Разработка технологии получения хлорат кальций-магниевого дефолианта на основе местного сырья

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире из 13,5 млрд, га земель 1,4 млрд, га предназначены для выращивания сельскохозяйственной продукции. Высокие росты населения и их потребности обуславливают более эффективное использование земель. В сельском хозяйстве Узбекистана особое внимание уделяется на широкое внедрение современных агротехнологий и улучшение мелиоративного состояния орошаемых земель. В постоянном повышении урожайности и улучшении плодородия земель важную роль играют химические препараты - минеральные удобрения, стимуляторы роста, пестициды, в том числе дефолианты и десиканты. Одним из условий успешной и качественной уборки урожая хлопка -сырца в доморозный период является проведение дефолиации хлопчатника. Проведение качественной дефолиации дает возможность осуществлять полную уборку хлопка в сжатые сроки. Это создает условие для раннего посева зерна, проведения осенне-зимних мероприятий и получения обильного урожая следующего года. Локализация сырьевой базы промышленных предприятий и получение на их основе импортозамещающих продукций, насыщение внутреннего рынка необходимыми потребительскими товарами, а также увеличение роста экспортного потенциала является одним из важных преобразований проводимых в Республике. При решении данной задачи одной из актуальных проблем является использование в качестве сырья, вместо импортного «бишофита», продуктов солянокислотного разложения местного доломита с получением раствора хлоридов кальция, магния и переработкой их с хлоратом натрия конверсионным методом в малотоксичные, высокоэффективные новые дефолианты, ускоряющие созревание и раскрытие коробочек хлопчатника, таким образом можно снизить производственные затраты предприятий и тем самым снизить себестоимость готовой продукции. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указе Президента Республики Узбекистан № 4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и постановлений Кабинета Министров Республики Узбекистан № 3 от 4 марта 2015 года «О дополнительных мерах по сокращению производственных затрат и снижению себестоимости продукции в промышленности», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка технологии получения малотоксичного и высокоэффективного дефолианта путем разложения доломитного минерала соляной кислотой с последующей конверсией образующегося продукта хлоратом натрия. Научная новизна исследования заключается в следующем: впервые определена возможность получения нового хлорат кальциймагниевого дефолианта с использованием вместо импортного бишофита сырья, полученного на основе солянокислотного разложения местных доломитов и разработана принципиальная технологическая схема; определены оптимальные технологические параметры процесса разложения доломитов соляной кислотой: концентрация НС1 - 31,0%, время взаимодействия 30-35 минут, температура процесса 30-40°С, при этом доказано суммарное извлечение СаО и MgO составляет 99,42-99,60%; впервые получены новые данные по взаимному влиянию компонентов в сложных водных системах, состоящих из хлоридов и хлоратов кальция, магния и натрия, на их основе построены политермические диаграммы растворимости и научно обоснована возможность получения нового хлорат кальций-магниевого дефолианта; определены оптимальные параметры процесса конверсии раствора хлоридов кальция, магния с хлоратом натрия; определены энергии активации, порядок и константа скорости реакции процесса конверсии, установлена их зависимость от температуры, в результате которого разработана технология получения нового хлорат кальций-магниевого дефолианта. ЗАКЛЮЧЕНИЕ На основе проведённых исследований по докторской диссертации на тему “Разработка технологии получения хлорат кальций-магниевого дефолианта на основе местного сырья” представлены следующие выводы: 1. Обоснована актуальность и необходимость проведения дефолиации хлопчатника с целью успешной и качественной уборки урожая в доморозный период, а также для раннего проведения осенне-зимних мероприятий. Показано соответствие научной и практической значимости проведённых исследований приоритетным направлениям развития науки и технологии республики. Изучены химический состав, физико-химические и физико-механические характеристики доломитов месторождений «Шорсу» и «Пачкамар». Образцы имеют следующий химический состав: СаО = 30-31,5% и MgO = 19,2-19,4%, СОг = 45,0-45,5%, окислов металлов 1,42% и окиси кремния 2,87%. 2. Проведены исследования, направленные на изучение пенообразования при взаимодействии доломита месторождений «Шорсу» и «Пачкамар» с соляной кислотой в зависимости от концентрации кислоты, температуры, продолжительности процесса и скорости оборотов мешалки. Установлено, что с повышением концентрации кислоты увеличивается вязкость раствора это в свою очередь способствует увеличению кратности и устойчивости пены. Повышение температуры приводит к интенсивному пенообразованию, но уменьшение вязкости растворов снижает стабильность пены. Высокие обороты мешалки приводят к меньшей продолжительности «жизни» пены, а также к уменьшению пены за счет ее разрушения. На основании проведенных исследований и установленных зависимостей предложено проводить процесс разложения доломита соляной кислотой в две стадии (на первую стадию подается 35-40% -ая норма кислоты от общего количества, на вторую стадию подается остальная 60-65% -ая норма кислоты). При этом пенообразование будет значительно уменьшено. 