ИЗУЧЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И СКОРОСТИ ФИЛЬТРАЦИИ ПУЛЬПИ ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ДОЛОМИТА

АННОТАЦИЯ

Цель исследования заключается в ускорении процесса разложения местного доломитового сырья азотом и серной кислотой и изучении его переработки в MgOH, MgO, жидкие и гранулированные магниевые удобрения. Определено влияние ПАА-гель и «Struktol SB 2195» на скорость пенообразования и скорость фильтрации, а также влияние концентрации кислоты и температуры на разделение кислой пульпы на твердую и жидкую фазы и реологические свойства. В результате при обработке доломита серной кислотой были достигнуты увеличение скорости фильтрации и снижение скорости пенообразования.

ABSTRACT

Purpose of the study it consists of accelerating the process of decomposition of local dolomite raw materials with nitrogen and sulfuric acid and studying its processing into MgOH, MgO, liquid and granular magnesium fertilizers. The influence of PAA gel and Struktol SB 2195 on the rate of foaming and filtration rate, as well as the influence of acid concentration and temperature on the separation of acid pulp into solid and liquid phases and rheological properties were determined. As a result, when treating dolomite with sulfuric acid, an increase in the filtration rate and a decrease in the rate of foaming were achieved.

Ключевые слова: Доломит, азотная кислота, серная кислота, поверхностно-пассивные вещества (ППВ), скорость фильтрации, твердая и жидкая фазы, плотность, вязкость.

Keywords: Dolomite, nitric acid, sulfuric acid, passive surfactants (PS), filtration rate, solid and liquid phases, density, viscosity.

Введение. В литературе имеются сведения об использовании в качестве сырья различных магнийсодержащих минералов [1], а также в исследованиях процесса их сернокислотного разложения [2]. Большинство описанных способов заключается в разложении магнийсодержащего сырья серной кислотой или другими реагентами с последующим отделением твердой фазы и кристаллизацией сульфата магния из полученного раствора. Наиболее распространенным сырьем для получения сульфата магния этими способами является природный или каустический магнезит, брусит [3, 4].

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 не может 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 [5]. 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» [6, 7].

Потребность Узбекистана в соединениях магния огромна, однако она удовлетворяется только за счет импорта, что приводит к затратам валюты. Только для производства дефолиантов хлопчатника закупается более 20 тыс. т бишофита (MgC₁₂·6H₂O). В Республике имеются крупные природные ресурсы магниевых соединений в виде рапы озер Караумбет и Барсакельмес, сухих смешанных солей озера Караумбет и доломитов различных месторождений [8, 9].

Наиболее приемлемыми источниками сырья для производства магния и его солей могут служить доломиты Дехканабадского, Шурсуйского и Чустского месторождений, имеющие до 30% карбоната магния [10].

Методы исследования. 10, 20 и 30 г ПАА-геля и Struktol SB 2195 в процессе разложения доломитового сырья Дехонабадского месторождения минеральными кислотами HNO₃ и H₂SO₄ в лабораторных условиях и скорости фильтрации в сравнении с 10, 20 и 30 г на тонну доломитового сырья. Изучено влияние величин г/т.

Доломитовое сырье Дехканабадского месторождения при проведении научно-исследовательских экспериментов, азотная кислота (ГОСТ 6221-91, производство АО «maxam-chirchiq»), серная кислота (ГОСТ 2184-2013) и ПАA-гель (Tsh 00203849-64-2016, производство АО «Навоиазот») и« Struktol SB-2195» (Struktol SB-2195, Schell+Seilacher GmbH, Германия) были использованы реагенты.

Обсуждение и результаты. Доломитовое сырье было привезено из Кашкадарьинской области, Дехканабадского района для проведения научно-исследовательских экспериментов, проведенных в лабораторных условиях, изучены процессы его разложения серной и азотной кислотами и определены скорости фильтрации.

