CC BY
9
№ 8(113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2023 г.
ТЕХНОЛОГИЯ СОЛЯНОКИСЛОТНОИ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМОСИЛИКАТОВ
Шамшидинов Исраилжон Тургунович
д-р техн. наук, профессор, Наманганского инженерно-строительного института Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: [email protected]
Мамаджанов Зокиржон Нематжанович
PhD, дoцент
Наманганского инженернo-стрoительного института, Республика Узбекистан, г. Наманган
TECHNOLOGY OF HYDROCHLORIC ACID PROCESSING OF ALUMINOSILICATES
Israiljon Shamshidinov
Doctor of Technical Sciences, Professor of Namangan Engineering Construction Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan
Zokirzhon Mamadjanov
PhD
of Namangan Engineering Construction Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan
АННСТАЦИЯ
С целью разработки технологии получения коагулянта - сульфата алюминия из Гавасайской глины изучено разложение алюмосиликатной глины, предварительно увлажненной концентрированной соляной кислотой, и разработана технологическая схема получения продукта.
ABSTRACT
In order to develop a technology for obtaining a coagulant - aluminum sulfate from Gavasai clay, the decomposition of aluminosilicate clay, previously moistened with concentrated hydrochloric acid, was studied, and a technological scheme for obtaining the product was developed.
Ключевые слoва: алюмосиликаты, каолин, бентонит, глинозем, глинозем, коагулянт, сульфат алюминия, железо (III), водоподготовка, производство бумаги, солянокислотная обработка алюмосиликатов.
Keywords: aluminum silicates, kaolin, bentonite, alumina, alumina, coagulant, aluminum sulphate, iron (III), water treatment, paper manufacture, hydrochloric acid processing of aluminosilicates.
Алюмосиликаты, т.е. каолинитовые, монтморил-лонитовые глины, алуниты и другие минералы являются очень ценным сырьем в производстве огнеупоров, керамики и используются для получения бумаги, сульфата алюминия, глинозема и др. химических веществ [1,2,3,4,5].
Путем кислотной, в частности сернокислотной обработки алюмосиликатов из них получают сульфат алюминия, который используется в качестве коагулянта на водоочистных, бумажных и других предприятиях [6,7,8,9,10]. Для такого процесса в составе было меньше комбинаций соединений железа (особенно Fe+2), с низким содержанием соединений требуется основной компонент - алюмосиликаты, богатые оксидом алюминия [11,12]. На оксиде алюминия, который имеет в своем составе много соединений железа, а также те компоненты, которые
считаются важными для других отраслей обрабатывающей промышленности (например, соединения калия являются наиболее необходимым минеральным удобрением для сельского хозяйства), важно перерабатывать бедные алюмосиликаты и превращать их в эффективные продукты [13, 14, 15]. Наличие алюмосиликатов, состав и свойства которых различны в условиях территории Наманганской области, их свойства, запасы и возможности использования подробно изучены и продолжают изучаться. Работа по превращению таких гомашей в производительные продукты для народного хозяйства путем переработки является одной из важных задач, стоящих перед химиками и химиками-технологами [16, 17, 18]. Целью данного исследования является кислотная переработка Гавасайского монтмориллонита на целевые продукты [19, 20, 21, 22, 23, 24].
Библиографическое описание: Шамшидинов И.Т., Мамаджанов З.Н. ТЕХНОЛОГИЯ СОЛЯНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ АЛЮМОСИЛИКАТОВ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 8(113). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15844
№ 8(113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2023 г.
С этой целью нами изучена солянокислотная переработка монтмориллонита Гавасайского месторождения, состава (масс.%): Al2Oз = 19,56; SiO2 = 61,35; Fe2Oз = 2,70; FeO = 1,87; К2О = 4,21; MgO = 1,46; ТЮ2 = 1,29; CaO = 0,02 и др.
После измельчении природных пород их подвергали термической обработке при температуре 400-800ОС. При этом каолинит, который содержится в составе монтмориллонита, переходит на высокоактивный метакаолинит:
ALSLO (OH )
450-550° С
>Al2° • 2S1O + 2HO
Это соединение под действием кислот переходит в соответствующие соли. Из таблицы 1 видно, что в отличии от каолина при термообработке в газовую
фазу выделяется до 4,24% летучих соединений (в каолине свыше 8%, в богатых породах доходят до 10-12%). Значит, в составе глин Гавасай основное количество SiO2 находится в свободном виде. Так этого кремнезема можно выделить путем гидрообогащении и обогатить сырье полезными компонентами.
