Регулирование процесса фильтрации фосфорнокислотных суспензий фосфогипса добавками флокулянтов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

академия наук узбекской сср институт химии

На правах рукописи КЕЬЯШЕНКО ЛИДИЯ ИВАНОВНА.

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЙИЬТРЛЦЖ!

. Фосторнонтаспш суспензтя фос-фогипса добавкам влошяйтов

Специ&шгосгь 02»00.11 - коллоидная и «забранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учвкой степени кандидате химичеоотх наук

ТАШЙГГ - 1990

Работе выполнена в Институте хинин АН УзССР Научнче руководители:

доктор химических неук, профессор Хамраев С»С доктор технических наук Мирхсдкаев И.И.

Официальные оппонента:

• доктор хикических наук, профессор Сатаев Й.К, кандидат хикичеоких неук Копп F.3. ^

Ведущая организация -Ташкентский государственный университет' им. В.ИЛенина

гЗащита состоится "_" декабря I99Q г. в_ч.

на заоедании специализированного совета К 015.13.02 в Институте химия ЛН УзССР по адресу: г.Ташкент, пр.М,Горького,77

С диссертацией модно ознакомиться в фундаментальней библиотеке ЛН УзССР (700Г70, г.Ташкент, ул. Мухинова, 13)

Автореферат разослан "_" ноября 1990 г.

Ученый оекретарь специализированного совета,

доктор химических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РШТШ

Актуальность проблеш. С кавдим годом возрастав применен

. поверхностно-активных веществ (ПАВ) и в»дорастворишх полиров (ВРП) для регулирования свойств различных диоперсних сио-я. В связи с этим изискание путей получения новых ПАВ и ВРП основе дешевого и доступного сырья, их физико-химическое ■ следование и выявление условий эффективного' прикенения в: -зличних областях народного хозяйства является одной из осноь-х задач современной коллоидной химии.

На Алмялыкскоы, Саыаркандоко'м и Чорджоуйскок химзаводах оизводство экстракционной фосфорной' кислоты (ЭФ1С) осучеств-ется путем разложения бедных фосфоритов Каратау серной кио-той и при этом образуется кислая фосфогмпсовая оуспензия ульпаО, подвергаемая фильтрации на каруссельяом Евкуум ~филь~ е. СТолидисперсность частиц и наличие тонких фракций в твер-й фазе часто служит причиной затруднения процесса фильтрации, и этом пори фильтровальной ткани забиваются чеотицзми дкопер-ой фазы, растет удельное сопротивление осадка, что приводит к. еличетю потерь ?205 и влажности фосфогипо а „ В связи о г-то стоянно проводятся поиски нових флокулянГоз, добавки которих-фосернокислотные суспензии фоофогипса позволили бы облегчить оцесс фильтрации. Для этих целей ранее был предложен полиггк-лакид (1ТАА), применение которого в настоядаа время сильно ог~ яичиваетоя составом сырья и соответственно изменением оостава льда, что вырамется в ухудшении её фильтрулщих свойств. К ну же ПАА является фондовым реактивом, а химзаводы ставят алчу изыскания новых эффективных добавок поверхноотко-актизных ществ на оонове отходов производства о налаживанием местного омыиленного выпуска. Поэтому исследования по изыскания новы: зов низга - и високомолокулярных добавок для облегчения кнтен-фикации процесса фильтрации фосфорнокислотннх суспензий фос- . гипса и установлению оптимальных условий юс применения для аэашмх целей является актуальними.

Значение данного исследования возрастает ещё и потому, что

3 '

объем производства минеральных удобрений, получаемых из рядовых фосфоритов Каратау, увеличивается с каадым годок.

Целы) работы: явилось установление закономерностей и механизма Двйогвий новых флокулянтов и ПАВ на фнокуляшгв фосфорнокпслот-вых суспензия фосфсгчшса и на этой основе разработав! и пере-дечм на внедрение ъ производство способа интенсификации процесса фильтрации указании* систем.

Работа является частьп проводишь в Институте химии АН УзССР исследований по теме "Дестабилизация разбавленных про-миглекних и концентрированных природных минеральных суспензии путей введения флокулянтов с цель» ускорения процессов хими-чеокоП технологии и улучшения мелиоративных состояний почв * (Гос. регистрации .601.66. 0046721), координируемой научном Советом по коллоидной химии и физико-химической механике диопер-сетос систем АН СССР.