3. Исследовано солянокислотное разложение доломита в зависимости от концентрации кислоты, температуры и времени взаимодействия с последующим отделением нерастворимого остатка путем фильтрации, отстаивания и центрифугирования. Установлены основные кинетические параметры процесса разложения и выведены уравнения зависимости константы скорости разложения и её логарифма от температуры. Определены оптимальные параметры процесса разложения: концентрация НС1 — 31,0%, время взаимодействия 30-35 минут, температура процесса 30-40°С и для непрерывного разделения нерастворимых остатков солянокислотной пульпы применение аппаратов центробежного типа. Предложена принципиальная блок схема получения раствора хлоридов кальция и магния путем солянокислотного разложения доломита. Рассчитан материальный баланс получения одной тонны раствора хлоридов кальция и магния. Себестоимость 1 тонны раствора хлоридов кальция и магния по сырью составляет 625284 сум, а себестоимость 1 тонны импортного бишофита, завозимого из-за рубежа — 1512000 сум. Предлагаемый в качестве сырья, раствор хлоридов кальция и магния по сравнению с бишофитом дешевле в 2,4 раза. 4. Изучены физико-химические диаграммы растворимости водных систем: MgCl2-CaCl2-H2O; [56,06%CaCI2+40,77%MgCI2+3,17%NaCl]-NaC103-Н2О, обосновывающих процесс получения хлорат кальций-магниевого дефолианта на основе продуктов солянокислотного разложения доломита и хлората натрия, в широком температурном и концентрационном диапазоне. В тройной системе, состоящей из хлоридов кальция и магния установлено образование двойной соли 2MgCl2CaCl212H2O. В сложной системе с участием хлоридов кальция, магния и хлората натрия установлено образование новой малорастворимой твердой фазы хлорида натрия, что свидетельствует о протекании обменной реакции между хлоратом натрия и хлоридами кальция и магния с образованием растворов хлоратов кальция и магния. С повышением температуры конверсия хлоридов кальция и магния с хлоратом натрия в водной среде протекает полнее. 5. Проведены исследования процесса конверсии хлоридов кальция и магния в соответствующие хлораты для месторождений «Шорсу» и «Пачкамар» в зависимости от температуры и продолжительности процесса. Рассчитаны значения кажущейся энергии активации, константы скорости и температурный коэффициент скорости конверсии. Установлено, что процесс конверсии следует проводить с выпаркой растворов при температуре 90°С и продолжительности процесса 120 минут. 6. На основе проведенных исследований предложена принципиальная технологическая схема получения нового хлорат кальций-магниевого дефолианта, рассчитан материальный баланс производства нового дефолианта. Годовая производительность действующего цеха жидкого ХМД - 11800 т. При этом используют в качестве сырья импортный бишофит в количестве 8850 тонн на сумму 4779 тыс. долларов США или 13381,2 млн. сум. При организации производства дефолианта на основе местного сырья, используют доломит в количестве 4012 тонн на сумму 120,36 млн. сум и соляную кислоту в количестве 8614 тонн на сумму 6003,5 млн. сум. При этом общие затраты по основному сырью составляют 6123,86 млн. сум. Таким образом, при организации производства нового хлорат кальций-магниевого дефолианта на основе местного сырья экономия только по сырью составит 7257,33 млн. сум. Производство препарата «ФанДеф» апробировано на промышленной установке и получена опытно-промышленная партия дефолианта в количестве 1100 кг. 7. Многолетними агрохимическими испытаниями предложенного хлорат кальций-магниевого дефолианта на различных средневолокнистых сортах хлопчатника в различных почвенно-климатических условиях показана высокая дефолиирующая активность и «мягкость» действия его на растения по сравнению с жидким хлорат магниевым дефолиантом. Согласно результатов испытаний препарат «ФанДеф» способствовал увеличению урожайности хлопчатника в среднем на 2,1 ц/га. Если считать что годовой объем посевов хлопчатника в среднем охватывает 1000 га, то для его обработки необходимо 9000 кг ж. ХМД на сумму 21679,92 млн. сум или 9000 кг ФанДеф на 12386,565 млн. сум. То есть стоимость обработки посевов хлопчатника препаратом «ФанДеф» по сравнению с жидким хлорат магниевым дефолиантом дешевле на 9293,355 млн. сум. 8. Проведенными исследованиями Научно-исследовательским институтом санитарии, гигиены и профзаболеваний Министерства здравоохранения Республики Узбекистан по изучению токсикологических характеристик хлорат кальций-магниевого дефолианта установлено, что по параметрам острой токсичности препарат относится к IV классу опасности. Институтом разработаны «Методические рекомендации по охране окружающей среды и здоровья населения при применении в сельском хозяйстве дефолианта ФанДеф». Препарат «ФанДеф» прошел всесторонние Госхимиспытания Госхимкомкомиссией Республики Узбекистан и рекомендован к применению в сельском хозяйстве в качестве дефолианта хлопчатника.