Переработка растворов хвостохранилищ калийных производств Прикарпатья в кондиционный хлорид натрия

 

ПОДСЕКЦИЯ 15. Химические технологии.

Перекупко Т.В.,

доктор техн. наук, профессор, Национальный  университет

«Львивська политэхника», Украина, г. Львов

Блаживский К.И.,

канд. техн. наук, доцент, Национальный  университет

«Львивська политэхника», Украина, г. Львов

Максимович И.Е.,

канд. техн. наук, доцент, Национальный  университет

«Львивська политэхника», Украина, г. Львов

Перекупко А.В.,

канд. техн. наук, ст. научн. cотрудник, Национальный  университет

«Львивська политэхника», Украина, г. Львов

Переработка растворов хвостохранилищ калийных производств Прикарпатья в кондиционный

хлорид натрия

Отбросные растворы калийных производств Прикарпатья, накопившиеся в настоящее время в хвостохранилищах, содержат хлориды калия, натрия, магния и сульфат магния, поэтому могут служить дешевым сырьем для получения ряда кондиционных продуктов, прежде всего, хлорида натрия (технического или пищевого). Переработка таких многокомпонентных водно-солевых систем, как растворы хвостохранилищ, с получением необходимых продуктов обычно предполагает их концентрирование выпаркой, что сопровождается кристаллизацией одной или нескольких твердых фаз, отделение полученного осадка, его перекристаллизацию или отмывку от примесей с получением кондиционного продукта. Именно такой подход использован нами в исследованиях, целью которых было определение возможности и оптимальных условий получения кондиционного хлорида натрия из растворов хвостохранилищ калийных производств – Калушского (Ивано-Франковская обл.) и Стебниковского (Львовская обл.).

Выполненный полный химический анализ ионного состава отобранных проб растворов хвостохранилищ показал, что первый (раствор I) содержит (мас. %): Na+ 6,23; K+ 2,46; Mg2+ 2,73; Cl- 13,47; SO42- 8,61; H2O 66,49, а второй (раствор II) - Na+ 6,84; K+ 2,65; Mg2+ 2,13; Cl- 13,49; SO42- 7,84; H2O 67,0.

Исследованы следующие стадии переработки этих растворов:

- выпарка исходного раствора с кристаллизацией хлорида натрия;

- отделение полученного осадка способом горячего фильтрования и его отмывка от примесей с получением кондиционного продукта.

Выпарку раствора I проводили под атмосферным давлением на стандартной лабораторной установке для перегонки. На основании состава исходного раствора II и данных литературы [1] был сделан вывод, что температура кипения раствора в процессе его выпарки не должна превышать 1000С во избежание возможного выделения в твердую фазу вместе с хлоридом натрия труднорастворимого лангбейнита K2SO4∙2MgSO4. Для снижения температуры кипения раствор II выпаривали под вакуумом (0,77±0,01)∙105 Па до достижения заданной степени выпарки, которую принимали равной отношению массы полученного конденсата к массе исходного раствора. После завершения процесса выпарки полученную суспензию разделяли на лабораторном вакуум-фильтре через термостатированную воронку Бюхнера, температура которой была равна температуре суспензии.

Как видно из полученных результатов (табл.1), при низких степенях выпарки раствора I (14,90-20,37%) полученный осадок хлорида натрия содержит небольшое количество примесей сульфатов калия и магния, однако его выход низкий и не превышает 37%. С дальнейшим увеличением степени выпарки выход осадка существенно возрастает, но полученный продукт загрязнен примесями других солей. В процессе выпарки раствора II получены аналогичные результаты: при низких степенях выпарки (23,47-31,30%) выход осадков, содержащих лишь небольшое количество примесей сульфатов калия и магния, невысокий. При дальнейшем концентрировании раствора содержание примеси сульфата магния в осадках значительно увеличивается, кроме того, в твердую фазу выделяется хлорид калия, не успевающий конвертировать с сульфатом магния в растворе. Выпарка раствора на 47% сопровождается кристаллизацией мелкодисперсного осадка с повышенной влажностью и высоким содержанием примесей хлорида калия и сульфата магния, при этом выход хлорида натрия по сравнению с более низкой степенью выпарки практически не меняется. Сравнение полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что использование вакуум-выпарки более эффективно, поскольку она при одинаковой степени выпарки позволяет получить более крупнокристаллический хлорид натрия, значительно меньше  загрязненный примесями.