Яаучявя новизна. Впервые установлены закономерности и механизм флокулмрумцего действия нового флокулякта - сополимера СИМАХ, иизкоиолекулярных ПАВ - алкиларилоулЦо кислоты (ААС1С) и её производных, а также сульфированных продуктов отходов электродного провиводства - СПОЭП и их производных на фосфо]>-нокислотные суспензии фосфогипса а на этой основе разработан, опробовая в производственных условиях и передан на внедрение в производство способ ускорения разделения фаз и фильтрации в указанных системах. Показано, что оптимальнее дозы добавок СМКЛК, АД5К и ее цроиэводных, а такхе СПОЭП позволяет улучит. технологические параметры производства ЭйС - ускорить процесс фильтрации, уменьшить удельно» объемное сопротивление ооедка, увеличить коэффициенты отдакки и »та од а Р205, уменьшить маккость фоефогнпса, улучшить качество Э9К за счет резкого снижения содеркания в ней твердых чаотиц.

Показано, что флокуляция и улучшение процесса фильтрации ф(ц4ораоквслотных суспензий «. следствие адсорбционного модифицировавши свойств поверхности тверцих частив молекулами (макромолекулами) ПАВ, овдсобствувцего снижении их заряда и сродства • * сгоиеике вязкости Ж.д'дрисустви1т ладен 1 вок ПАВ»

Впервые на основе акриловой киолотн, формальдегида и мочевины получен новыП флокулянг "СМНАК" и показана возможность его эффективного применения для ускорения процесса фильтрации суспензия фосфогипса в фосфорной кислоте. Дана физико-хидачес-кая характеристика флокулянта, исследованы коллоядно-хикитес-кие свойства его водных растворов.

Практическая ценность. Разработай новая способ интенсификации процесса фильтрации фоофорнокислотных суспензий фоофо-гипоа, который с положительными результатами опробован в производственных условиях и передан на внедрение в производстве! ЭСК на Алмалыкском химическом заводе. Экономический эффект от внедрения раз работ аннога способа в производстве составит порядка 0,5 млн. рублей в год.

Апробация работа. Проверка основных положения и полученных данных, приводимых з диссертации, проводилаоь в ходе научно-исследовательских л опытно -промышленных работ. Оскакгц е результаты диссертация докладывались на: 8-оЯ Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической мехашпее (Ташкент, 1983г.); 2-oiî РеспублитсанскоП конференции по физико-химической механике дисперсных систем и материалов (.Одесса, 1583г.); Всесогзноя конференции "Коагулянты к фяокулянты в очистке природных и сточных вод "(Одесса, 196РГ.); Всесопзно2 конференции "Коллоидно-химические проблемы экологии" (Минск, 1990 г.).

Публикации. По результата!! работы опубликовано 6 научных статей, получено 2 авторских свидетельства на изобрете~ ния и I положительное решение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, обяих выводов, списка яспользуеноЯ литературы .л прило^ дения. Она изложена на 132 с. манинотшеного текста, в.том числе 1С рисунков, 2 таблицы. Прялоление к диссертации оодер-яит 20 с. хапинопиского..текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЕДНЖ РАБОТЫ

Во введений обосноьзна актуальность работы, представлено её краткое содержание, отмечены вклад автора в разрабатывае-мув прочему и степень новизны результатов исследования, указаны пути ИХ использования в практике.

5

Глава I. 0<3зор литературы

В главе Г диссертации дан анализ современного состоять вопроса, что позхолило обосновать постановку районы, её цел: и задачи. Рассмотренн представления об агрегативной устойчи гости дисперсных систем, о факторах, её определяющих. Представлен краткий анализ работ, посвященных вопросам регулирова пия свойств дисперсных систем с помощью добавок флокулянтов и пол'лэлектролитов (ПЭ).

Приведена критическая оценка литературных данных о вли гонг различных ПАВ на физико-химические и коллоидно-химиЧеов свойства гетерогенных систем, образующихся в процессе проиа водства ЭСК. Однако системы, в которых дисперсионной средой являются кислоты, по своим свойствам существенно отличаются от водных систем. Поэтому на основании существугвдх.в лите! туре данных относительно регулирования свойств водных нине-ральшос суспензий, по-видимому, нельзя однозначна судить о возможности направленного подбора ПАВ для регулирования овс ств систем, в которых кислоты, выполняя роль дисперсионной среды, могут Еоздействовать, с одной стороны, на поверхносз нке свойства частиц дисперсной фазы, а с другой - на свой« ва самих добавок / растворение, деструкция молекул и др./

Все это указывает на необходимость постановки специал! ных наследований. К тому ке надо отметить, что в производи вз ЗФК из бедных фоофортов Каратау, содержащих большое ко; честно глинистых примесей, имеются большие потерт 11155 фгльтрации фосфоряокплотной суспензии фос^огипса.

