ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕНООБРАЗОВАНИЯ ПРИ СУЛЬФАТ И АЗОТНОКИСЛОТНОМ РАЗЛОЖЕНИИ ДОЛОМИТОВОГО СЫРЬЯ

АННОТАЦИЯ

Изучен химический состав, реологические свойства (плотность и вязкость) и скорость фильтрация жидких и твердых фаз, выделенных путем разложения доломитового сырья Дехканабадского месторождения серной и азотной кислот с концентрацией от 20 до 40% и фильтрации образовавшейся пульпы. Исследовано влияние поверхностно-активное вещество на кратность пены, образующейся при разложении доломитового сырья. В результате достигнуто увеличение скорости фильтрации и снижение скорости пенообразования.

ABSTRACT

The chemical composition, rheological properties (density and viscosity) and filtration rate of liquid and solid phases isolated by decomposition of dolomite raw materials from the Dekhkanabad deposit with a of sulfuric and nitric acids with a concentration of 20 to 40 % and filtration of the resulting pulp were studied. The influence of surfactants on the expansion rate of foam formed during the decomposition of dolomite raw materials was studied. As a result, an increase in the filtration rate and a decrease in the rate of foaming was achieved.

Ключевые слова: Доломит, смесь серной и азотной кислот, разложения, концентрация кислоты, кислая пульпа, реологические свойства, поверхностно-активное вещество, кратность пены, ПАА-гель и Struktol SB 2195.

Keywords: Dolomite, mixture of sulfuric and nitric acids, decomposition, acid concentration, acidic pulp, rheological properties, surfactant, foam expansion rate, PAA gel and Struktol SB 2195.

Введение.

Магниевые минералы и соли очень распространены в природе, поэтому обеспечение магнийсодержащим сырьем (карналлитом, доломитом, магнезитом, а также серпентинитом и бруситом) оценивается как высокое. К настоящему времени данные материалы значительно представлены на мировом и региональных рынках минерального сырья. Так, например, запасами более 100 млн т магнезита и брусита обладают такие страны, как Россия, Китай, Австралия, Северная Корея и др. Отмечается, что в мире наблюдается устойчивый спрос на магнийсодержащую продукцию. В связи с этим поиск источников сырья и их вовлечение в производство для получения магнийсодержащей продукции — весьма актуальная задача [1].

Узбекистан располагает богатейшими запасами магнисодержащего сырья, к которым относятся хлоридно-сульфатная рапа озер Караумбет и Барсакельмес, сухие смешанные соли озера Караумбет, месторождения доломита, разбросанные по территории республики, такие как Навбахор, Шурсу, Карнаб, Кетмонтаж, Дехканабад, астраханит Аккалинского и Куканатауского месторождения и другие. Несмотря на наличие сырьевой базы они не разрабатываются из-за отсутствия приемлимых, экономически обоснованных технических решений их переработки [2-5].

Магний содержащим сырьем в республике является доломит месторождений Дехканабада, Навоийской, Ташкентской, Ферганской областей. В доломите Mg и Ca находятся в виде карбонатов, с содержанием до 30% CaCO₃ и 20-21% MgCO₃. Производство хлорида магния и тяжелых форм магнезии освоены [6, 7], а раствор нитрата магния, жидкого азот-кальций-магниевого удобрения (противогололедного реагента) освоено в АО «Максам-Чирчик» [8]. Содержание MgO и CaO определяли по ГОСТ 23673.1-79. Установлено, что Mg сырье - доломит Дехканабада, Кашкадарьинской области (MgO 20-21масс.%), удовлетворяет требованию ГОСТ 23672-99 к нему: их должно быть не менее, % масс: MgO-19; СаО-34.

Приведены результаты исследований физико-химических закономерностей кислотного разложения магнийсодержащего сырья и определен оптимальный технологический режим отдельных стадий получения сульфата магния. Установлено, что процесс получения сульфата магния на основе доломита включает следующие стадии: разложение магнийсодержащего сырья серной кислотой; фильтрацию образующейся суспензии с отделением сульфата кальция и нерастворимого остатка с последующей промывкой; кристаллизацию и выделение сульфата магния; сушку целевого продукта. Основными технологическими параметрами, определяющими стадию сернокислотного разложения являются: норма серной кислоты, продолжительность разложения, способ и порядок введения реагентов, содержание сульфата магния в жидкой фазе суспензии. При этом концентрация серной кислоты неможет рассматриваться в качестве основного технологического параметра, поскольку ее численное значение выбирается в зависимости от величины конечного содержания сульфата магния в жидкой фазе, которое в свою очередь определяется его растворимостью в воде. Доказано, что применение флокулянта на стадии разложения обеспечивает повышенную скорость фильтрации, улучшение показателей фильтрата, а также сохранение фильтровальной ткани в незагрязненном виде. Результаты химического и рентгенофазового анализов подтвердили, что сульфат магния, полученный из отечественного сырья доломита, по своему составу аналогичен сульфату магния, полученному из зарубежных видов магнийсодержащего сырья – магнезита, брусита, и полностью соответствует требованиям ТУ 2141-016-32496445-00 «Магний сернокислый» [9, 10].