После термической обработке монтмориллонита в течение 60 минут обрабатывали соляной кислотой концентрацией 25% и для выделения алюминия на сульфат алюминий для регенерации анионита использовали серную кислоту, концентрацией 30,91%. Кислотной переработке подвергали прокаленный при температуре 600ОС, в течение 1 часа, состава (масс.%): АЮз = 20,41; SiO2 = 64,01; Fe2Oз = 2,82; FeO = 1,95; К2О = 4,38; MgO = 1,41; ТЮ2 = 1,34; CaO = 0,02.
Таблица 1.
Влияние технологических показателей термообработки минеральных глин Гавасай на химический состав
Температура обжига, ОС Время божига, минут Потеря массы Химический состав, масс, %
г % AI2O3 Fe2O3 FeO SiO2 K2O TiO2 MgO
400 60 2,18 2,18 20,00 2,76 1,91 62,71 4,30 1,31 1,39
400 120 2,64 2,64 20,09 2,77 1,92 63,01 4,32 1,32 1,40
500 60 3,36 3,36 20,24 2,79 1,94 63,48 4,36 1,34 1,41
500 120 3,70 3,70 20,31 2,80 1,94 63,71 4,38 1,34 1,41
600 60 4,16 4,16 20,41 2,82 1,95 64,01 4,38 1,34 1,41
700 60 4,24 4,24 20,43 2,82 1,95 64,07 4,40 1,35 1,42
800 60 4,24 4,24 20,43 2,82 1,95 64,07 4,40 1,35 1,42
Основными показателями технологических параметров являются: влияние стехиометрической нормы соляной кислоты на содержание компонентов (АЪОз, Fe2Oз, FeO, K2O и MgO) в сырье и концентрации кислоты (т.е. Ж:Т) на выход Al2Oз и Fe2Oз. При солянокислотной переработке глин образуются солянокислые соли соответствующих компонентов, содержащихся в составе глин. Процесс разложения прокаленного монтмориллонита соляной кислотой проводили в термостатированных условиях при температуре 80ОС в течение одного часа в трехгорлой колбе, в одной из них установлен термометр, в другой обратный холодильник. В основное горло установлена мешалка, подсоединенная к электродвигателя. Концентрацию соляной кислоты варьировали в интервале 10-25%, стехиометрическую норму брали 90-105% по отношению масс компонентов (А12О3, Fe2Oз, FeO, K2O и MgO) в сырье. В колбу сперва заливают кислоту, а затем дозируют глину. После
процесса разложения суспензию отфильтровывали и в фильтрате определили содержания компонентов (табл. 2). На основании полученных данных вычисляли выход Al2Oз и Fe2Oз. Результаты показали, что при стехиометрической норме кислоты 100% и концентрации ее 10% (Ж:Т = 5,81:1) в раствор переходит 47,5% Al2Oз и 42,2% Fe2Oз. При этой норме и повышении концентрации кислоты до 25% (Ж:Т = 2,32:1) повышается выхода АЪОз до 83,0% и Fe2Oз до 59,3%. Уменьшении нормы кислоты до 90% и концентрации до 20% приводит к снижению выхода АЪОз до 72,9% и Fe2Oз до 40,5%. Повышение нормы кислоты до 105% при такой же концентрации приводит к повышению выхода АЪОз до 83,9% и Fe2Oз до 57,8%. Эти результаты близки с результатами, полученным при использовании 25%-ной кислоты при норме 100% от стехиометрии. В случае использования нормы кислоты 105% от стехиометрии избыточную кислотность необходимо нейтрализовать.
№ 8(113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2023 г.
Таблица 2.