Доломитовое сырье Дехканабадского месторождения разлагается минеральными кислотами (H₂SO₄ (конц. 95%) и HNO₃ (конц. 57%)) с кислотностью 110% и концентрацией кислоты 20, 30 и 40%. Воздействие ПАА-геля. и Struktol SB 2195 поверхностно-пассивные вещества на скорость фильтрация определены, а результаты, полученные в результате научно-исследовательского анализа, представлены в таблицах 1 и 2.

Первоначально доломитовое сырье перерабатывали концентрированными минеральными кислотами (HNO₃ и H₂SO₄) в концентрациях: 20, 30 и 40%-ные растворы кислот или твердая : жидкая фазы т:ж в HNO₃ – от 1:3,5 до 1:1,8 и т:ж в H₂SO₄ – при приготовлении соотношений от 1:5,45 до 1:2,72 использовали промывную воду, полученную от промывки твердой фазы.

В пульпу, полученную в результате разложения доломитового сырья концентрированными минеральными кислотами HNO₃ 57% и H₂SO₄ 95%, вносилась скорость фильтрации веществ марки «ПАА - геля и Struktol SB 2195». Разлагается минеральными кислотами, азотной и серной кислотами при температуре 50 ℃. Результатом исследования является то, что ПАА - гель и Struktol SB 2195 при температуре 40 ℃, давлении 0,06 МПа или 450 мм.см.ст. подвергают переработке 20% азотной кислотой в концентрации 10–30 г/т (относительно доломитового сырья). Влияние переработанной пульпы на скорость фильтрации увеличилось с 526,80 до 562,72 кг/м²‧с и снизилось с 916,80 до 659,37 кг/м²‧с, увеличилась до 525,41-561,38 кг /м²‧с и снизилось до 914,12-653,80 кг/м²‧с, в твердой фазе 1,39 снизилось до 1,34 кг/м²‧с и увеличилось на 2,68 – 5,20 кг/м²‧с и увеличилось до 62,31-66,58 кг/м²‧с и 108,41 – уменьшились на 77,54 кг/м²‧с, снизились до 1224,99 – 615,09 кг/м²‧с и увеличились на 427,27 – 322,70 кг/м²‧с для пульпи при 30%, 1209,21-608,12 кг/м² с и 421,47-319,47 кг/м²‧с в фильтрате (кислая жидкая фаза), 15,78 в твердой фазе 6,97 кг/м²‧с и 5,80 – 3,23 кг/м²‧с снизились, а для CaO+MgO 196,86 в 40% HNO₃ 99,00 кг/м²‧с и 68,62 – 52,01 кг/м²‧с уменьшились, 303,91 – 212,27 кг/м²‧с уменьшились и 193,43-224,39 кг/м²‧с увеличились, фильтрат (кислая жидкая фаза) уменьшился на 286,75 -208,31 кг/м²‧с и увеличилась на 190,40-219,21 кг/м²‧с, уменьшилась на 17,16-3,96 кг/м²‧с по твердой фазе и увеличилась на 3,03-5,18 кг/м²‧с и уменьшилась на 58,93 - 42,81 кг/м²‧с для CaO+MgO с и увеличивается на 39,13-45,05 кг/м²‧с (табл. 1. (N‒110%; t‒50 ℃ и t‒40 мин)).

Таблица 1.

Влияние ПАВ на скорость фильтрации кислых пульп, полученных при переработке Дехканабадского доломита азотной кислотой. t-50 ⁰C

