Исследование процессов упарки и фильтрации очищенной рапы озер Караумбет и Барсакельмес

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по декальцинации обессульфаченных растворов рапы озер Караумбет и Барсакельмес и получению концентрированных растворов хлористого магния путем упарки очищенных растворов.

Степень декальцинации обессульфаченной рапы с увеличением нормы карбоната натрия с 75% до 125% повышается с 48,35% до 61,06%. Оптимальной является норма 100-105%. При этом степень осаждения кальция составляет 59,41-60,31%. Осадок мела сгущается медленно и степень осветления 90-95% достигает через 60 минут.

Скорость осветления при этом в зависимости от температуры и временного интервала колеблется в пределах 0,01-0,75 м/час. Скорость фильтрации по сухому осадку составляет 400-500 кг/м²·ч и при этом получается рассол с содержанием 9,12% MgCl₂ и 15,49% NaCl. Содержание сульфатов не превышает 0,19%, а кальция 0,25 %.

Увеличение количества выпаренной воды до 45,6% 45,6% приводит к снижению Ж:Т до 3,86 и при этом концентрация хлорида магния в растворе повышается до 24,01%, а содержание хлорида натрия снижается до 8,01%. Концентрация хлорида кальция снижается с 0,67% до 0,32%, а сульфата магния с 0,23% до 0,11%. Плотность жидкой фазы повышается с 1,250 г/см³ до 1,422 г/см³.

При испарении воды в количестве 52,0-55,2% на второй ступени выпарки и после отделения хлорида натрия концентрация хлорида магния достигает 43,10-46,92%, что соответствует товарному бишофиту с содержанием 91,94 - 97,06% гексагидрата хлорида магния. Содержание хлорида натрия не превышает 0,09 - 0,25%. При этом концентрация хлорида кальция снижается до 0,05 – 0,03%, сульфата магния до 0,03%, Ж:Т достигает значений 4,84 – 5,69.

ABSTRACT

Results of researches on decalsination and desulfonation solutions of leaches lakes Karaumbet and Barsakelmes and to reception of the concentrated solutions of magnesium chloride by evaporation the cleared solutions are resulted.

Degree of decalsination and desulfonation of leaches with increase in norm of sodium carbonate from 75 % to 125 % raises from 48,35 % to 61,06 %. The norm of 100-105 % is optimum. Thus degree of sedimentation of calcium makes 59,41-60,31 %. The chalk deposit is condensed slowly and degree of clarification of 90-95 % reaches in 60 minutes.

Speed of clarification thus depending on temperature and a time interval fluctuates from 0,01-0,75 m²/hour. Speed of filtration on a dry deposit makes 400-500 kg/m²·h and thus the brine with the contents of 9,12 % MgCl₂ and 15,49 % NaCl turns out. The contents of sulphates does not exceed 0,19 %, and calcium of 0,25 %.

The increase in quantity of the evaporated water to 45,6 % of 45,6 % leads to decrease L:H to 3,86 and thus concentration of magnesium chloride in a solution raises to 24,01 %, and the contents of sodium chloride decreases to 8,01 %.

Concentration of calcium chloride decreases from 0,67 % to 0,32 %, and magnesium sulphate from 0,23 % to 0,11 %. The density of a liquid phase raises from 1,250 g/sm³ to 1,422/sm³.

At evaporation of water in number of 52,0-55,2 % at the second step of evaporation and after branch of sodium chloride concentration of magnesium chloride reaches 43,10-46,92 % that corresponds commodity bischofit with the contents 91,94 - 97,06 % hexahydrate magnesium chloride. The contents of sodium chloride does not exceed 0,09 - 0,25 %. Thus concentration of calcium chloride decreases to 0,05 - 0,03 %, magnesium sulphate to 0,03 %, L:H reaches values 4,84 - 5,69.

Стратегия действий по дальнейшему развитию Республик Узбекистан предусматривается сохранение высоких темпов роста экономики, повышение ее конкурентоспособности, модернизацию и активную диверсификацию  ведущих отраслей экономики.

Соединения магния широко используются в различных отраслях экономики республики. Хлорат магния, получаемый из хлористого магния, является основой малотоксичных и эффективных дефолиантов, гидроксид магния является исходным сырьем для производства оксида магния  и различных его солей [1, 9, 3]. Потребности в соединениях магния растут с каждым годом. Однако, производство соединений магния в стране отсутствует, ходя имеются магнийсодержащие источники сырья. Одним из таких сырьевых ресурсов является рапа озера Барсакельмес.

Организация производств хлористого магния и гидроксида магния позволит частично удовлетворить потребности Республики в соединениях магния. В связи с вышеизложенным, проведение исследований по разработке эффективной технологии получения бишофита и гидроксида магния на основе местного сырья является актуальной проблемой.

С целью вовлечения рапы озер Караумбет и Барсакельмес в промышленное производство проведены исследования по очистке этих рассолов от сопутствующих примесей и разработке приемлемой технологии их комплексной переработки на хлористый магний  [4].

