Химия. Экология. Биотехнология – 2015

препараты, обладающие высокой эффективностью в поддержании и восстановлении микроэкологического статуса человека в неблагоприятных экологических условиях.

УДК 661.882 : 66.046.4.094.2

О.Г. Мелкомукова, В.А. Тихонов, С.В. Лановецкий

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И РАЗМЕРА ЧАСТИЦ НА ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЛЬМЕНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

Впредставленной работе исследован двухстадийный процесс углетермического восстановления ильменитового концентрата.

Экспериментально исследовано влияние гранулометрического состава исходного сырья на степень восстановления ильменитового концентрата. Установлено, что размер частиц оказывает существенное влияние на полноту протекания твердофазной реакции. Измельчение исходной шихты до среднего размера частиц порядка 0,045 мм с последующим брикетированием позволяет значительно увеличить эффективную площадь взаимодействия компонентов шихты и повысить степень восстановления целевого продукта.

Впроцессе выполнения работы изучено влияние температуры процесса на степень восстановления ильменитового концентрата. Известно, что с увеличением температуры реакция восстановления ильменита происходит более интенсивно. Однако под действием высоких температур повышается вероятность образования низших оксидов титана, что приводит к увеличению продолжительности процесса, расхода восстановителя и электроэнергии. С использованием методов математического моделирования установлен наибо-

101

лее оптимальный температурный режим процесса восстановления

1100–1150 °С.

Путем анализа кинетических кривых установлено, что предварительное измельчение ильменитового концентрата с последующим брикетированием шихты способствует снижению продолжительности и температуры процесса восстановления. Полученные результаты подтверждают целесообразность проведения реакции восстановления в области температур 1100–1150 °С.

Расчетным путем установлено, что использование двухстадийной технологии восстановления ильменитового концентрата позволит снизить расход восстановителя и сократить продолжительность цикла. Предварительное брикетирование шихты решит проблему пылеуноса исходных реагентов, вызванную интенсивным вскипанием расплава. Двухстадийная технология восстановления ильменитового концентрата является ресурсосберегающей и экологически рациональной, что, в свою очередь, создает благоприятные предпосылки для ее промышленного освоения.

Результаты данной работы могут быть использованы в производстве титанового шлака методом рудно-термической плавки.

УДК 621.182.112 : 66.097.8

О.Р. Середкина, М.А. Куликов, С.В. Лановецкий

ИНКРУСТАЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ СОЛЯМИ ЖЕСТКОСТИ

Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета

Отложения нерастворимых солей на поверхности технологического оборудования повышают энергетические затраты, снижают ресурс его работы и требуют значительных эксплуатационных рас-

102

ходов. Процессы образования накипи и инкрустаций связаны с наличием больших количеств растворенных солей кальция и магния. Выбор способа и средств снижения интенсивности солеотложения является актуальным направлением для исследования.

Цель данной работы состоит в изучении влияния различных факторов на инкрустацию металлической поверхности. Для исследования в качестве образцов использованы металлические пластинки из титана марки ТВЧ, стали марки Ст3, нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т.

Эксперимент проводился в воде следующего состава: общая ми-

нерализация 365±44 мг/дм3, Ca2+ – 104,21 мг/дм3, Mg2+ – 63,18 мг/дм3,

Сl– – 16,9 мг/дм3, рН – 7,8 и состоял из двух этапов.

На первом этапе проведены исследования по моделированию солеотложения без применения ингибитора, которые показали, что наиболее интенсивно процесс солеотложения происходит на металлической пластинке из стали марки Ст3. Так, при температуре воды 90 °С в течение 6 ч на поверхности стальной пластины сформировался слой солей жесткости с удельной массой 2,8 г/м2. На поверхности пластинки из нержавеющей стали при тех же условиях образовался слой с удельной массой 1,9 г/м2, а на поверхности титановой пластинки удельная масса выпавших солей не превысила величины 0,5 г/м2.