Главе 2. Методы и обьекты исследования

: В ней охарактеризованы объекты и методы исследова! обоснован выбор объектов и оценена достоверность методов ис( доваяия.

Основные исследовашгя-проБОДили при использовании про) ленной фосфорнокислотной суспензии фосфогипса, полученной : дигидратнои рекиме. Он на 85-90$ состоит из двуводного гит ТО-12"' - кварца. Влаяяость фосфогипса зависит от технологических параметров процесса и находится в пределах 36 -41%.

б

!одераание растворимого PgOg колеблется в пределах 0,5-1,0%. ГсследуемыЯ фосфогипс грубодисперсен, л нем преобладает фрак-рги о частицами 1,6-0,4 ми и 0,15-0,1 мм. Содержали фракции 7,5 ш - 2-%.

Учитывая, что дисперсная фаза промышленных суспензий юсфогипса состоит з основном из двуводног.о гипса, на его >снове готовили модельные суспензии. При йток а качестве д'лс-1врсконкой среды использовали как 23,4^-ный 'Ш, полученнув юолв фильтрации пропиленной фосфорнокислотной суспензии Юсфогипса, так и ортофосфорную кислоту. Для сравнения были [сследованы также водные суспензии гипса,

В качестве добавок, интенсифицирующих процесс разделения >аз в исследуешх суспензиях, были*исследованы низкоколекуляр-:ие вещества, содержащие оульфогрулпу. Их можно разделить на ! группы. К первой модно отнести ал кил арилсульфо кислоту (ААСК) её производные, ко второй - сульфолродунт, отхода электродного роиэводства и его производное. Алкильная часть алкиларялоуль-окислотк состоит из углеводородов Cq-H^g, С В котзетда

роизводных были исоледовани её т.риэтанслажновая'солв (ГМСААСЯ), иридиновая соль (ПСАЛСЯ), алкиларилсульфонат натрия (АДС -JvTa). ля получения ААСК, а на её основе - сульфопроиэводных исползо- ' ан доступный технический продукт нефпереработ.чи Ферганского ефтсперерабатывапщего завода - экстрактселективной очистки асел, состоящий на 50-65Í смеси moho* tía-и трициклических лгатлароматических углеводородов (число атомов углерода в ал-' лльном радикале 9 -15, средняя мол.' масоа 310), 22-35$ пара-, чно-нафтеновых и 6-9% сколистых веществ. Сульфирование аро-атическлх углеводородов проводили концентрированной серной юлотой (снияение концентрации серной кислоты приводит к, силь->му уменьшению выхода сульфопродукта). Установлено, что оптн--: шьншга для сульфирования является температура 55»65°С, пш- ' 1Ляительность сульфирования 120 г.<ин."и отношение аронатики к , |рной. кислоте Г: 1,5:1,е. При эти» условиях глубина сульфид- . шил доходит до 90#. ■

Хороиип эфф&хт на интенсификацию, процесса фильтрации фос-Гнокйолотш.х суспензий фоофогипса оказали поверхностно-ак-внне d s вдет в а второй группы - сульфопрэдукты отхода элетст-ДПОГО л ]Х) извод от вц (СПОЭП), полученные га оскоьа отходов

7

Новосибирского электродного завода. Эти отходи-смоли легко сульфируются при обработке их серной кислотой с получением сульфопродуктов. Саки отходы представляют собой по химическому составу ароматические углеводороды с короткой алкильной группой. Реакция сульфирования смолн-отхода протекает по схеме:

кь + HpSo, ■ eo-^c А-аЗОоН + н2о

* 4 2 часа 3 с

где Аг- -ароматическое ядро, состоящее из смеси ароматических

углеводородов (нафталину антрацен* фенантрен и полициклических с алифатическими (Cj-C^) группами), а такие гетероциклических - сера, азот кислородосодергащих соединений.

В наших исследованиях использовали СПОЭП двух образцов. При получении первого образца СПОЭП молярное соотношение реа-гирухвд компонентов du.ro: : HgSO^ •= I : 1,5 (I), в второго - кг ' H2S&4 e I:I»2 (II). При током соотношении компонентов степень превращения отходов-смолы достигает JV?^, « выход сульфопродукта - 90-9ß?.

