СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО МЕЛА ИЗ ДИСТИЛЛЕРНОЙ ЖИДКОСТИ

АННОТАЦИЯ

В данной научной работе изучены новые методы переработки дистиллерной жидкости в готовые продукции. Физико – химические свойства полученного химически осажденного мела изучалась с использованием ряда современных методов анализа: сканирующая электронная микроскопия, рентгенодифракционный анализ. Установлено, что процесс карбонизации в интервале температур 65-75°С ускоряет процесс взаимодействия между ионами, в результате чего образуются мелкие частицы CaCO₃, а при более низких температурах увеличивается доля крупных частиц CaCO₃ в составе химически осажденного мела. Использование дистиллерной жидкости в качестве сырья для производства химически осажденного мела является самой целесообразной утилизацией, в котором не только уменьшается количество отходов, но и получаются импорт заменяющие целевые продукты.

ABSTRACT

In this scientific work, new methods of processing distillery liquid into finished products are studied. The physico–chemical properties of the chemically deposited chalk obtained were studied using a number of modern analytical methods: scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis. It has been established that the carbonation process is in the temperature range of 65-75 °C accelerates the process of interaction between ions, resulting in the formation of small CaCO3 particles, and at lower temperatures, the proportion of large CaCO3 particles in the composition of chemically deposited chalk increases. The use of distillery liquid as a raw material for the production of chemically precipitated chalk is the most appropriate disposal, which not only reduces the amount of waste, but also produces imports replacing the target products.

Ключевые слова: кальцинированная сода, дистиллерная жидкость, дистилляция, химически осажденный мел, карбонизация.

Keywords: soda ash, distillery liquid, distillation, chemically precipitated chalk, carbonization.

Введение. В настоящее время по всему миру самым актуальным вопросом является - охрана окружающей среды от токсичных производственных факторов, среди них большее значение    приобретают исследования в области утилизации отходов производства кальцинированной соды аммиачным способом. Разработка новых методов переработки дистиллерной жидкости является существенным фактором, оказывающее влияние не только на окружающую среду, но и на экономику Республики Узбекистан.

Дистиллерная жидкость - это результат процесса дистилляции маточного раствора. Процесс дистилляции это - регенерация аммиака из маточного раствора с помощью известкового молока с концентрацией АСаО 140 н.д.:

2NH₄Cl + Ca(OH)₂  =  CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃

Скорость этой реакции зависит от степени дисперсности известкового молока, так как определяется скоростью его растворения. Выделяющийся при этом аммиак отгоняется путём дистилляции – нагревом жидкости до 95 –115^о острым паром.

Химический осажденный мел СаСО3 (кальцит) – представляет собой высокодисперсный порошок белого цвета. Химическая чистота, отсутствие примесей, заданная морфология и управляемое распределение частиц делают его универсальным аморфным наполнителем, что повышает эффективность его использования в любом продукте. Химический осажденный мел (СаСО3) используется в: производстве бумаги, в бумажной промышленности выполняет функцию наполнителя и пигмента, придает поверхности бумаги премиум класса - яркость и чистоту; производстве полимерных материалов, в том числе на базе поливинилхлорида (ПВХ); составе пластмасс (пластических масс) корректирует белизну, повышает ударную прочность и выполняет армирующие функции; резинотехнической промышленности используется для изготовления рукавов и шлангов, транспортерных лент, текстропных ремней; изделиях из каучука мел химический осажденный повышает износостойкость, эластичность и устойчивость при разных температурах; лакокрасочной промышленности в составе масляных и водоэмульсионных красок он регулирует вязкость, корректирует степень блеска и глубину оттенков, снижает расход себестоимости и регулирует укрывистость состава [1, 2]. Целью настоящей статьи является исследование процесса получения химический осажденного мела из дистиллерной жидкости методом карбонизации.

Материалы и методы. В технологии получения готового продукта из отходов, то есть из дистиллерной жидкости, большое значение имеет химический состав дистиллерной жидкости, используемой в качестве сырья и углекислого газа, выделяющегося из печей обжига извести [3, 4].

В технологии получения химически осажденного мела из дистиллерной жидкости для процесса карбонизации используется печной газ из известково-обжигательных печей. Печной газ является основным компонентом для проведения процесса карбонизации в данной технологии и процентное (% об.) соотношение компонентов в его составе имеет важную функцию в образовании химически осажденного мела в достаточном количестве и качестве [5].

Анализы проведены в газоанализаторе марки КГА 1-1, методом абсорбции в котором в качестве поглотительного раствора для определения концентрации – углекислого газа используется 40%-ный раствор гидроксида калия, кислорода – раствор пирогаллола – А (в щелочной среде), оксида углерода (II) – суспензия полу хлористой меди в NH4OH [6, 7].

