Получение хлоридов кальция и магния из доломита месторождения «Навбахор»

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследована возможность получения раствора хлоридов кальция и магния путем разложения доломита м. р. «Навбахор» соляной кислотой. Изучен процесс пенообразования при разложении доломита в зависимости от концентрации кислоты, скорости ее подачи и температуры.

ABSTRACT

In this article investigated the possibility of obtaining a solution of calcium and magnesium chlorides by decomposition of dolomite «Navbahor» with hydrochloric acid. The foaming process during the decomposition of dolomite was studied depending on the concentration of acid, its feed rate and temperature

Ключевые слова: доломит, соляная кислота, раствор хлоридов кальция и магния, кратность пены, время «жизни» пены, реологические свойства пульпы.

Keywords: dolomite, hydrochloric acid, a solution of calcium and magnesium chlorides, the multiplicity of the foam, the “life” of the foam, the rheological properties of the pulp.

В мире ежегодно получают более 20 млн тонн хлопкового волокна из растений, занимающих 30 млн гектаров посевов. Основным фактором при выращивании высокого и качественного урожая сельскохозяйственных культур является применение химических препаратов: минеральных удобрений, стимуляторов, пестицидов, а также дефолиантов и десикантов [1].

Для того чтобы качественно и своевременно осуществить сбор урожая хлопка-сырца, крайне необходимо проведение предуборочного удаления листьев хлопчатника с помощью химических препаратов, так называемых дефолиантов. Дефолиация – это важное агротехническое мероприятие, без которого невозможно достичь успеха в хлопководстве.

В последние годы в Узбекистане дефолиация хлопчатника проводится в основном отечественными дефолиантами: «Супер ХМДж», «УзДеф» и «Полидеф» [2,3,4,5]. Однако основным сырьем для получения этих препаратов является хлорат магния, который производится на АО «Farg`onaazot» из бишофита, завозимого за валюту из-за рубежа [6]. Это и есть основная причина высокой себестоимости производимой продукции.

В этой связи производство на основе местного сырья малотоксичных, высокоэффективных дефолиантов, ускоряющих созревание и раскрытие коробочек хлопчатника, используемых в хлопководстве, имеет большое значение. Хлорид магния можно получать в смеси с хлористым кальцием путем разложения доломита соляной кислотой. Затем раствор смеси хлоридов кальция и магния обменной реакцией с хлоратом натрия можно переработать в хлорат- кальций-магниевый дефолиант. В Узбекистане имеются десятки месторождений доломита, среди них большой практический интерес представляет месторождение «Навбахор» в Наваинской области, химический состав которого приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Химический состав образца доломита (масс. %)

Объектом исследования являются доломит м. р. «Навбахор», соляная кислота, хлориды кальция и магния.

Известно, что разложение высококарбонатных доломитов кислотой сопровождается обильным пенообразованием, что приводит к снижению производительности оборудования, в котором осуществляется процесс разложения. В работе автора [7] было отмечено, что при разложении доломитов м. р. «Шорсу» и «Пачкамар» соляной кислотой в одной стадии (т. е. с 100%-ной нормой кислоты) значения кратности пены составляют 9,3÷10,2. То есть этот показатель высокий.

Поэтому процесс разложения доломита м. р. «Навбахор» соляной кислотой мы решили изучить вначале в одной стадии, т. е. со 100%-ной нормой кислоты, а затем в двух стадиях. На первой стадии разложение доломита «Навбахор» следует провести с 35÷40%-ной нормой соляной кислоты. На второй стадии процесс доразложения образующейся пульпы следует проводить с остальной 60÷65%-ной нормой кислоты.

Процесс разложения доломита соляной кислотой изучали в стеклянном реакторе, снабженном гидрозатвором и мешалкой.

При солянокислотном разложении доломита «Навбахор» в одной стадии была изучена зависимость пенообразования от концентрации кислоты (25,0÷35,0%), температуры (30÷50°С) при скорости вращения мешалки 250÷300 об/мин. Результаты изучения данной зависимости приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Зависимость пенообразования при солянокислотном разложении доломита от концентрации кислоты и температуры

Из данных таблицы следует, что с увеличением концентрации кислоты от 25 до 35% при температуре 30°С кратность пены (К_п) и время «жизни» или стабильность (τ, с) возрастают соответственно от 11,35 до 15,29, от 680 до 1842 сек. То есть чем выше концентрация кислоты, тем больше кратность пены, что связано с увеличением вязкости образующейся пульпы.