На основе СПОЭП при последующей нейтрализации его соответствующими солк:и получены следующие производные: моноэта-ноламиновая соль (ИЗАС СПОЭП), пиридиновая соль СПС СПОЭП), дизтилашновая соль (ДЭЛС СПОЗП), натриевая соль (N.a СПОЭП), триятаноламиновая соль СТЭАС СПОЭП) х\

Нами получен новый устойчивый в агрессивных средах водо-растворимив поли электролит, представляющий собой омыленный оополимер формальдегиде, акриловой етслоты и мочевины» Полученный продукт представляет собой гелеобразнус жмдкооть свэт-■аожедтого цвета, хорошо растворную в воде npi комнатной тем-пзратуре. Содераачие дейстйувасго начала составляет 22£.

Полиэлентройит проявляет высокие 'флокудируондае свойства как в нейтральных, так и в. кислых и щелочных средах, а такяе а системах, содержащих свободную кислоту (фосфорная, оерная и др.).

ж) Описанные выше киакомолекулярныэ ПДВ первой и второй группы СПОЗП и ААСК получаны в лаборатории химической технологии института химии АН УзСС? к.т.н Ходжахановым H.A. с сотрудниками *и любезно предос^ввлены^наы, за что автор выракает благодарность. К

В ИХ -спектре СММАК наблюдаются полоса поглощения: в области 3350 представлявшие валентные колебания - ОН" групп, связанные водородными связями, 1670 см""* - валентные колебания 0=0 групп, ассоциированных водородной связью, 1550 см"1 - 1600 си -валентные колебания - С00", 1060 см""1, 1155 см""* - валентные колебания С - 0 - групп.

Таким образом, по данным ИХ - спектроскопических исследований СМАК содержит амидную, гидроксильнуп и карбоксильную активные полярные группы.

Вязкость водных растворов СММАК о ростом концентрации увеличивается, а 1Я среды смеиается в щелочную сторону. Характеристическая вязкость [ *?] рассчитанная по данным измерения относительной вязкости в 0,2 N растворе КС£ охазгигаоь: -равной 1,35г/дл, что свидетельствует о том, что полученный продукт является высокомолекулярным.

Для подбора соответствующих концентраций ПАВ в % к твердой фазе фосфогипса была приготовлена серия их рабочих растворов, кмепиих концентрацию,£ 0,005; 0,01; 0,05; 0,1; 0,3. Необходимое содержание ПАВ в системе обеспечиваюсь путем введения в неё определенного количества раствора данной концентрации.

Глаза 3, Исследование флокуляция и фильтрации кислы* фос-форнокислотных оуспензий

Она посвящена обсуждению результатов исследования влияния ЛАСК и её производных на процесс фильтрации модельных суспензия п промыпленннх фосфоряокислотных суспензий фосфогипса.

Фосфогкпс, полученный после фильтрации фосфорнокислотной суспензии, образуемой при сернокислотном разложении фосфоритов Яаратеу, в основном (до 90?О состоит из двузодного гипса, поэтому свойства суспензий фосфогипса во многом определяются поведением и свойствами дисперсных частиц двуводного гипса.- В связи с этим в работе наряду с фосфорнокислотными суспензиями изучено влияние ПАВ на их модели - суспензии природного двуводного гипса (фракции<0,05 мм) в водной среде и ортофосфорной кислоте.

Действие различных факторов на процесс фильтрации почти всегда мояет быть сведено к изменению величины удельного объемного сопротивления осадка, поэтому оно является, важнейшей характеристикой фильтрации.

ос

КГ10, к"2

-2 -I (Г

СПЛВГ % к Т1!еРД0Й Фазе

-2

Рис. I Зависимость удельного объемного сопротивления

осадка от дозы вводимого ПАВ: в водной среде ^а),

ортофосЛорной кислот- (б)

I- ДЛСЯС, 2-ПСДКЖ, Э~ АЮ -Я а» 4 - ТЭАСААСК

2

Ríe.2 Кипетика расслоения фаз в водных суспензиях двуаод-ного гипса при оптимальных концентрациях добавок ПАВ: Г-Ш, 2-ПСДДСК, 3-№ -М'а, ' Ч- ТЭАСАЯЗК, 5 - исходная суспензия, без добавок

: Рис. 3 Изменение

. потенциала чаоптц гипсе в водных pací юрах:

1-ДЛОК, 2-ПСААОК, 3-Т')АСАЛ0К

L¡] СПАВ

-2 -I О

# .к твердой фазе

При прочих одинаковых условиях вс$ изученные ПАВ способствуют уыонызению удельного объемного- сопротивления i. ? ос,), природного двуводного гипса в водной среде, ортофосфорной кислоте (рис. 1 а,б).