На втором этапе проведены испытания ингибирующей добавки на основе цинкового комплекса 1-гидроксиоксиэтилидендифос- фоновой кислоты. Опыты проводились при концентрациях ингибитора 2, 5, 7, 12 мг/л, температуре 90 °С и 6-часовой выдержке металлических пластин в исследуемой среде.

В результате эксперимента и последующей обработки данных установлено, что минимальной инкрустации подвергаются пластины из титана марки ВТЧ и показана эффективность ингибирующей добавки для снижения солеотложения в концентрационном диапазоне 2–12 мг/л.

Эффект снижения солеотложения объясняется избирательной адсорбцией ингибитора на активных центрах образующихся кри-

103

сталлов солей. Это препятствует росту самих кристаллов, вызывает изменение их формы, а также тормозит зарождение центров кристаллизации, что, в свою очередь, обеспечивает поддержание солей жесткости во взвешенном состоянии без выпадения на металлической поверхности.

УДК 544.344: 542.61

С.А. Заболотных1, С.А. Денисова2, А.Е. Леснов1

ГЕЛЬ-ЭКСТРАКЦИЯ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В ВОДНЫХ РАССЛАИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ СУЛЬФОНОЛА И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ КИСЛОТЫ

1Институт технической химии УрО РАН, г. Пермь 2Пермский государственный национальный исследовательский университет

Исследованы фазовые и экстракционные равновесия в расслаивающихся системах на основе анионного ПАВ сульфонола (натрий алкилбензосульфонатов на основе керосина CnH2n+1C6H4SO3Na, где n = 12…18). Методом изотермического титрования при 25 °С изучены фазовые состояния в системах «вода – сульфонол – HCl (H2SO4)»

иразрезов четверной системы «вода – сульфонол – диантипирилметан (ДАМ) – HCl» при концентрации кислоты 1, 2 и 3 моль/л. Из-за низкой комплексообразующей способности сульфонола для экстракции более эффективными оказались системы с ДАМ. Установлено, что при соотношении ПАВ : ДАМ = 55:45 область расслаивания устойчива к разбавлению как с хлороводородной, так

ис серной кислотой. Основываясь на результатах физико-хими- ческого анализа, для дальнейших исследований использовали сле-

дующие количества реагентов: mПАВ = 1,0 г; mДАМ = 0,8 г. Общий объем системы равен 20 мл.

104

В системе «вода – сульфонол – ДАМ – HCl» в интервале кислотности 0,5–7,0 моль/л HCl исследовано распределение ионов

Sc3+ и Zr(IV), образующих с ДАМ комплексы внедрения; а также

Fe3+, Tl3+, Ga3+, Сd2+, Zn2+, Cu+ и Sn(IV), с которыми протонирован-

ная форма ДАМ образует ионные ассоциаты.

Максимальное извлечение Sc3+ (>99 %) происходит при содержании HCl 0,2–0,5 моль/л, дальнейшее увеличение кислотности приводит к снижению его экстракции в результате протонирования реагента. Подобный характер кривой извлечения наблюдается и для циркония (IV).

Для металлов, образующих ацидокомплексы, реализуется анионообменный механизм экстракции. На всем изученном интервале концентраций HCl наблюдается количественная экстракция тетрахлороталлат-ионов. При концентрации HCl более 2 моль/л на-

блюдается количественная экстракция Ga3+. Максимальное извле-

чение Sn(IV) составило 95 %, Fe3+ – 87 %, Cu+ – 81 %, Cd2+ – 65 %, Zn2+ – 35 %.

Изучено распределение ионов Sc3+ и Zr(IV) в системе «вода – сульфонол – ДАМ – H2SO4». Найдены условия количественного извлечения этих ионов. Так, количественная экстракция Sc (> 95 %) наблюдается в интервале концентрации кислоты 0,1–0,5 моль/л. Максимальное извлечение Zr (IV) (> 95 %) возможно лишь при минимальной концентрации H2SO4 в системе. При содержании кислоты более 0,25 моль/л извлечение ионов циркония резко падает. Различными методами определен состав комплекса Sc, извлекающегося в системе «вода – сульфонол – ДАМ» – 0,2 моль/л H2SO4. Полученное соотношение Sc : ДАМ близко к 1:3.