Для изучения скорости фильтрации кислой пульпы в зависимости от нормы кислоты и соотношения Т:Ж разложение доломитого сырья Дехханабадского месторождения азотной и серьной кислотой проводилось при норме от стехиометрии на образование CaSO₄‧2H₂O и MgSO₄‧2H₂O 110%, концентации кислотой 20-40 %, соотношении Т:Ж=1:3,5÷1:1,8 и 1:5,4÷1:2,7, температуре 50 °С и продолжительности процесса 40 мин. Процесс фильтрации проводили при 40 °С и давлении 0,06 МПа или 450 мм рт.ст., а влияние концентрации серной кислоты на скорость фильтрации пульпы при 20% составило 3066,40 - 3355,40 кг/м²‧с. и 3152,50-3194,00 кг/м²‧с, по фильтрату (кислая жидкая фаза) 2330,55-2550,20 кг/м²‧с и 2404,80-2434,90 кг/м²‧с увеличились на 735,85-805,20 кг/м²‧с и 747,70-759,10 кг/м²‧с по твердой фазе и 246,50-269,70 кг/м²‧с по CaO+MgO кг/м²‧с и увеличивается на 253,40 – 256,70 кг/м²‧с, 2712,00 – 3746,60 кг/м²‧с и 2861,96 – 3010,25 по пульпе при 30% кг/м²‧с увеличилось, фильтрат (кислая жидкая фаза) увеличился до 1672,17 – 2163,27 кг/м²‧с и 1806,83 – 1881,84 кг/м²‧с, твердая фаза увеличилась на 1039,83-1583,33 кг/м²‧с и 1055,13 – 1128,41 кг /м²‧с и по CaO+MgO 276,89-388,52 кг/м²‧с и 292,15 – 307,34 кг/м²‧с на увеличились и 40% увеличились на 2357,60 – 4299,20 кг/м²‧с и 2571,43-2826,51 кг/м²‧с на пульпе увеличился на 1013,80-1891,65 кг/м²‧с и на 1208,87-1328,78 кг/м²‧с в твердой фазе 1343,80-2407,55 кг/м²‧с и 1362,56 – 1497,73 кг/м²‧с увеличился а для CaO+MgO до 330,06-601,88 кг/м²‧с и 360,00-395,70 кг/м²‧с увеличение установлено лабораторными анализами на экспериментальной модельной установке (табл. 2., (N‒110%; t‒50 ℃ и t‒40 мин)).

Таблица 2

Влияние ППВ на скорость фильтрации пульп, полученных при переработке Дехханабадского доломита серной кислотой

Изучено влияние концентрации кислоты и температуры на реологические свойства (плотность и вязкость) кислых пульп и жидких фаз. 20 °С плотность ρ=1,199‒1,449 и 1,134‒1,380 г/см³, вязкость возросла до η=1,314‒3,859 и 1,254‒3,675 сПа, 40 °С плотность ρ=1,184‒1,429 и 1,128‒1,361 г/см³, вязкость увеличилась до η=0,942‒2,478 и 0,897‒2,360 сПа, 60 °С плотность ρ=1,179‒1,406 и 1,123‒1,339 г/см³, вязкость возросла до η = 0,669‒1,770 и 0,637‒1,686 сПа, 80 °С и было установлено, что плотность увеличилась до ρ=1,175‒1,390 и 1,119‒1,324 г/см³, а вязкость увеличилась до η=0,545‒1,310 сПа и 0,519‒1,248 сПа (табл. 3., (N‒110%; t‒50 ℃ va τ‒40 min)).

Таблица 3

Реологические свойства кислой пульпы и жидкой фазы доломитового сырья, разлагаемого азотной кислотой

В таблице 4 приведены результаты исследований кислой пульпы и жидкой фазы, образующихся после фильтрации кислой пульпы, полученной сернокислотным разложением доломита из расчета на образование CaSO₄ и MgSO₄.

Результаты исследований показывают, что с увеличением нормы кислоты плотность кислой пульпы и жидкой фазы, образующейся после фильтрации кислой пульпы, увеличиваются, а с увеличением соотношения Т:Ж и температуры уменьшается.

При реологических свойствах пульпы, 110%-ной норме H₂SO₄, соотношении Т:Ж=1:5,4-2,7, температуре 20-80 °С, плотности C_H2SO4=20 %, плотность составляет 1,267÷1,148 г/см³, вязкость-2,001÷0,714 мПа·с; плотность при C_H2SO4=30 %, -1,305÷1,172 г/см³, вязкость-1,407÷0,750 мПа·с, C_H2SO4=40 %,  плотность; 1,343÷1,195 г/см³, вязкость-2,931÷ 0,787мПа·ч.