В водной сраде наибольший эффект снижения t ос наблюдается в растворе А/С - Na Срио. I а). Явно видна концентрационная зависимость изменения 2 ос, которое носит экстремальный характер. Рвяболыаее снижение Í ос в данном случае наблюдается при концентрации ААЗ - Н&, равной 0,05£ х твердой фазе, далее с е£ повииениен эффективность ПАВ снижается. При достаг-точно больших концентрациях ЛАСК также происходит значительное сяидение величины 2ос. По эффективности действия на Zoo ПСААСК намного отстает от ААС-N а и АЮК, а ТЗАСААЗК вовсе не снижает величину 2 ос.

Как показали данные седиментации / рис.2 /, скорость оседания частиц природного двуводного гипса фракции <0,05 мм в водиой среде (0,65 ыу/с) в два -три раза превосходит окоросги оседания стих яе частиц в ортофосфорной кислоте (0,26 мм/с).

При седиментации водной оуспенэии природного двуводного гипса образуются по своей структуре более рыхлые осадки (ло-рнотость - отношение обьеыа пор к объему осадка равна 2,2), которые обуславливав* сравнительно меньшее значение их -удельного объемного сопротивления в водной среде (2оо2,8), чем в ортофосфорной киолоте (2оо=4,0), Высокое значение удельного сопротивления осадка фосфорнокиолотной цульпи фосфогипса ( *2оо»В,б) связано с дисперсностью частиц, которые при медленном оседании (0,048 мц/с) образугт очень плотные осадки, которые приводят к завышению его значения.

Соответсвенно, чем больше размер частиц,' тем большей пористостью должен обладать осадок, а следовательно тем меньше его^ос, которое подтверждается в наших опытах по седиментации.

Наилучшие эффекты снижения 2-Ос двуводного гипса добавками-ÁAC -Na в водной среде связаны с тем,-что ААС -Na дкссидив-руясь образует больной органический анион, обладавши отрицательным зарядом / рис. 3 /, а в этой se среде частица гипоа носят положительный заряд ( 5 22 мВ) и эта противоположность • '-I2-

»

полярностей1 приводит к более сильному взаимодействии ПАВ о поверхностьп частиц, которое способствуй её гирофобязадия и резкому снижению 2 ос. По снижению 2 ос гипса в водной среде изученные ПАВ располагается в убывающем ряду: AAG-fJa > AiCK> ПСАЛСК.

Ухудшение 2оо в случае ТЭАСААЖ в водной среде связано, по-видимому, с большим сродством содержащихся в составе молекул ПАВ гадроксилышх групп к воде, приводящее к более сильному увеличению степени гидрофильности природного двуводного гипса, чем бе.з добавок.

В указанном аспекте свойства осадков,, образованных в суспензиях гипса в ортофосфорной кислоте несколько отличается от свойств осадков, образованных в суспензиях гипса в водной среде. Прежде всего изученные ПАВ по их действию в относительно более разбавленных растворах располагается в ряду эффективности несколько иначе, а именно: ПСЛАЗК> ААСК> AAC ~/Va> ТЭДСАА&С. В области оптимальных концентраций соответствуть-щих максимально»::/ снижению ?ocf действие AACH, ПСААЗК и ЛАС -|\)е идентичны.

Усиление эффективности действия ПСАЛСК и ААСК на?оо по сравнению с AAC - Na и 73AGÄACX в ортофосфорной кислоте обьясняетоя, по-видимому, преимущественной адсорбцией котонизированных молекул ПАВ»

Таким образом, из испытанных ПАВ наилучшие эффекты в отношении уменьшения с ос в фое$орноютслотноЯ_среде имеют ААСК и ПСААСК, а в водной - AAC -Ne»

Во всех изученных средах последовательность расположения ПАВ в ряду эффективности их действия на показатель ре-фильтрации (П?) осадка аналогичная, что и в-ряду эффективности действия ПАВ на удельное объемное сопротивление осадка.