Таким образом, установлено, что расслаивающиеся системы на основе сульфонола, не содержащие токсичных и пожароопасных компонентов, могут быть использованы для экстракции ионов металлов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 14-03-96006_Урал_а.

105

УДК 544.344: 542.61

А.М. Елохов1, О.С. Кудряшова2, А.Е. Леснов1

МИЦЕЛЛЯРНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ В СИСТЕМЕ

«NH4CL – ОКСИФОС Б – H2O» ПРИ 75 °С

1Институт технической химии УрО РАН, г. Пермь 2Естественно-научный институт Пермского государственного национального исследовательского университета

Существенным недостатком дисперсионной экстракции является использование пожароопасных, высокотоксичных органических растворителей. В связи с этим перспективной является разработка методов экстракции без органических растворителей, в том числе с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ). В последние годы активно исследуется возможность замены дорогостоящих индивидуальных ПАВ на промышленно-выпускаемые аналоги. Изучена экстракция в системах, содержащих различные классы технических ПАВ: катионные (катамин АБ), анионные (оксифос Б, сульфонол), неионные (синтамиды, синтанолы). Одним из наиболее перспективных ПАВ оказался оксифос Б (калий бис(алкилполиоксиэтиленфосфат), [CnH2n+1(CH2CH2O)6]2POOK, где n = 8…10), показавший хорошие результаты при гель-экстракции ряда металлов (Zr4+, Sc3+, Tl3+), а также при экстракционно-фотометри- ческом определении металлов и фенолов в присутствии органических комплексообразователей. Представляло интерес сравнить экстракционную способностьоксифосаБпри различных температурах.

Визуально-политермическим методом определены границы областей расслаивания в системах «сульфат (хлорид, нитрат) аммония – оксифос Б – вода» в интервале температур 25–80 °С. Перспективной для экстракции оказалась система «NH4Cl – оксифос Б – вода» при 75 °С, соотношение NH4Cl:оксифос Б = 1:1, концентрация воды 90 мас. %.

106

Благодаря своему строению оксифос Б в процессе экстракции может быть как фазообразователем, так и реагентом. Установлено, что в отсутствие кислоты оксифос Б экстрагирует многозарядные катионы по катионообменному механизму, а при добавлении кислоты вследствие протонирования по атому кислорода фосфатной группы извлекает ацидокомплексы металлов по анионообменному механизму. Исследована способность оксифоса Б экстрагировать амминокомплексы цветных металлов, таких какмедь, никель, кобальт.

Произведено сравнение высаливающей способности солей аммония по отношению к оксифосу Б, параметров процесса экстракции и экстракционной способности ПАВ при изменении температуры. Показано, что рост температуры уменьшает время установления равновесия, позволяет увеличить содержание воды в экстракционной системе, уменьшить соотношение фаз, тем самым повысив степень концентрирования. При этом экстракционная способность оксифоса Б мало зависитоттемпературыосуществления экстракции.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 14-03-96006_Урал_а.

УДК 661.333+67.08+625.8

Е.О. Зайцева, К.О. Норина, И.В. Крепышева

ХАРАКТЕРИСТИКА ОТХОДОВ СОДОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Березниковский содовый завод является родоначальником содовой промышленности в России и выпускает свою продукцию уже 130 лет [1]. Процесс отходобразования в ОАО БСЗ можно

107

представить двумя этапами. Первичные отходы образуются уже на стадии добычи сырья в Чаньвинском известняковом карьере. Известняк используется в виде «химического камня» в производстве соды, а в карьере остаются вскрышные породы, основную часть которых составляет глинистый материал вперемешку со щебнем. За долгие годы работы завода в отвале накоплены миллионы тонн отходов, что, по существу, представляет собой техногенное месторождение глины [2, 3].

