Разработка технологии получения бишофита из рапы озер Караумбет и Барсакелмес

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В мире главная перспектива развития сельского хозяйства связана с повышением урожайности и качества за счет внедрения новейших технологий обработки почвы и выращивания сельхозкультур, созданием высокоурожайных сортов технических культур и конечно, применением комплексных мер, включающих применение минеральных удобрений, средств защиты растений, дефолиантов и др. препаратов. Поэтому, в последнее время уделяется большое внимание разработке новых, высокоэффективных, безопасных видов дефолиантов для хлопчатника, протравителей семян. Большинство новых дефолиантов и протравителей основано на применении хлората и хлорида магния. На сегодняшний день в мире особое внимание уделяется разработкам технологии получения чистых солей и оксида магния с вовлечением в производство имеющихся сырьевых источников в виде рассолов, соляных озер, морской воды, природных залежей. В этом аспекте, важной задачей является разработка технологии получения хлористого магния из рапы озер Караумбет и Барсакельмес. Для разработки технологии переработки рапы озер необходимо обосновать для научных решений, в том числе по следующим направлениям: разработка эффективного метода получения насыщенных, очищенных от сопутствующих примесей растворов хлористого магния из рапы, переработка очищенных растворов на хлористый магний, разработка технологии получения бишофита. За годы независимости в химической промышленности Республики достигнуты высокие результаты по модернизации и диверсификации производств, внедрению инновационных технологий, увеличению объемов и расширению ассортимента экспортоориентированной, конкурентоспособной продукции, в том числе, дефолиантов, протравителей семян. В результате реализации конкретных мер достигнуты высокие результаты научных исследований по развитию технологий производства малотоксичных дефолиантов и обеспечению ими сельского хозяйства. Вместе с этим не уделено достаточного внимания освоению новых месторождений магнийсодержащего сырья и вовлечению их в промышленное производство. В третьем направлении стратегии развития Республики Узбекистан отмечены важные задачи, направленные на опережающие «развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостю на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов». В этом отношении освоение новых месторождений магнийсодержащего сырья и вовлечение их в промышленное производство и занимают особое место в обеспечении Республики нужными химическими продуктами. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указах Президента Республики Узбекистан № УП 4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы», № У П-4947 от 7 февраля 2017 года «Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям Республики Узбекистан в 2017-2021 годах», Постановлением Президента Республики Узбекистан № ПП-3236 от 23 августа 2017 года «О программе развития химической промышленности на 2017-2021 годы», а также других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка приемлемой технологии получения бишофита, используя в качестве обессульфачивающего реагента дистиллерную жидкость - отход УП «Кунградский содовый завод». Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: впервые разработан способ комплексной переработки рапы озер Караумбет и Барсакельмес на хлористый магний с одновременной утилизацией дистиллерной жидкости - отхода содового производства; выявлено влияние климатических факторов региона на изменения состава рапы; выявлено влияние технологических факторов на степень обессульфачивания, реологические свойства и состав рапы; разработаны технические решения, позволяющие повысить степень очистки обессульфаченной рапы от остаточных количеств сульфатов и кальция; создана комплексная и эффективная технология переработки рапы озер Караумбет и Барсакелмес на хлористый магний с попутным получением химически осажденного гипса, карбоната кальция, галита. Заключение Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются: 1. Изучением химического состава рапы озер Караумбет и Барсакельмес, а также некоторых их физических свойств. Выявлено существенное отличие в солесодержании, которое в рапе озера Караумбет в 1,2 раза выше, чем в рапе озера Барсакельмес. При значительном отличии солевых составов растворов их физические свойстве отличаются незначительно. Плотность рапы озера Барсакелмес изменяется от 1,190 до 1,221, а озера Караумбет от 1,240 до 1,290 г/см3, вязкость от 1,40 до 1,187 для рапы озера Барсакелмес и от 3,07 до 4,87 сПз для рапы Караумбет, pH