Получение концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес в естественных условиях

АННОТАЦИЯ

Приводятся результаты исследований по получению концентрированных растворов хлорида магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес путем естественного испарения в летний период и осаждения сульфата натрия в зимнее время в условиях имитирующих естественные.

Установлено, что с увеличением продолжительности испарения до 80 суток уровень рапы озера Караумбет в емкости снизился на 21,3 см, объем рапы уменьшился на 0,2902 м³ , концентрация MgCI₂ увеличилась с 6,88% до 17,41%. Плотность рапы повысилась с 1,222 г/см³ до 1,288 г/см³.

За это же время уровень рапы озера Барсакельмес в емкости снизился с 40,33 см до 18,29 см, объем рапы уменьшился с 0,546 м³ до 0,2561 м³ , концентрация MgCI₂ увеличилась с 3,80% до 17,33%. Выпало в осадок 24,98% NaCl из имеющегося в рапе.

Показано, что при снижении температуры рапы озера Караумбет после летнего испарения с 30°С до -5 °С приводит к снижению содержания сульфата натрия с 7,11 % до 0,90 %, содержание хлорида натрия с 3,94% до 1,94%, содержание хлорида магния повышается с 19,69% до 23,15%. В осадке присутствует мирабилит с незначительными примесями хлоридов натрия и магния. В рапе озера Барсакельмес содержание сульфата натрия снижается до 0,53 %, хлорида натрия повышается с 24,82% до 26,20%, хлорида магния с 3,80% до 4,01%. Выход мирабилита составляет 87,34%.

ABSTRACT

Given results of researches to reception of the concentrated solutions of magnesium chloride from leaches of lakes Karaumbet and Barsakelmes by natural evaporation during the summer period and sedimentation of sodium sulphate during winter time in condition natural imitation.

It is established, that with increase in duration of evaporation till 80 days level leach lakes Karaumbet in capacity has decreased on 21,3 sm, volume of leach has decreased on 0,2902 м³ , concentration MgCI₂ has increased from 6,88% to 17,41%. The density of leach has raised from 1,222 g/sm³ to 1,288 sm³.

For what time level of leach lakes Barsakelmes in capacity has decreased about 40,33 sm to 18,29 sm, volume of leach has decreased with 0,546 м³ to 0,2561 м³ , concentration MgCI₂ has increased from 3,80% to 17,33%. Has dropped out in a deposit of 24,98% NaCl from available in leach.

It is shown, that at temperature decrease leach of lakes Karaumbet after summer evaporation from 30°С to-5 °С sodium sulphate leads to decrease contents of sodium sulphate decreases from 7,11% to 0,90%, sodium chloride from 3,94% to 1,94%, magnesium chloride raises from 19,69 to 23,15%. In a deposit presence myrabilite with insignificant impurity of sodium and magnesium chlorides. In leach of lake Barsakelmes the contents of sodium sulphate decreases to 0,53%, sodium chloride raises from 24,82% to 26,20%, magnesium chloride from 3,80% to 4,01%. The exit of myrabilite makes 87,34%.

Введение. Важное место в хозяйственной деятельности отводится соединениям магния. Главными их потребителями являются производства дефолиантов, огнеупоров, строительная и металлургическая промышленности.

Несмотря на то, что в Республике имеются значительные запасы магния в виде природного доломита, рапы и сухих смешанных солей производство соединений магния в Узбекистане отсутствует и они завозятся из-за рубежа. Большое количество солей магния имеется в рапе озер Барсакельмес и Караумбет [1, 4, 6].

Поэтому, освоение сырьевых источников солей магния в Республике Каракалпакстан является одной из главнейших задач экономического развития Республики [7].

Большая потребность Республики в соединениях магния и наличие мощной их сырьевой базы ставят задачу вовлечения в переработку рапы озер Караумбет и Барсакельмес и создания новых производств, в частности, бишофита. В виду того, что производство бишофита из рапы является относительно энергоемким, из-за низкого содержания солей магния в исходной рапе, наиболее приемлемым способом, с экономической точки зрения, является схема с осаждением основной части NaCl в естественных условиях. Республика Каракалпакстан находится в условиях резко континентального климата – летом жарко, зимой очень холодно.

Для исследований использовали рапу озера Караумбет состава, масс.%: Na₂O – 11,98 СаО - 0,11; МgO - 4,59; Cl^- - 16,90; н.о. - 0,23; SO₄^2- - 3,46; MgCI₂ - 6,88; NaCl – 22,65; МgSO₄ - 5,31; н.о. - 0,23 и рапу озера Барсакельмес состава, масс.%: Na₂O - 14,38; МgO - 1,59; СаО - 0,045; Cl^- -17,90; SO₄^2- - 1,90; MgCI₂ - 3,80; NaCl - 24,82; Na₂SO₄ - 2,81; pН - 6,6; ρ - 1,200 г/см³; η - 2,74 сПа.

В целях изучения интенсивности испарения рапы с поверхности зеркала рапы в металлическую емкость площадью 1,4 м² была залита рапа озера Караумбет в объеме 0,4424 м³ и Барсакельмес в объеме 0,5646 м³ , далее определяли объем испарившейся воды через каждые 4-6 суток по высоте слоя рапы и анализировали состав жидкой фазы.

Химический и минералогический состав рапы и продуктов естественного испарения и зимней садки устанавливали известными методами химического анализа [8, 5, 3].

Исследования по естественному испарению рапы проводили на открытой площадке, в естественных условиях близких к климатическим условиям озера Караумбет и Барсакельмес, в зависимости от продолжительности процесса испарения. Продолжительность наблюдений составила 80 суток с 16 августа по 4 октября. За этот период уровень рапы снизился на 21,3 см, объем уменьшился на 0,2902 м³ , концентрация MgCl₂ повысилась с 6,88% до 17,41%. Визуально наблюдалось осаждение соли белого цвета с желтоватым оттенком. Плотность рапы повысилась с 1,222 г/см³ до 1,288  г/см³.