Изучение влияния температуры на процесс пенообразования при солянокислотном разложении доломита «Навбахор» показывает, что с повышением температуры увеличивается кратность пены, а время жизни, т. е. стабильность, снижается. Так, при разложении доломита 31,0%-ной соляной кислотой при температуре 30°С кратность пены составила К_п=13,34, стабильность τ=1218 сек, а при температуре 50°С эти показатели составили соответственно К_п=18,05, τ=763 сек.

Таким образом, повышение концентрации соляной кислоты способствует увеличению кратности пены, что связано с повышением вязкости растворов. Повышение температуры процесса солянокислотного разложения приводит к интенсивному пенообразованию, но за счет уменьшения вязкости образующейся пульпы стабильность пены снижается.

Результаты исследований по изучению пенообразования в процессе солянокислотного разложения доломита м. р. «Навбахор» показали, что значения кратности пены составляют 13,34÷18,05 (когда скорость вращения мешалки составляла V=250÷300 об/мин.). А этот показатель является высоким, что может отрицательно влиять на производительность оборудования.

С целью устранения обильного пенообразования при разложении доломита «Навбахор» соляной кислотой целесообразно вести данный процесс в две стадии. На первой стадии разложения следует провести частичную декарбонизацию доломита 35÷40%-ной нормой кислоты [8, 9]. На второй стадии, т. е. стадии доразложения доломита, следует вести с остальной 60÷65%-ной нормой кислоты. Пенообразование при этом будет меньше.

Пенообразование при солянокислотном разложении доломита «Навбахор» в две стадии изучали в зависимости от времени и скорости подачи кислоты с концентрацией 31,0% при температуре 30÷40°С.

Из данных, приведенных на рисунке 1 и в таблице 2, следует, что при разложении доломита «Навбахор» 31%-ной соляной кислотой со скоростью подачи V=12,5 г/мин на первой стадии разложения, т. е. с 35%-ной нормой кислоты, значение максимальной кратности составляет Kn=5,38. На второй стадии (при доразложении доломита с остальной 65%-ной нормой кислоты) значение кратности составило Kn=7,63.

Результаты исследований приведены в таблице 3  и на рисунке 1.

Таблица 3.

Изменение кратности пены в зависимости от времени и скорости подачи

соляной кислоты при 2-ступенчатом разложении доломита

В процессе разложения доломита соляной кислотой, подаваемой со скоростью V=10 г/мин, на первой стадии максимальная кратность пены составила Kn=4,00, а на второй Kn=5,88. При подаче кислоты со скоростью V=7,5 г/мин максимальное значение кратности пены на 1-й стадии составило Kn=1,56, на 2-й стадии Kn=2,00. Таким образом, можно добиться снижения значения кратности пены, т. е. устранить обильное пенообразование в процессе двухступенчатого солянокислотного разложения доломита «Навбахор».

Эффективность процесса получения раствора хлоридов кальция и магния путем разложения доломита соляной кислотой в значительной степени зависит от реологических свойств растворов и пульп, образующихся на различных стадиях процесса. Эти свойства необходимы для анализа процессов разложения сырья, определения оптимальных условий ведения процессов.

Рисунок 1. Зависимость изменения кратности пены от времени и скорости подачи 31%-ной соляной кислоты при 2-ступенчатом разложении доломита м. р. «Навбахор»: 1,1' – при V=12 г/мин; 2,2' – при V=10 г/мин; 3,3' – при V=7,5г/мин; а – I-я стадия разложения доломита, б – II-я стадия разложения доломита

Поэтому были изучены плотность, вязкость и рН пульп, образующихся при двухступенчатом разложении доломита «Навбахор» соляной кислотой в зависимости от нормы кислоты и температуры процесса. Плотность образцов пульп, полученных при солянокислотном разложении доломита, измеряли пикнометрическим методом, вязкость – с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ-1 в интервале температур 30÷40°С. Интервал температур 30÷40°С был выбран исходя из того, что оптимальными условиями проведения процесса разложения были концентрация НСl 31,0%, время 30 мин, t=30÷40°С. Результаты исследований приведены ниже в таблице 4.

На основе результатов полученных данных по изучению реологических свойств пульп, получаемых на I и II стадии разложения доломита «Навбахор», можно сделать вывод, что они обладают высокой текучестью и могут транспортироваться перекачивающими устройствами без каких-либо значительных ограничений.

Таблица 4.