изменяется от 6,3 до 7,0: 2. Впервые на основе анализа систем NaCl-НзО, КазБОл-НзО и четверной взаимной водной системы 2Na+,Mg2+//2CT,SO4-H3O теоретически обоснованы процессы летней садки галита и зимней садки мирабилита. Полученные экспериментальные, научные данные позволяют обосновывать и прогнозировать условия протекания процессов концентрирования рапы озер в естественных климатических условиях региона. Показано, что путем естественного испарения рапы озера Караумбет можно выделить до 22 % хлористого натрия и при этом содержание окиси магния повышается с 4,59 % до 9,45 %, сульфатов с 3,46 % до 4,25 %. Содержания окиси кальция снижается с 0,11 до 0,08 %. Состав рапы озера Барсакельмес также обогащается и содержание хлористого магния достигает 17,33 %, сульфата натрия 8,72 %. Зимняя садка позволяет выделить из рапы мирабилит и тем самым снизить содержание сульфата натрия до 0,13-0,53 % и повысить содержание хлористого магния с 19,69 до 23,31 % . 3. Исследованы процессы концентрирования рапы озер Караумбет и Барсакельмес в производственных условиях и показано, что процесс выпарки рапы целесообразно вести в две ступени. На первой стадии рапу упаривать до плотности 1,34-1,3,5 г/см3, на второй стадии жидкую фазу, после отделения хлористого натрия, упаривать также до плотности 1,34-1,35. При этом концентрация хлористого натрия после первой стадии выпарки составляет 15-16 %, а после второй - 19-19,5 %. 4. Изучен процесс обессульфачивания рапы озер Караумбет и Барсакелмес с использованием отхода содового завода - дистиллерной жидкости. Установлены оптимальные нормы технологического процесса: норма дистиллерной жидкости - 100-102 %, температура процесса - 20-30° С, продолжительность - 20-30 минут. При этом степень обессульфачивания рапы и остаточное содержание ионов кальция в жидкой фазе составляет, соответственно, 88-91 % и 0,14-0,21 %. Образующаяся суспензия достаточно хорошо разделяется (скорость осаждения составляет 0,5-0,9 м/час). Через 30 минут степень осветления суспензии достигает 92,88%. Скорость фильтрации осадка дигидрата сульфата кальция по сгущенному осадку составляет 781 кг/м2 ч. 5. Исследованы процессы доочистки частично обессульфаченной рапы озер Караумбет и Барсакелмес от остаточных количеств сульфатов и кальция хлоридом бария и карбонатом натрия. Установлены предельные соотношения реагентов участвующих в процессах. Показано, что оптимальной нормой карбоната натрия является 100-105%. При этом степень осаждения ионов кальция составляет 59,4-60,5%. Оптимальной нормой хлорида бария является 95-98%. При этом остаточное количество сульфатов в рапе не превышает 0,001%. 6. Изучением процесса выпарки предварительно очищенных растворов хлоридов магния и натрия показана возможность получения плава с содержанием 43,10-46,92 % хлористого магния. Для этого выпарку целесообразно осуществить в две ступени. На первой ступени удалить до 45,6 % воды и получить раствор, содержащий до 24,01 % хлорида магния и до 8,01 % хлорида натрия. Плотность жидкой фазы при этом повышается с 1,250 г/см3 до 1,422 г/см3. На второй стадии фильтрат после первой ступени выпарки и отделения хлористого натрия упаривать до испарения 55,2 % воды от оставшегося количества. Полученный плав содержит 0,09-0,25 % хлористого натрия, 0,03-0,05 % хлорида кальция, до 0,03% сульфата магния. Осадок хлористого натрия хорошо фильтруется. Скорость фильтрации по осадку составляет 3823-5663 кг/м2 ч на первой ступени и 1807-3064 кг/м2 ч на второй ступени в зависимости от Ж:Т и высоты слоя осадка на фильтре. 7. На основании результатов лабораторных экспериментов, опытных работ на модельных установках разработана технологическая схема, составлен материальный баланс производства бишофита, подготовлены технологический регламент и исходные данные для проектирования установки мощностью 15 тыс. т в год. Результаты прикладных исследований по переработке рапы озер Караумбет и Барсакелмес легли в основу испытаний технологии получения бишофита, которая успешно прошли апробацию на АО «Fargonaazot» с выпуском опытных партий. 8. Проведены предварительные технико-экономические расчеты эффективности производства бишофита из рапы озер Караумбет и Барсакельмес. Себестоимость продукции составляет 737,78 тыс. сум. Оптовая цена при этом составляет 1106,66 тыс. сум. При выпуске и реализации 15 тысяч тонн бишофита экономический эффект составит 5,533 млрд, сум и будет сэкономлено 8,25 млн. долларов США. Кроме того, при реализации дополнительно полученных хлорида натрия, химически осажденных гипса и мела также имеется экономический эффект и создаются дополнительные рабочие места.