При производстве кальцинированной соды аммиачным методом на 1 т продукции в качестве основного отхода образуется 8–12 м3 дистиллерной жидкости, содержащей 200–250 кг/м3 сухого остатка. При хранении отходов в шламонакопителях с течением времени происходит их постепенное обезвоживание.

Твердый остаток дистиллерной жидкости (дистиллерный шлам) в сухом виде представляет собой светло-серую массу плотностью около 970 кг/м3, на 70–80 % состоящую из частиц размером 0,1–0,2 мм. Его состав зависит от качества используемых в содовом производстве сырьевых материалов, некоторых технологических

идругих факторов.

Вдальнейшем по ходу производственного процесса при извле-

чении аммиака образуются кальцийсодержащие шламы, которые в виде пульпы сливают в шламонакопители. Примерный состав шлама березниковского содового производства показанна рисунке.

Рис. Состав твердой фазы шлама содового производства

Жидкая фаза пульпы из производственного цикла имеет щелочные значения водородного показателя и среднюю минерализацию. В составе содержится значительное количество растворенных ионов: хлоридов, сульфатов, натрия и калия, аммония. Их мигра-

108

ционная способность достаточно велика. Однако в старой карте за 30 лет эти компоненты уже «вымыты» из складированного шлама за счет инфильтрации атмосферных осадков и отсутствия свежих поступлений с пульпой (таблица).

Химический состав жидкой фазы пульпы отходов ОАО БСЗ, мг/л

Одной из актуальных задач, стоящих перед предприятием, являются разработка схемы эффективной утилизации твердых отходов, обеспечивающей снижение экологической нагрузки на окружающую среду, и получение экономических выгод от их повторного использования.

Для освобождения шламонакопителей и карьеров от завалов могут использоваться известные способы утилизации отходов содового производства. Подсохшие шламы и глина могут быть востребованы в сельском хозяйстве для обработки почв, в горнодобывающей промышленности для нейтрализации шахтных вод угольных шахт и восстановления ландшафтов в местах добычи серосодержащих полезных ископаемых, в строительстве для производства различных стройматериалов и конструкций, на газонефтедобывающих предприятиях дляполучениябуровых растворов [4].

Изучение возможных направлений утилизации отходов березниковского содового производства показало, что большинство технологий требует очистки шламов, поэтому актуальными являются направления разработки утилизации отходов без предварительной обработки. Например, приемлемым в этом плане является использование содовых отходов в дорожном строительстве. Это направ-

109

ление утилизации отходов предусматривает их масштабное извлечение из карьеров и шламохранилищ и дальнейшее использование без какой-либо очистки. Основная идея заключается в разработке способов утилизации отходов содового производства в качестве элемента дорожного покрытия [5].

Отходы производства существуют практически в каждом процессе. В настоящее время отходы содового производства занимают сотни гектаров земельных угодий. Из-за отходов возникает угроза загрязнения подземных вод и попадания вредных веществ в источники водоснабжения, в том числе и питьевого, что может нанести необратимый ущерб как окружающей среде, так и здоровью человека. Потому одной из первых и главных задач является переработка отходов.

Список литературы

1.Материалы официального сайта ОАО «БСЗ» [Электронный ресурс]. – URL: www url: http://bsz.ru.

2.Безрук В.М. Укрепленные грунты. – М.: Транспорт, 1982. –

231 с.

3.Чаньвинское месторождение известняков / под ред. А.И. Кудряшова, В.И. Фомина, В.П. Колесникова. – Пермь: Типография купца Тарасова, 1999. – 82 с.

4.КалининаЕ.В. Утилизация шламовкарбоната кальция в производстве товарных продуктов строительной отрасли // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. – 2012. – № 1. – С. 97–113.

5.Использование отходов содового производства в дорожном строительстве / С.Г. Козлов, И.В. Вязовикова, С.А. Черный, И.В. Крепышева // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10. –

С. 2604 – 2611.

110