Реологические свойства пульпы, полученной на I и II ступени солянокислотного разложения доломита «Навбахор» в зависимости от температуры

Полученные результаты послужили основой для рекомендации принципиальной технологической схемы получения раствора хлоридов кальция и магния, которая состоит из следующих стадий (рис. 2):

Рисунок 2. Принципиальная технологическая схема получения хлоридов кальция и магния: 1, 14 – бункеры; 2, 15 – ленточные весовые дозаторы; 3 – шнековый смеситель; 4, 16 – емкости-хранилища; 5 – вентили; 6 –центробежные насосы; 7 – диафрагмовый дозатор для кислоты; 8 – реактор до разложения доломита; 9 – циклон, 10 – гидроциклон; 11 –отстойник; 12 – расходомеры; 13 – реактор нейтрализатор

Двухступенчатое разложение доломита «Навбахор» соляной кислотой осуществляется:

- фильтрация полученной пульпы от нерастворимого остатка;

- нейтрализация раствора хлоридов кальция и магния окисью кальция.

Согласно схеме, доломит из склада поступает в бункер (1), затем подается на ленточный весовой дозатор (2) и оттуда в шнековый смеситель (3). В шнековый смеситель одновременно из емкости хранилища (4) через диафрагмовый дозатор (7) поступает 31,0%-ная соляная кислота в количестве (35-40% от общей нормы расхода) для проведения частичной декарбонизации. В шнековом смесителе доломит частично разлагается соляной кислотой с образованием пульпы, которая подается в реактор (8). В реакторе (8) доломит доразлагается оставшейся частью (60-65%-ной нормой) соляной кислоты. Из реактора (8) полученная пульпа центробежным насосом (6) подается в гидроциклон (10), где осуществляется разделение нерастворимого остатка от раствора хлоридов кальция и магния. Осветленный раствор хлоридов кальция и магния через расходомер (12) поступает в реактор (13), куда через бункер (14) и весовой дозатор (15) подается окись кальция для нейтрализации полученного раствора хлоридов кальция и магния до рН 5,0÷5,5. Далее раствор поступает в емкость-хранилище (16) и используется для получения хлорат-кальций-магниевого препарата.

Состав раствора хлоридов кальция и магния приведен в таблице 5.

Таблица 5.

Физико-химические показатели раствора хлоридов кальция и магния

Выводы. Таким образом, установлены оптимальные технологические параметры процесса солянокислотного разложения доломита: концентрация HCl – 31,0%, температура – 30÷40°С и скорость подачи кислоты – 7÷10 г/мин, причем разложение следует вести в две стадии.

Разработана принципиальная технологическая схема получения раствора хлоридов кальция и магния.

Полученный раствор хлоридов кальция и магния может служить в качестве исходного сырья для получения хлорат-кальций-магниевого дефолианта.

Список литературы:
1. Жидкий хлорат магниевый дефолиант. Технические условия. Ts 00203855-34: 2015. – 14 с.
2. Закиров Б.С. Дефолиация и урожай // Наука и жизнь Узбекистана. – 2014. – № 3 (4). – С. 14-15.
3. Патент IAP 04447 Республики Узбекистан. Состав для дефолиации хлопчатника / С. Тухтаев, А.А. Абдуллаев, А.Т. Салижанов и др. (Узбекистан). – Заявл. 15.03.2010, опубл. 30.12.2011 // Расмий ахборотнома. – 2011. – № 12. – С. 40-41.
4. Патент IAP 0503 Республики Узбекистан. Состав дефолианта / С.Ш. Рашидова, А.А. Сарымсаков, М.А. Хайдаров и др. (Узбекистан). – Заявл. 15.10.2010, опубл. 30.11.2010 // Расмий ахборотнома. – 2010. – № 11. – С. 6.
5. Предварительный Патент 343 Республики Узбекистан. Дефолиантный состав / С.У. Усманов, З. Исабаев, Б.С. Закиров и др. (Узбекистан). – № 1 НДР 9200074.1; заявл. 22.12.92., опубл. 30.12.93 // Бюллетень изобрет. – 1993. – 62 № 2. – С. 4.
6. Турсунов А.С., Эргашев Д.А., Хамрақулов З.А. Исследование процессов фильтрации при получении хлоратсодержащий дефолиант из доломита // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2018. – № 10 (55). [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6476 Физико-химическое обоснование процесса получения нового дефолианта / Д.А. Эргашев и др. // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн.. 2019. № 2(59). [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6975
7. Хамракулов З.А., Аскарова М.К., Тухтаев С. Получение раствора хлоридов кальция и магния из доломита // Химическая промышленность. – 2013. – № 2. – С. 70-78.