Сопоставление результатов исследования процесса фильтрации и рефильтрации с данными по изучение кинетики оседания частиц твердой фазы показывает, что улучшение фильтрационных свойств системы не всегда, еймбатно изменении параметров фло-хуляции, т.к. последовательность расположения ПАВ в ряду эффективности их флокулирующего действия несколько иная, чем в ряду их действия'на процесс фильтрации.

В сапой деле» по способности ускорять седиментацию системы на .первой месте находятся ААС -Na, ААСК, KOTojue в валяете оптимальней концентрации способствуют резкому ускорение осаадения частиц к система, не осветляемая без ПАВ даже в течение часа, оседает с достоточно высокой степенью осветления за 5-7 мин, а ПСААСК за 25-30 мин. Причем в последнем случае объек осадка в 1,4 раза больпе, чем при осаядеяии суспензий ААС -;ja и ЛАСК. Это указывает на разную способность их действия на пористость, объемов осадков и степень филыгости поверхности частиц гипса. С другой стороны, ПСААСК по своему действия на процесс фильтрации, а следовательно на уменьшение 2ос не превосходит ААС -//а и ААСК. Это указывает на то, что ускорение процесса фильтрации зависит не только от изменения сложения осадка, происходящего в результате агрегирования частиц дисперсной фазы, но от свойств адсорбцяонно-моди-фицироланных поверхностей.

Данные по исследованию кинетики осаадения суспензий дву-ьодного гипса в водной среде под действием добавок ПАВ находят ся в полней корреляции с результатами изучения удельных обье^-мов осадков системы.

При обработке водной суспензии двуводного гипса добавками ПАВ наблюдается существенное изменение электрокинетических свойств частиц. ПСААСК и ТЗАСААСК способствует снижению заряда частиц (pie. ЭУ, однако по эффективности действия не осавде те суспензии- эти ПАВ существенно отстают от ААСК и ДАО -Na, это находит отражение -акяе на эффекте2оо.

При «поставлен™ прочности осадков с кинетикой седимен-тациоггного осаждения оуспензий выявилось,- формируемые структуры имеют наибольшую прочность в системе, которая была осаждена с наибольшей окорэстм под действием оптимальных доз ПАЗ чрис. '4).

При стабилизации эффекта флокуляции системы прочность осадков уменьшается.

Сопоставление данных по адсорбции о результат еш исследования седиментации водных суспенрчй гипса, алектрокинети-

М

» .

чеоких я прочностных свойств осадков показало, что изученные ПАВ ускоряют осаждение именно в области концентрации, соответствующей полной необратимой адсорбции их молекул. При этом перезарядка поверхности приводит к упрочнению контактов между частицами, вследствие чего происходит флокуляция. системы. Последняя обусловлена гидрофобизацией поверхности частип и тс перезарядкой.

Таким образом,, как явствует из изложенного материала, рассмотренные сульфогруппусодержашие ПАВ могут служить эффективными флокулянтами суспензий двуводпого гипоа, являющегося основным компонентом фосфорно кислотной пульпы фосфогипса.

Рио. 4 Прочность (предельное напряжение сдвига) седиментационннх структур'водных суспензий двуводпого гипса в присусгвтпг добавок ПАВ:

I- АДСН, 2- ПСААСК, 3- ТЭАСААСК 15

Наилучшие эффекты ускорения процесса фильтрации пульпы иолучены при применении добавок СПОЭЛ. При оптимальных концентрациях этого ПАВ, равной 0,021$ к твердой фазе пульпы, её фильтрация ускоряется в 1,5 раза. Аналогичные эффекты по ускорению процесса фильтрации получены также в случае применения производных СПОЭП, но оптимальные концентрации их при этой в два раза превышают оптимальную концентрации самого СПОЭП. Принечате. ьно, что производные СПОЭП близки между собой по эффективности их действия на процесс фильтрации пульпы. Йоо-ледовательность расположения ПАЬ б ряду эффективности их действия на показатель фильтрации и рефильрации аналогичная: СН0ЭП> ТЯАС СПОЗП>ПС СПОЭП?ДЭАС СПОЭП>Д?а СПОЭП ^МЭ АС СПОЭП.

Изучение влияния нового полиэлектролита СММАК на процесс фильтрации фосфорнокислоткых суспензий фосфогипса показало, что его оптиманьная концентрация, разная 0,042^ к твердой фазе, дает хороший эффект, но при этом оптимальная концентрация его в два раза больше, чем оптимальная концентрация СПОЭП. _

В диссертацииимеются разделы по- изучению адсорбции ПАВ .па кислотной среда "на частицах гипса* и элеетроюгнетическйх -свойств.