За это же время объем рапы озера Барсакельмес уменьшился с 0,5646 м³ до 0,2561 м³ , высота слоя рапы в емкости снизилась с 40,33 см до 18,29 см, концентрация MgCl₂ повысилось с 3,80% до 17,33%, выделено в осадок 24,98% NaCl.

Изменение состава рапы озера Караумбет в процессе естественного испарения приведено в таблице 1.

Как видно из таблицы 1 с увеличением времени испарения воды из рапы озера Караумбет снижается высота слоя рапы с 31,60 см до 10,30 см. При этом содержание МgO повышается с 4,59% до 9,45%, SO₄^2--иона с 3,46% до 4,25%, СаО снижается с 0,11% до 0,08%. Плотность рапы повышается с 1,222 до 1,289 г/см³. Содержание MgCl₂ достигает 17,41%.

Таблица 1.

Влияние продолжительности естественного испарения на состав рапы озера Караумбет

В таблице 2 представлены данные химического состава осадка, выделенного в процессе естественного испарения рапы озера Караумбет.

Как видно из полученных результатов, эффективность осаждения NaCl при летней садке достаточно высокая. Необходимо отметить высокое содержание основного вещества. Содержание примесей не превышает 1,5-2,0%, что говорит о высоком качестве получаемой соли. Концентрация MgCl₂ в образующемся растворе достигает 17,41%.

Для решения практических, технологических вопросов, связанных с зимней садкой Na₂SO₄, проведен анализ четверной взаимной водной системы Na⁺, Мg⁺² // Cl^-, SO₄^2- - Н₂О [9, 10, 2]. Данные по растворимости в системе свидетельствуют о возможности выделяния Na₂SO₄ при низких температурах. Так при температуре 10°С  растворимость Na₂SO₄ составляет 4,41%.

Таблица 2

Влияние продолжительности естественного испарения рапы озера Караумбет на состав твердой фазы

С целью моделирования процесса осаждения Na₂SO₄ при пониженных температурах и установления оптимальных параметров изучено влияния температуры на процесс осаждение Na₂SO₄ из раствора, полученного после летней садки NaCl из рапы озера Караумбет. Полученные результаты приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3 раствор обедняется ионами натрия и сульфат - ионами и обогащается ионами магния и хлора. Содержание Na₂SO₄ уменьшается с 7,11% до 0,54%, NaCl с 3,94% до 1,61%, а MgCl₂ - увеличивается с 19,69% до 23,31%. В осадке присуствует, в основном, Na₂SO₄^.10Н₂О с примесями NaCl и MgSO₄. Предварительные исследования показали, что качество получаемого мирабилита не соответствует требованиям, предъявлемым к товарном продукту, и необходима его доочистка.

Таблице 3

Изменение химического и солевого состава рапы озера Караумбет после летней садки в зависимости от температуры окружаюшей среды (зимняя садка)

Аналогичные эксперименты были проведены и с рапой озера Барсакельмес. В таблице 4 представлены результаты исследований продолжительности испарения рапы на изменение ее состава.

В таблице 5 приведены данные состава жидкой фазы, образующейся при охлаждении рапы озера Барсакельмес, которые свидетельствуют, что при охлаждении рапы до температуры минус 5-10°С можно снизить содержание Na₂SO₄ в рапе до 0,13-0,53%, содержание хлорида натрия составляет 26,20-26,43%, хлорида магния 4,01-4,05%. Выход мирабилита составляет 5,16-6,07% от массы исходного раствора при температурах -5 ÷ -10°С.

Полученные данные свидетельствуют, что путем естественного испарения рапы озер Караумбет и Барсакельмес и садки хлорида натрия можно повысить содержание хлорида магния в рапе с 3,80-6,88% до 17%, а при последующей зимней садке полученных рассолов выделить глауберит и тем самым снизить содержание сульфата натрия до 0,54% и, соответственно, повысить содержание хлорида магния до 23%. Проведение зимней садки с выделением глауберита из исходной рапы или отбор рапы в зимнее время позволяет получить рассолы с содержанием сульфата натрия 0,13-0,53% и отказаться от зимней садки после естественного испарения рапы.

Таблице 4

Влияние продолжительности естественного испарения на состав рапы озера  Барсакельмес (летняя садка)

Таблице 5

Химический состав жидкой фазы, образующейся при охлаждении рапы озера Барсакельмес

Таким образом проведенные исследования показали, что путем летней садки NaCl и зимней садки Na₂SO₄ при температурах от 10°С до минус 5°С можно получить из рапы озера Караумбет растворы с содержанием 22-23% MgCl₂, 2-3% NaCl и 0,54-4,21% Na₂SO₄, пригодных для промышленной переработки на MgCl₂. Выделенные в процессе летней и зимней садки NaCl и Na₂SO₄ также можно использовать в производстве с выделением более чистых солей. Из рапы озера Барсакельмес после естественного испарения можно получить растворы, содержащие до 14-17% MgCl₂, 7-9% Na₂SO₄, 6-7% NaCl. После зимней садки до температуры минус 5^оС полученные растворы содержат 0,53% Na₂SO_4, 4,01% MgCl₂ и 26,20% NaCl. Поэтому для промышленного производства рапу с озер Караумбет и Барсакельмес желательно отбирать в искусственные бассейны в зимнее время, когда содержание сульфатов в рапе минимально, затем подвергать естественному испарению в летнее время и только после этого использовать в промышленных условиях для дальнейшей переработки.