Для уменьшения содержания примесей в осадке, полученном в процессе выпарки раствора II на 40%, проводили его промывку насыщенным при комнатной температуре раствором хлорида натрия при различных массовых соотношениях между твердой и жидкой фазой (Т:Ж) в условиях интенсивного перемешивания фаз на лабораторном встряхивателе типа WU-4 в течение 15 минут. Результаты промывки (табл.2) свидетельствуют о том, что соотношение Т:Ж = 1:1 не позволяет получить кондиционный продукт, так как содержание в нем Mg2+ не отвечает требованиям даже в технической соли [2]. При значениях Т:Ж ≥ 1:2 получено соль, отвечающую требованиям как к техническому [2], так и к пищевому продукту второго и первого сорта [3].

На основании выполненных экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

1. Степень выпарки исходного раствора Калушского хвостохранилища №2 для кристаллизации осадка, содержащего 64-65 мас. % NaCl, с выходом по хлориду натрия 54-55%, должен составлять 31-32%. Выпарка раствора Стебниковского хвостохранилища на 40% позволяет выделить в твердую фазу осадок, содержащий 88,84 мас. % NaCl, с выходом по хлориду натрия 66,62%. Вакуум-выпарка дает возможность получить продукт с меньшей влажностью и менее загрязненный примесями.

2. Получение кондиционной технической или пищевой соли обеспечивает репульпационная промывка полученных осадков насыщенным раствором хлорида натрия при Т:Ж ≥ 1:1-1:3.

3. Экспериментально доказана возможность получения кондиционного хлорида натрия из отбросных растворов хвостохранилищ, что позволит снизить затраты на полную переработку этих растворов.

Таблица 1

Состав и выход осадков (в расчете на сухое вещество), полученных в процессе выпарки растворов хвостохранилищ

 

Степень выпарки,

%

Состав полученного осадка, %

Выход осадка

К+

Na+

Mg2+

Cl-

SO42-

H2O

кг

из 100 кг раствора

по NaCl,

%

Раствор I

14,90

0,84

31,57

0,89

51,95

0,24

14,51

5,10

16,80

20,37

1,35

27,64

1,37

45,89

2,78

20,97

7,83

37,01

24,40

1,56

26,76

1,62

42,82

6,35

20,89

11,05

50,39

31,31

1,79

22,86

2,04

41,20

2,36

29,75

14,07

54,86

33,61

2,07

22,75

2,32

40,55

4,48

27,83

16,60

64,30

Раствор II

23,47

0,61

35,72

0,58

55,14

3,08

4,87

7,59

41,66

31,30

0,76

35,44

0,75

54,71

3,91

4,43

9,12

49,44

40,00

1,07

34,93

1,02

54,41

4,72

3,85

12,54

66,62

47,00

3,76

25,00

3,35

41,23

14,47

12,19

18,28

66,83

 

 

 

Таблица 2

Результаты промывки осадка хлорида натрия

при различных значениях Т:Ж

 

Т:Ж

Состав промытой соли, мас. %

NaCl

K2SO4

MgSO4

Н2О

1:1

89,53

0,40

3,30

6,77

1:2

92,58

0,29

0,60

6,53

1:3

92,86

0,24

0,55

6,35

1:4

92,84

0,20

0,30

6,66

1:5

93,60

0,18

0,25

5,97

 

Список литературы:

1. Горощенко Я.Г. Строение фазового комплекса изотермы растворимости 100°С системы Na, К, Mg // SO4, С1 - Н2О / Я.Г. Горощенко, Л.С. Солиев, Л.Т. Савченко, В.X. Марданенко //Укр. хим. журнал. – 1977. - Т. 43, №12. - С.1277-1280.

2. Хлорид натрия (поваренная соль), техническая соль для производственных целей: ГСТУ 14.4-00032744-005-2003. - ГП "Артемсоль", 2010.

3. Сіль кухонна харчова. Загальні технічні умови: ДСТУ 3583-97 (ГОСТ 13830-97). - [Введ. в дію 01.07.1998, внес. зміни 10.2001]. - IПС, 2008. – 60 с.