Адсорбция онионактиЕных ПАВ на частицах фосфоппгса (гипса) п^иводат к изменение свойств их'товёрхностиГ- малые величины адсорбер, соответствующие необратимому з акре пленит, вплоть до оиласти плато на изотермах приводят к гидрофобизации, а большие» соответствующие переходу мицелл в адсорбционные слои -к гидрофилизация поверхне ли.

Как поквьаяи наследования, при обработке осадка фосфо-гипса оптимальными•концентрациями добавок ПАВ (СПОЗП и его производные), сорбция Э®С на частицах уменьшается, что указывает на характер изменения свойств поверхности частиц т.е. происходит её "фобизация" по отношению к кислоте.

Адсорбция СПОЭП на частицах гипса и формирование адсорбционных слоев приводит не.только к фобизации чаотиц по отноше* нир к Э5гС,"но » спгособсгвует разжижению системы, по-вйдтеомуГ за

счет снижения сопротивления трения в г трбулентном потоке (эффект Томса).

Изменение поверхностных свойств частиц , приводящее к улучшению фильтруемой способности- ЭФН, обусловлено "гидрофобиза-ией" поверхности частиц по отношению к кислоте,..уг-чэчнением оптантов кезду структурообразующими частицами, и их порез'п-1ЯДкой. Всему этому предшествует.адсорбция молекул ПАВ на по-ерхности фосфогипса.

Характер изменения 3- потенциала свидетельствует о преоб-адающем влиянии ПАВ на заряд частиц и хореннбй перестройке войного электрического слоя ионов на их поверхности.

Действительно, молекулы исследуемых енионактивных ПАВ в " начитеяьной степенз необратимо абсорбируясь на частицах тиарой фазы, за счет кислотных полярних груш -обуславливают дос-аточно высокие противоположные (отрицательные) заряды частиц.

Сопоставление хода кривой зависимости ^СТТОЭП 0 Р331'ль"1-ами исследования флокуляции и фильтрации свидетельствует о ом, что флокуляция суопензий - следствие неменення двойных лектрических слоев, точнее нейтрализации частиц. Перезарядка слабляет эффект флокуляции ПАВ, ухудиает фильтрации, • приводит росту удельного объемного сопротивления осадка.

Учитывая вышеизложенное о корреляции хода флокуляции и (тльтрации системы с изменением параметров адсорбционного и войного электрического слоев, мокко утвердить, что дейсгви- • гльно улучшение фильтрационных свойств осадков под влиянием ЯВ обусловлено снятием двойных электрических слоев и тем са-т утоншением граничных прослоек жидкости за счет одеорбдион->го модифицирования свойств поверхности частиц и её "фойизв-ш" по отношению к кислоте. Во всяком случае это обстоятельств 1 является одним из сущеотвепннх" факторов возможности интел-[фикации процесса фильтрации фосфорпокислотннх суспензий'дошками исследуемых ПАВ.

Глава 4. Опробование разработанного cr^coda в произюдот-венных условиях

Обсуждены результаты проведенных работ по одатио-промышлен-иу и промышленному испытанию разработанного опособа .интенси-квцяя процесса фильтрации фосфорнокислотной суспензии фоо,£о-пса добавками анионвклпАих ПАВ. Исходя из рассмотренных

в третье главе диосергации результатов исследования влияния ПАВ на фильтрацию и рефильтрацкв, а такие удельное объемное сопротивление осадка к внедрение был рекомендован СПОЭП.

Оптимальные дозы вводимого в пульпу СПОЭП составляли 0,02- 0,03$ к твердой фазе.

Опытно-промышленные испытания предлагаемого способе били проведены с целью интенсификации процесса фильтрации суспензий пр'1 сернокислотном разложении рядовых фосфоритов Карате/ в цехе экстракции И Алмалыкского хиыичеокого завода. Добавка дозировалась через щелевой дозатор на 2 и 3 карусель-ковакуушшй фильтр круглосуточно из расчета 0,021^ к твердой фазе фосфогипса. Полученные технологические параметры подтвердили результаты исследований, которые указывали на уменьшение <?ос, увеличение коэффициентов отмывки и выхода что способствует уменьоению влажности фосфогипсе и росту выхода ЭОЖ. Это позволило рекомендовать разработанный способ иопытвть в промышленных условиях.