Методы исследования.

В научно-исследовательской работе была отобрана проба доломита для разложения доломитового сырья Дехканабадского месторождения с серной и азотной кислот концентрацией от 20 до 40% и определен ее химический и компонентный состав. Наличие CaO - 33,06, MgO - 16,82, Fe₂O₃ - 0,225, Al₂O₃ - 0,371, SO₃ - 0,83, CO₂ - 45,2 и нерастворимого остатка (экв) - 0,65% в лабораторных условиях определяется химическим анализом.

Доломитовое сырье Дехканабадского месторождения разлагается в серной и азотной кислот концентрацией 20, 25, 30, 35 и 40 % исходя из уравнений химических реакций (в соотношении H₂SO₄ 100 и HNO₃ 110 % в кислоты) для приготовления пульпы изучены жидкие и твердые химические и физико-химические анализы фаз и определены скорости фильтрации пульпы.

MgCO₃ + 2HNO₃ → Mg(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

2CaCO₃ + 2H₂SO₄ → 2CaSO₄‧H₂O + 2CO₂

Методами физико-химического анализа также были подтверждены результаты химического анализа твердой фазы, выделенной из пульпы в ходе лабораторных экспериментов. Рентгеноструктурный анализ проводили на дифрактометре XRD-6100 (Shimadzu, Япония). Сравнение минеральных фаз 2013г. с использованием базы данных международного центра дифракции.

Сканирующий микроскопический анализ «The American Mineralogist crystal structure database» и интерпретация минералов с использованием определителя Михеева.

Для исследования характеристик структуры молекулярных соединений, исследуемые образцы проводилось на оборудовании ИК-Фурье спектрометр Nicolet iS50 (Thermo Fisher Scientific, США). Фурье-спектрометр представляет собой стационарный автоматизированный настольный прибор, состоящий из двухлучевого интерферометра Майкельсона с динамической подстройкой, источника и приемника излучения, оптической системы и блока электроники. Измерения проводились в спектральном диапазоне 4000-400 см^-1, со спектральным разрешением не более 0,1 см. Образец прижимался зондом с плоским концом на поверхность встроенной приставки с отверстием и с алмазным кристаллом для измерения ближнего, среднего и дальнего ИК диапазона в режиме нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) iS50.

Результаты и обсуждение. Результаты, полученные на основе химических анализов в ходе научных исследований, проведенных на экспериментальной модельной установке в лабораторных условиях, представлены в таблицах 1 и 2 ниже, в которых концентрация пробы доломитового сырья Дехканабадского месторождения составляет 20 , 25, 30, 35 и 40 % H₂SO₄ и HNO₃. Химический состав пульпы, жидкой и твердой фазы, а также реологические свойства (плотность и вязкость) пульпы и жидкой фазы, образующихся при разложении в кислот, при температуре 50 ℃ и по стехиометрическое соотношение нормы H₂SO₄ 100 и HNO₃ 110% в течение 40 минут.

Таблица 1

Химический состав пульпы, жидкой и твердой фаз, полученных при разложении доломитового сырья Дехканабадского месторождения в серьной и азотной кислоты

Из таблицы 1 выше видно, что химический состав пульпы, жидкой и твердой фазы увеличился с 5,15 до 9,67% от общей формы СаО и с 0,28 до 0,72% и снизился с 17,52 до 15,62% соответственно, общая форма MgO с 2,62 до 4,92%, увеличение с 3,57 до 12,21% и уменьшение с 0,200 до 0,088%, общая форма Fe₂O₃ с 0,035 до 0,066%, увеличение с 0,037 до 0,144% и уменьшение с 0,030 до 0,015%, общая форма Al₂O₃ с 0,058 до 0,065%, увеличивающаяся с 0,056 до 0,213% и уменьшающаяся с 0,061 до 0,038%, общая форма SO₄ с 8,83 до 16,59% и увеличивающаяся с 0,25 до 0,41% и уменьшающаяся с 30,03 до 26,77%, общая форма NO₃ с 8,12 до 15,25% и увеличивается с 11,09 до 37,87% и снижается с 0,55 до 0,24%, общая форма CaSO₄ с 12,25 до 23,32% и увеличивается с 0,32 до 0,59% и снижается с 42,54 до 37,93% и Mg(NO₃)₂. Общая форма увеличивалась с 9,69 до 18,21%, увеличивалась с 13,24 до 45,21% и уменьшалась с 0,66 до 0,29% определялась химическим анализом и подтверждалась на основании физико-химического анализа.