Влияние технологических параметров солянокислотной переработки местных (Гавасай, Наманганской области) алюмосиликатных глин на химический состав промежуточных растворов и выход продукта
Нормы кислоты, % Концентрация соляной кислоты, % Ж:Т Состав фильтрата, масс.% Выход продукта, %
AhO3 Fe2O3 FeO K2O TiO2 MgO по AhO3 по Fe2O3
100 10 8 1 1,67 0,20 0,06 0,04 - 0,05 47,5 42,2
100 15 3,87 1 3,79 0,36 0,09 0,06 - 0,08 71,8 49,2
100 20 2,90 1 5,79 0,54 0,13 0,09 0,01 0,10 82,3 55,1
100 25 2,32 1 7,30 0,72 0,17 0,11 0,01 0,12 83,0 59,3
90 20 2,61 1 5,70 0,44 0,14 - - 0,11 72,9 40,5
105 20 3,05 1 5,61 0,53 0,13 0,08 - 0,09 83,9 57,8
Поэтому оптимальной нормой соляной кислоты можно считать 100% и концентрацию 20-25%. При этом выход основных компонентов составляет по AhOз = 82,3-83,0% и по Fe2Oз = 55,1-59,3%. После фильтрации суспензии шлам промывали водой, а фильтрат возвращали на разбавление исходной кислоты.
Шлам можно использовать для получения строительных материалов.
Для замещения соединений хлоридов, содержащихся в фильтрате, на сульфатные соли, фильтрат пропускали через анионит с сульфат анионами. Нейтрализацию избыточной кислотности и осаждения соединений железа проводили введением в раствор, после ионитной очистки, карбоната кальция до рН среды 4,5-5,0. При этом в осадок выпадает 90-95% железа и 4-6% алюминия. В процессе нейтрализации раствор насыщали углекислым газом (ОТ2). В результате карбонат кальция переходит в раствор по следующей реакции:
CaCOз + Ш2 + H2O = Ca(HCOз)2 (1)
Бикарбонатам кальция осаждают железа по следующей реакции:
Fe2(SO4)з + 3Ca(HCOз)2 = 2Fe(OH)з + 3CaSO4 + 6ГО2
(2)
Содержащееся в шламе железо, можно выделить кислотной переработкой или же шлам можно использовать в качестве флюса в черной металлургии.
Повышение рН среды раствора свыше 5,0 приводит к увеличению степени осаждения алюминия в твердую фазу, а при рН среды ниже 4,0 уменьшается степень осаждения железа в твердую фазу и продукт -сульфат алюминия загрязняется соединениями железа.
Упариванием полученного раствора получен высококачественный сульфат алюминия, состава (масс.%): Al2Oз = 14,4; Fe2Oз = 0,04; FeO = 0,02; H2SO4(своб.) = 0,07; н.о. = 0,1 и др.
Кроме целлюлозно-бумажной промышленности можно использовать кристаллизованный сульфат алюминия с примесью сернокислого соединения железа (III), полученный без осаждения железа.
Принципиальная технологическая схема и материальный баланс процесса солянокислотной переработки алюмосиликатов проведены на рис. 1.
№ 8(113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2023 г.
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема и материальный баланс процесса солянокислотной переработки алюмосиликатов Гавасай
Для получения 1044 кг коагулянта 1000 кг измельченная (размеры частиц 2-4 мкм) минеральная глина Гавасай (19,56% АЬОз) поступает в печь (желательно электропечь) и подвергается обжигу при температуре 600ОС в течение 1 часа. В газовую фазу выделяется около 40 кг летучей фракции. Получают 960 кг (20,41% А12О3) обоженной глины которую подают в реактор, который заранее заполнен 2230 кг соляной кислоты с концентрацией 25%.
Сюда же поступает 630 кг оборотного раствор после отмывки шлама для установления соотношения Ж:Т = 2,90:1. При этом концентрация соляной кислоты в жидкой фазе составляет 20%. В реакторе процесс протекает при температуре 80ОС в течение 1 часа при непрерывном перемешивании. Выделяющуюся 73 кг парогазовую смесь (пары воды и соляной кислоты) направляют в абсорбер и очищенную фазу выбрасывают в атмосферу.
№ 8(113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Полученную 3747 кг суспензию (5,90% АЬОз) направляют на фильтрующее устройство для разделения жидкой (2733 кг) и твердой (1014 кг, 5,18% А12О3) фаз.
Твердую фазу отмывают 300 кг воды и отмытый (930 кг, 3,84% АЬОз, 1,35% Fe2Oз и -20% Н2О) шлам выбрасывают в отвал. Полученный фильтрат отправляют через сборник в цикл.