Таблица 4

Реологические свойства пульпы и жидкой фазы, полученных из продуктов разложения Дехконабадского доломитового сырья серной кислотой (N=110%; t=50 ℃ va τ=40 мин)

Также при реологических свойствах жидкой фазы, полученной в процессе фильтрации кислой пульпы, т.е. при соотношении 1:5,4-2,7, температуре 20÷80°С, при C_H2SO4=20 %, плотность составляет 1,242÷1,125 г/см³, вязкость 1,888÷0,674 мПа·с; плотность при C_H2SO4=25 %, 1,260÷1,138 г/см³, вязкость 1,608÷0,691 мПа·с; плотность при C_H2SO4=30 %, 1,279÷1,149 г/см³, вязкость 1,327÷0,708 мПа·с; а при соотношении 1:2,0, C_H2SO4=35 %, плотность- 1,298-1,160 г/см³, вязкость 2,046-0,725 мПа·с; плотность при C_H2SO4=40 %, 1,316-1,172 г/см³, вязкость 2,765-0,742 мПа·с.

Заключение

Так, при разложении доломитового сырья минеральными кислотами норма кислот составляет 110%, концентрация 20, 30 и 40% с воздействием азотной и серной кислот 10-30 г/т (в расчете на одну тонну). доломитовое сырье) ПАА-геля и поверхностно-пассивных веществ Struktol SB 2195. Установлено, что влияние вещества на скорость фильтрации увеличивается в среднем в 1,53 раза при 20% HNO₃ и снижается в среднем в 0,8 раза при его концентрации разлагался 30, 40% HNO₃.

Также при сравнении влияния ПАА-геля и Struktol SB 2195 на скорость фильтрации пульпы, полученной разложением доломитового сырья H₂SO₄, с пульпой, полученной сернокислотным разложением без ППВ, 20% H₂SO₄ на пульпе на 1,51–1,66 химическими анализами в лабораторных условиях в 1,56-1,58 раза, в 1,24-1,72 и 1,31-1,38 раза в 30% H₂SO₄, в 1,01-1,84 раза в 40% H₂SO₄ и в 1,10-1,21 раза.

Результаты, полученные на основании химических анализов в лабораторных условиях, подтвердили, что ПАА-гель и Struktol SB 2195 снижают скорость фильтрации пульп, разлагаемых азотной кислотой, и повышают скорость фильтрации пульп, разлагаемых серной кислотой.

Список литературы:

1. Позин, М. Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот): в 2 ч. / М. Е. Позин. – Л.: Химия, 1974. – Ч. 1. – 792 с.
2. Кузьменков, Д. М. Получение из доломита синтического гипса и конверсия его на гипсовые вяжущие: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.17.11 / Д. М. Кузьменков. – Минск, 2014. – 24 с.
3. 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.
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. 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.
6. Патент РФ № 2442593 A61K33/14, C01F5/00, C22B1/00. Способ очистки бишофита. Петров В.И., Спасов А.А., Озеров А.А., Сысуев Б.Б. Опубл. 20.02.2012. Бюлл. № 5.
7. Тожиев Р.Р. Разработка технологии комплексной переработки сырьевых ресурсов озер Караумбет и Барсакельмес на бишофит, гидрооксид и оксид магния и сульфат натрия. // Дисс. … док. техн. наук (DSc). – ИОНХ АН РУз, Ташкент, 2020. - 200с.
8. Дадаходжаев А.Т., Ахмедов М.Э., Гуро В.П. Разработка технологии производства сложного азот-калий-кальций-магниевого удобрения // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 2(56). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6846
9. Михлиев О.А., Бобокулова О.С., Тожиев Р.Р., Мирзакулов Х.Ч Получение гидроксида магния из доломита Дехканабадского месторождения. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2019. - № 3. - С. 15-18.
10. 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.