Таблица 2

Реологические свойства пулпы и жидкой фаз, полученных при разложении доломитового сырья Дехканабадского месторождения в серной и азотной кислоты

Рисунок 1. Диаграмма влияние время и ПАА-гель на кратность пены при разложении доломитового сырья в серной и азотной кислоты

Рисунок 2. Диаграмма влияние время и Struktol SB 2195 на кратность пены при разложении доломитового в смесью серной и азотной кислоты

Также изучено влияние пеногасителей на пену, образующуюся при разложении доломитового сырья Дехканабадского месторождения в кислоты с концентрацией 30%, H₂SO₄ - 100% и HNO₃ - 110%. Результаты, полученные на основе химических анализов в процессе измельчения в серной и азотной кислоты на экспериментальном модельном устройстве в лабораторных условиях, представлены на рисунках 1 и 2. Кратность пены без поверхностно-активных веществ составляет от 3,98 до 1,85 по сравнению с доломитового сырья, плотность пены под воздействием пеногасителей «ПАА-гель» и «“Struktol SB 2195”» в количестве 10 г/т составляет 2,34-1,53 и 2,28-1,68, 2,11-1,42 и 2,18-1,39. в 20 г/т и с 1,95 до 1,31 в 30 г/т и снизилась с 2,14 до 1,11 (рис. 1 и 2).

Заключение.

Так, в устройстве экспериментальной модели для удаления пены, образующейся при разложении доломитовой руды, в серной и азотной кислоты с концентрацией 20-40% и для увеличения скорости фильтрации. Изучено влияние «ПАА-гель» и «“Struktol SB 2195”» на скорость пенообразования и скорость фильтрации, а также влияние концентрации кислоты и температуры на реологические свойства кислой пульпы и образующихся в процессе ее кислых жидких фаз. были изучены и их содержание было определено с помощью химического анализа.

«ПАА-гель» и «“Struktol SB 2195”» скорость вспенивания поверхностно-активных веществ увеличилась в 1,701 и 1,746 раза, а скорость фильтрации - в 1,14 и 1,10 раза для пульпы по сравнению с 10 г/тонну, скорость вспенивания - в 1,886 и 1,825 раза при 20 г/тонну и было обнаружено, что скорость фильтрации увеличилась до 1,174. и в 1,428 раза по пульпы, а скорость вспенивания снизилась до 2,041 и 1,851 раза при 30 г/т, а скорость фильтрации увеличилась до 1,208 и 1,264 раза по пульпы. Также «ПАА-гель» и «“Struktol SB 2195”» Скорость пенообразования увеличилась в 1,48 и 1,37 раза, а скорость фильтрации - в 1,278 и 1,091 раз для пульпы по сравнению с 10 г/т «ПАА-гель» и «“Struktol SB 2195”», в 1,693 и 1,460 раза в 20 г/т, а скорость фильтрации определялась на основе методами химического и физико-химического анализа установлено, что скорость увеличилась для пульпы в 1,340 и 1,303 раза, для 30 г/т - в 1,699 и 1,570 раз, а для пульпы скорость фильтрации увеличилась в 1,406 и 1,514 раз.

Список литературы:

1. С.В. Жуков, А.В. Нечаев, А.М. Чемеков, С В Шестаков. Сернокислотная технология переработки серпентинитов с получением семиводного сульфата магния / Transactions of the Kоla Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 110–115.
2. Х.Ч. Мирзакулов, Р.Р. Тожиев, О.С. Бобокулова. Комплексная переработка минерально-сырьевых ресурсов озер Караумбет и Барсакельмес - Тошкент-2020 г. 194 с. Изд-во «Тафаккур» ISBN 978-9943-24-356-9.
3. А. Н. Гаврилюк, О. Б. Дормешкин, Г. Х. Черчес Физико-химические особенности кислотного разложения доломита Известия Национальной академии наук Беларуси, Химическая серия, 2021, вып. 57, нет. 1, стр. 109–118.
4. Михлиев О. А. Разработка технологии комплексной переработки доломита азотной кислотой с получением соединений магния и жидких удобрений//Дисс… соис. учен. степ. док. фил. (PhD) техн, наук. Ташкент, 2019. 115 с.
5. Mixliyev O.A., Mirzaqulov X.Ch., Yorboboyev R.Ch. Dolomit xomashyosini azot kislotali qayta ishlash va undagi ko‘pikni kamaytirish jarayoni tadqiqoti // Композиционные материалы. Издательство ГУП "Фан ва тараккиёт" Ташкент– 2024 г. С 266-268.
6. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 1. - С.277-250.
7. Дадаходжаев А.Т., Разработка и внедрение технологических процессов переработки доломита. Часть 2 // Узбекский химич. ж., 2015. - №3, С.53-57.
8. Akhmedov M.E., Dadakhodzhaev A.T., Guro V.P. Аnti-сold reagent on the basis of dolomite, nitrogen acid and carbamide. Proceedings «Of the international conference on interrated innovative development of Zarafshan region: achievements, challenges and prospects». Volume I. October 26-27, 2017. Navoi, Uzbekistan. P. 352-358.
9. А. Н. Гаврилюк, О. Б. Дормешкин, Г. Х. Черчес Физико-химические особенности кислотного разложения доломита Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical series, 2021, vol. 57, no. 1, pp. 109–118.
10. О.А. Михлиев Х.Ч.Мирзакулов., A.P.Сейтназаров Изучение процесса сернокислотного разложения доломитовой муки дехканабадского месторождения// O‘zbekiston milliy universiteti xabarlari, Toshkent-2024, [3/1] ISSN 2181-7324. KIMYO http://journals.nuu.uz Natural sciences. 416-418 бет.