Раствор, полученный при фильтрации, направляют в ионитную колонну SO4--форме, где хлорид ионы заменяются SO4--ионами. Раствор, содержащий сернокислых солей алюминия, железа и других катионов направляют в нейтрализатор, нейтрализуют карбонатом кальция (мел, содержащий 95% СаСОз) и насыщают углекислым газом. При этом в газовую фазу выделяется 190 кг парогазовой смеси. Суспензию подают на фильтр для разделения жидкой (2356 кг, 6,42% АЬОз) и твердой (680 кг, 2,54% АЬОз) фаз. Твердую фазу отмывают 204 кг воды, а полученный (632 кг, 1,39% АЬОз, 2.26% Fe2Oз и около 14% Н2О) шлам выбрасывают в отвал. Фильтрат подают через сборник в цикл.
август, 2023 г.
Основной фильтрат в количестве 2356 кг (6,42% АЬОз) подают на выпарку и упаривают до состоянии плава (1076 кг). При этом в газовую фазу выделяется 1280 кг воды. Плав кристаллизуют на барабанном кристаллизаторе (испаряется 32 кг воды) с получением 1044 кг продукта - коагулянта, содержащего 14,4% АЬОз, 0,04% Fe2Oз, 0,02% FeO и др.
Регенерацию анионита производят серной кислотой, концентрацией 30,91%, а регенерат, содержащий соляную кислоту, используют в процессе разложении сырья.
Таким образом, установлены оптимальные условия солянокислотной переработки алюмосиликатов с относительно низким содержанием АЬОз и повышенным содержанием соединений железа. Оптимальными условиями являются: температура обжига 600ОС, время обжига 60 минут, концентрации соляной кислоты 25%, норма кислоты 100% от стехиометрии (Ж:Т = 2,9), температура разложения 80ОС, время 60 минут. В результате из монтморил-лонитовых глин в раствор переходит 82% алюминия и 55% железа.
Список литературы:
1. Мамаджонов З.Н. (2018). Исследование процессов сернокислотной переработки местных алюмосиликат и получение коагулянтов на их основе.
2. Dybina P.V. Technology of mineral salts. - M .: Goshimizdat, 1949. - S. 224.
3. Shamshidinov I.T., Mamadaliev A.T., & Mamajanov Z.N. (2014). Optimization of the process of decomposition of aluminosilicate of clays with sulfuric acid. In The First International Conference on Eurasian scientific development (pp. 270-275)..
4. Мамаджанов З.Н., & Шамшидинов И.Т. (2018). Исследование процесса выщелачивания алюминия из каолиновых глин Ангренского месторождения. Universum: технические науки, (3 (48)), 33-36.
5. Shamshidinov I.T., Mamajanov Z.N. Use of low-grade of phosphorites at picking calcium and microelement containing nitrogen-phosphorus fertilizers // Europaische Fachhochschule. - 2014. - №. 3. - С. 117-119.
6. Шамшидинов И.Т., Мамаджанов З.Н., Мамадалиев А.Т. Изучение коагулирующей способности сульфата алюминия полученного из ангренского каолина //НАУКА XXI ВЕКА: ТЕОРИЯ, ПРАКТИКА, ПЕРСПЕКТИВЫ. - 2014. - С. 48-55.
7. Шамшидинов И.Т., Мамаджанов З.Н., Арисланов А.С., & Мамадалиев А.Т. (2023). СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ. Universum: технические науки, (4-6 (109)), 17-23.
8. Мамаджанов З.Н., Шамшидинов И.Т., Абдуллаев А.Н., Турсунов Л.А., & Сайфидинов О.И. ИЗУЧЕНИЕ КОАГУЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СУЛЬФАТА АЛЮМИНИЯ НА ОСНОВЕ АНГРЕНСКОГО КАОЛИНА. Achemistry, 199.
9. Mamadaliev A., Mamadjonov Z., Arislanov A., & Isomiddinov O. (2022). ^ИШЛО^ ХУЖАЛИГИДА УРУГЛИК ЧИГИТЛАРНИ АЗОТ ФОСФОРЛИ УГИТЛАР БИЛАН ^ОБИ^ЛАШ. Science and innovation, 1(D5), 180-189.
10. Арисланов А.С., Шамшидинов И.Т., Мамаджонов З.Н., & Рустамов И.Т. (2020). Способ получения сульфата алюминия из местных бентонитов. In International scientific review of the problems of natural sciences and medicine
(pp. 11-17).