Ранее были изучены процессы обессульфачивания рапы озер Караумбет и Барсакельмес дистиллерной жидкостью [6, 7]. Для экспериментов использовали рапу озер Караумбет и Барсакельмес усредненного состава, (масс. %): Na⁺- 7,61; Mg²⁺- 3,36; Са²⁺- 0,009; С1-18,07; SO₄^2-- 3,26 и дистеллерную жидкость состава, (масс. %): Na⁺- 2,18; Mg²⁺- 0,007; Са²⁺- 3,03; С1- 8,74; SO₄^2-- 0,03.

Как показали исследования при обессульфачивании рапы дистеллерной жидкостью в растворе остаются ионы кальция. Для их удаления были проведены исследования по очистке обессульфаченной рапы от оставшихся примесей кальция. В качестве осаждающего реагента использовали кальцинированную соду. Данные по влиянию нормы кальцинированной соды на степень осаждения ионов кальция из рапы приведены в таблице 1.

Осадок мела сгущается медленно и необходимая степень осветления 90-95 % достигается только через 60 мин. С повышением температуры скорость осветления увеличивается. Скорость осветления при этом в зависимости от температуры и временного интервала колеблется в пределах 0,01-0,75 м/час. Разделение фаз проводили фильтрацией.

Таблица 1

 Влияние нормы Na₂CO₃ на степень осаждения ионов кальция из рапы при температура 25 °С и продолжительности процесса 30 минут

Сгущенная суспензия мела фильтруется достаточно хорошо. Скорость фильтрации по сухому осадку составляет 400-500 кг/м²·ч и при этом получается рассол с содержанием 9,12% MgCl₂ и 15,49% NaCl. Содержание сульфатов не превышает 0,19%, а кальция 0,25 %. Оптимальной следует считать норму карбонат ионов на ионы кальция 100-105%.

В связи с высоким содержанием хлорида натрия в очищенной рапе выпарку осуществляли в две ступени с промежуточным отделением осадка хлорида натрия при температуре 100 ⁰С и разрежении 40 мм рт. ст. Анализ исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [8, 2, 5]. Данные влияния количества упаренной воды на состав, соотношение Ж:Т и плотность пульпы приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2 увеличение количества выпаренной воды до 45,6% приводит к снижению Ж:Т до 3,86 и при этом концентрация хлорида магния в растворе повышается до 24,01%, а содержание хлорида натрия снижается до 8,01% за счет выпадения в осадок хлорида натрия, что объясняется различной растворимостью хлоридов натрия и магния.

Концентрация хлорида кальция снижается с 0,67% до 0,32%, а сульфата магния с 0,23% до 0,11%. Плотность жидкой фазы повышается с 1,250 г/см³ до 1,422 г/см³.

Таблица 2

Влияние процесса выпарки на состав жидкой фазы после первой стадии выпарки

Фильтрат после первой ступени выпарки и отделения хлорида натрия упаривали до испарения 55,2% воды от оставшегося количества. Данные влияния концентрирования рапы на второй ступени выпарки приведены в таблице 3.

При испарении воды в количестве 52,0-55,2% на второй ступени выпарки и после отделения хлорида натрия концентрация хлорида магния достигает 43,10-46,92%, что соответствует товарному бишофиту с содержанием 91,94 - 97,06% гексагидрата хлорида магния. По содержанию примесей бишофит соответствует ГОСТ 7759-73. Содержание хлорида натрия не превышает 0,09 - 0,25%. При этом концентрация хлорида кальция снижается до 0,05 – 0,03%, сульфата магния до 0,03%, Ж:Т достигает значений 4,84 – 5,69.

Таблица 3

 Влияние процессе выпарки на состав жидкой фазы после второй ступени выпарки

Таблица 4

Фильтруемость пульпы с осадком NaCl после первой стадии

Результаты опытов по изучению фильтрации пульп, образующихся в процессах выпарки рапы при остаточном давлении 84 кПа и площадью фильтра 63,59·10^{-4 м2}, представлены в таблицах 4 и 5. Исследования процесса фильтрации пульп, образующихся при выпарке растворов хлоридов натрия и магния, показали высокую скорость фильтрации (в качестве фильтровальной ткани использовали бельтинг).

Таблица 5

Фильтруемость пульпы с осадком NaCl после второй стадии

Согласно приведенным данным фильтруемость и скорость фильтрации обеих пульп после I и II стадий выпарки с повышением соотношения Ж:Т увеличиваются. Производительность фильтрации пульпы после первой стадии выше по сравнению с пульпой, полученной на второй стадии. Скорости фильтрации по твердой и жидкой фазам сильно зависят от толщины слоя осадка, сформированного на фильтрах. Чем меньше толщина осадка на фильтре, тем больше производительность фильтрации по пульпе, твердой и жидкой фазам.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность комплексной переработки рапы озер Караумбет и Барсакельмес путем последовательных операций по их очистке и выпарке очищенных растворов с последовательным выделением химически осажденных продуктов – гипса, мела, хлорида натрия и получения растворов или чешуированого хлорида магния.