Дистиллерную жидкость сначала отделяется от механических взвесей методом фильтрации. После фильтрации, жидкая часть дистиллерной жидкости карбонизируется.

В процессе карбонизации, карбонизируются остаточные молекулы, оставшиеся после процесса дистилляции. Он включает в себя молекулы активного оксида кальция CaO, которые изначально присутствуют в гидроксиде кальция Ca(OH)₂. Для процесса карбонизации концентрация углекислого газа в печном газе должна быть не менее 21%.

В целом процесс карбонизации, поглощение углекислого газа СО₂ в дистиллерную жидкость и осаждение полученного химически осажденного мела протекает в соответствии с уравнением реакции:

Са(ОН)₂ + СO₂ = СаСО₃ + Н₂О

Процесс карбонизации фильтрата осуществляется с целью очистки дистиллерной жидкости от растворенных в ней молекул извести и осаждения частиц химически осажденного мела (CaCO₃).

Процесс карбонизации проводили при температуре 65-75°С, рН 7,5-8,0 с использованием печного газа. Проведение процесса карбонизации в интервале температур 65-75°С ускоряет процесс взаимодействия между ионами, в результате чего образуются мелкие частицы CaCO₃. При температурах ниже 65°С и выше 75°С увеличивается доля крупных частиц CaCO₃ в составе химически осажденного мела (рис. 1). Из-за высокой чувствительности частиц к изменению температуры требуется строгое соблюдение температурного режима на протяжении всего процесса карбонизации. Конец процесса карбонизации определяется пробой с индикатором фенолфталеина.

Рисунок 1. Микроструктура полученного химически осажденного мела (карбонат кальция СаСО₃)

Полученный продукт – химический осажденный мел (СаСО₃) – отфильтровывается из образованной суспензии способом фильтрации, после подвергается сушке и охлаждению до комнатной температуры.

Результаты и обсуждения. По результатам проведенных исследований установлено, что химический состав дистиллерной жидкости имеет тенденцию к специфическим изменениям в зависимости от качества сырья, используемого для осуществления технологических процессов и системного режима работы оборудования. Химический состав дистиллерной жидкости по результатам испытаний приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав дистиллерной жидкости

В процессе рентгенологического анализа состава дистиллерной жидкости установлено, что основными фазами являются хлорид кальция и хлорид натрия (рис. 2).

Рисунок 2. Рентгеновское изображение дистиллерной жидкости

Дифракционные максимумы показывают наличие фаз хлорида кальция и хлорида натрия. Основные максимумы указывают на преобладание фазы хлорида кальция. Рассмотрим результаты проведенного анализа.

Максимумы дифракции d = 5.102, 4.425, 3.568 Å показывают основную фазу хлорида кальция.

Максимумы низкой интенсивности дифракции d = 2.622, 2.812, 2.148 Å обозначают фазы хлорида натрия.

Это наглядно показывает наличие в составе максимумов дифракции фаз хлорида кальция и хлорида натрия. Хлоридная фаза кальция является одной из основных фаз и преобладает над другими фазами в составе.

В таблице-2 приведен результаты анализов печного газа из печей обжига - цеха «Обжига известняка и гашения извести» СП ООО «Кунградский содовый завод».

Таблица 2.

Результаты анализов печного газа из известково – обжигательных печей

Результаты анализов полученного химически осажденного мела (CaCO₃) соответствуют требованиям ГОСТ 8253-79 и представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты химического анализа химически осажденного мела согласно требованиям ГОСТ 8253-79

Заключение. В связи с образованием многотоннажных отходов в технологии производства кальцинированной соды аммиачным способом – данное производство является источником загрязнения почв, поверхностных и подземных вод, а также атмосферного воздуха окружающей среды. Рассмотренная в данной статье проблема решена путем комплексной переработки дистиллерной жидкости на товарные продукты по предлагаемой выше технологии с использованием недорогостоящих компонентов.

Список литературы:

1. Манойло Е.В., Манойло Ю.А., Моисеев В.Ф. Применение отходов содового производства // Восточно Европейский журнал передовых технологий, 2010, № 6/6 (48).
2. Красильникова С., Блинов С., Красильников П., Белкин П. Мировой опыт использования отходов производства соды // Экология и промышленность России. 2021;25(12):48-53. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2021-12-48-53.
3. Зайцев И.Д., Ткач Г.А., Стоев Н.Д. Производство соды. – М.: Химия, 1986. – 210 с.
4. Производство соды по малоотходной технологии: Монография/Ткач Г.А., Шапорев В.П., Титов В.М. – Х.: ХГПУ, 1998. – 429 с.
5. Федотьев П.П. Сборник Исследовательских работ. – Л.1936 - 86 с.
6. Постоянный технологический регламент цеха АДКФ ООО СП «Кунградский содовый завод».
7. Инструкция по контрольному анализу производства кальцинированной соды утвержденный 07.04.2021г.