11. Гафуров К., Мамадалиев А.Т., Мамаджанов З.Н., & Арисланов А.С. (2022). Комплекс минерал озукаларни хужаликлар шароитида тайерлаш ва кишлок хужалиги уругларини макро ва микро угитлар билан кобиклаш.
12. Соддиков Ф.Б., Мамаджанов З.Н., Турсунов Л.А., & Юлдашева М.А. (2021). ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТЕРМА РАСТВОРИМОСТИ ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЫ [20, 0% KCL+ 80, 0% NACL] -NH4HCO3-H2O. Universum: технические науки, (4-4 (85)), 42-45.
13. Arislanov A., Abdullaev M., Mamadaliev A., Mamadjonov Z., & Isomiddinov O. (2022). Пахта х,осилдорлигини оширишда уруглик чигитларни минерал угитлар билан кобиклаш ва электрокимёвий фаоллашган сув билан ивитиб экиш. Science and innovation, 1(D5), 171-179.
№ 8 (113)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
август, 2023 г.
14. Жалолдинов А.Б., Соддиков Ф.Б., Мамаджанов З.Н., & Турсунов Л.А. (2021). Исследование распределения химического состава и кальциевого модуля мытого обожженного фосфоритового концентрата Центрального Кызылкума по фракциям. Universum: технические науки, (8-2 (89)), 33-36
15. Mamadjanov Z., Mamadaliev A., Bakieva X., & Sayfiddinov O. (2022). СУЮ^ УЕИТАММИАКАТЛАР ОЛИШ ВА УЛАРНИ ИШЛАТИШ УСУЛЛАРИ. Science and innovation, 1(A7), 309-315.
16. Mirjalol K., Kholtura M., & Zokir M. (2019). Study of the process of ammonization of nitrogen-acid solutions of the leaving of the kaolin clays of the Angren deposit. CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERING, 2019(1), 2.
17. Мамадалиев А.Т., & Бакиева Х.А. СУЮ^ УЕИТ-АММИАКАТЛАР ОЛИШ ВА УЛАРНИ ИШЛАТИШ УСУЛЛАРИ Мамаджанов Зокиржон Нематжонович. PhD, доцент.
18. Кенжаев М.Э., Мирзакулов Х.Ч., & Мамаджанов З.Н. (2019). Исследование процесса аммонизации азотнокислых растворов выщелачивания каолиновых глин Ангренского месторождения. Химия и химическая технология,(1), 8-11.
19. Мамадалиев А.Т., & Мамаджанов З.Н. (2022). Минерал угитлар ва микроэлементли композицияларни сувдаги эритмаси билан ^общланган тукли чигитларни лаборатория-дала шароитида синаш натижалари. Экономика и социум, (2-1 (93)), 382-387.
20. Шамшидинов И., Мамаджанов З., Мамадалиев А., & Ахунов Д. (2014). Ангрен каолинларига термик ишлов бериш жараёнини саноат шароитида узлаштириш. ФарПИ илмий-техник журнали. Фаргона, 4, 78-80.
21. Шамшидинов И.Т., Тураев З., Мамаджанов З.Н., Мамадалиев А.Т., & Уктамов Д.А. (2015). Таркибида кальций тутган микроэлементли азот-фосфорли угитлар олишда куйи навли (-15% Р2О5) фосфоритлардан фойдаланиш. Узбекистон Республикаси Фанлар Академиясининг маърузалари, 3.
22. Шамшидинов И.Т., Тураев З., Мамаджанов З.Н., Мамадалиев А.Т., & Уктамов Д. (2015). Получение микроэлемент содержащих удобрений типа двойного суперфосфата с использованием бедных фосфоритов. Узбекский химический журнал, 3.
23. Nematjonovich M.Z., & Tukhtamirzaevich M.A. (2023). PRODUCTION OF LIQUID FERTILIZERS AND THEIR SIGNIFICANCE IN THE ECONOMY. PRINCIPAL ISSUES OF SCIENTIFIC RESEARCH AND MODERN EDUCATION, 2(1).
24. Шамшидинов И.Т., Мирзакулов Х.Ч., & Мамажанов З.Н. (2017). Исследование процесса получение удобрения типа двойного суперфосфата из фосфоритов Каратау. Химия и химическая технология, (1), 12-15.
