры наблюдается незначительное уменьшение содержаниеи SO₄^2-   в очищенном растворе и увеличение гипса в шламе.

Из кривой (рис.2) отстоя суспензия при осаждения SO₄^2-   видно, что в пробе 2 процесс сгущения заканчивается через 15 и 30 мин.

Рисунок 2. Кривые отстоя суспензии при осаждении SO₄^2- ионов (Номера образцов соответствуют табл. 2)

Как показали экспериментальные данные (табл. 2 и рис.2), скорость отстаивания твердой фазы колеблется  в зависимости от технеологических параметров в  интервале 0,075-0,522 м/час.

За первые 50 мин. произошло осветление 210 мл жидкости. Остальные 100 мл жидкости осаждались 100 мин. По-видимому, это объясняется мелкой дисперсностью частиц.

При уменьшении количества рапы до 229,24 г (80%) осаждение замедлилось до 150 мин. Таким образом, при очистке Барсакельмесской рапы от ионов SO₄^2-  дистиллерной жидкостью при 30°С соотношение реагирующих веществ 3,82 : 1 является оптимальным.

Эти данные показывают, что в условиях, имеющих место в опытах, скорость отстаивания твердой фазы составляет 0,075–0,52 м/час, а конечный объем шлама через 5-20 мин равен 25-45 % от начального объема суспензии.

Выводы. Таким образом, на первой стадии очистки Барсакельмесской рапы дистиллерной жидкостью от ионов SO₄^2- оптимальными можно считать соотношение рапа: дистиллерная жидкость, равной 3,82, что составляет 10% иона Са²⁺ относительно содержания SO₄^2-в рапе. После очистки Барсакельмеской рапы дистиллерной жидкостью от ионов SO₄^2- в растворе количество MgO составляет 2,43 %. Поэтому после обессульфачивания Барсакельмесской   рапы необходимо в дальнейшем изучить процесс очистки обессульфаченного рассола от ионов Mg. Анализ твердой фазы показал, что в осадок выпадает только гипс.

Список литературы:

1. Ибрагимов Г.И., Якубов Р.Я., Рамбергенов А.К., Туробжонов С.М., Эркаев А.У., Тоиров З.К. Основные проблемы технологии Кунградскогосодовогом завода и пути их решение // Кимёвакимётехнологияси. –Ташкент, 2007. - №4. 
2. Ахметов Т.Г. Химическая технология неорганических веществ. -М.: Высшая школа, 2002. -688 С.
3. Линкевич В.А., Эркаев А.У., Рамбергенов А.К., Ещенко Л.С., Дормешкин О.Б. Технология кальцинированной соды. -Ташкент.: Издательство «Тafakkur tomchilari».2021.-345 с.
4. Технологический регламент УП «Кунградский содовый завод». Кунград, 2010. -62 С.
5. А.с. 710943. Способ очистки поваренной соли /Г.С. Крашенинин, И.А. Смирнов, Р.М. Самельзон, В.К. Берещанская. - №2333304/23-26; Заявл. 09.03.76. Опубл. 25.01.80// Открытия. Изобретения. -1980.- №3.- С. 87.