Повторно бш2й проведены опытно-промышленные испытания в цехе экстракции 13 для уточнения оптимальной рабочей концентрат«! и дозы фчокуляята, ежечасно отбирались пробы фосфо-гипса для анализа. Сопоставляя лабораторные данные с данными предыдущих о гтытко-проны пленный испытаний - константу -отмывки и выхода магность фосфогипса, общее содержание в промывных водах еще раз подтвердили эффективность примене» югк СПОЭП. На основе положительных данных показано, что оптимальная добавка СПОЭП л количестве 0,021!? к твердой фазе позволяет ускорить процесс фильтрации фосфорнокислотной суспензии фосфогипса в 1,5 раза. Из рабочих растворов, имеющих концентрации в пределах I - %, лучший эффект на процесс фильтрации оказали добавки на основе I% раствора.

В проведенных в течение месяца расширенных опытно-промышленных испытаниях предусматривалось показать эффективность действия флокулянта при выходе на технологический режим Ст.е. за счет введения СПОЭП увеличить нагрузку по фоссырыО..

Было испытано действие СПОЭП в широком диапоэоне концентраций (0,013- 1,03В©. При изменении дозы от 0,013 до 0,03 наблюдается постепенное улучшение показателя фильтрации. Дозы 0,030,0? не ухудпают технологические показатели.

Результаты проведенных испытаний показали, что введение СПОЭП в экстракционную пульпу при оптимальной дозе (0,03$) интенсифицирует процесс фильтрации, уме надает содержание влаги на 2-%, что оказывает положительный эффект при удалении фосфогипса.

Увеличение степени отмывки Р?0Ч на 0,5 - 2,0^ ..позволяет-.увеличит его выход / табл.! /» Выводы:

1. Проведен заключительный этап испытаний по передаче на внедрение способа получения ЭФЯ с применением СПОЭП на стадшг фильтрации в цехе Э® -3.

2.СП0ЭП является высокоэффективным флокулянток о содержанием основного вещества 70£.

3. Оптимальная концентрация рабочих рестворов флокулянта -1^-иыИ раствор. Оптимальная доза - 0,03« то отношению к фосфатному сырью.

4. Введение СПОЗП на стадии фильтрации пульп, характеризующихся большим содержанием глинистых веществ позволяет:

- снизить влагоеккость гипса до 3-5$, стабилизировать процесс транспортировки гипса в отвалы;

- повысить степень откывки и тем оашпг снизить его дгатера с фосфогипсом;

- повысить сьем гипса с КВФ на 1С-15&

5. Ожидаемый экономический эффект от внедрения СПОЭП на одной технологической системе 426,7 тыс. руб. ~

Внедрение.

На основании акта о промиплеяном испытании способа ускорения фильтрации фосфорнокислотной'суспензии"фосфогипса путей применения добавок, сульфопродуктов отхода электродной промышленности от 19.01.87г. и-акта опытно-промшвленных испытаний интенсификации процесса фильтрации в производстве ЭФК из рядовых Каратау от 15.12.87г. были проведены расииренные испытания с 7 июня по 14 июля 1988г. В период работы было выяв-пзно влияние нормы расхода низкомолекулярного флокулянтя на

Та&вда I

Сравнительные гезпшогическае токвзатели ( $ ) процесса п^лучтеляя экстракционной фосфорной кислота при оптимальней расходе СПОЭП (кг/г сырья).

Добавка

Опт. расход пав

?2°5 ! Р2а5 !

без добавки СПОЭП . ПДА ;

без добавки СПОЭП

0,3 0,1

0,3

Р205,

Э® ■. оба. водо*. ! ! раств.!

Яоэф, 1 Козф. ,ВлакностЬ[ Скорость ,Удельное , отмыв.' выхода 'фосфсгип-' фильтра- "объемное • са ции сопр. осад-

! ! ^О-^мс"1 ¡ка&сЧО"10.!!"2

Результаты лабораторных исследований 19,0 1,02 0,51 97,5 95,0 41,3 22,4 0,54 0,14 99,3 97,4 36,8 21,8 0,82 0,26 98,3 96,2 40,0

Результаты опытно-промшленных испытаний 2,45 1,50 97,12 95,04 43,4 2,0 1,03 99,4 97,5 36,0

381,0 574,0

4,6

2,88

3,25

Результаты промышленных испытаний

без добавки - 1,79 0,70 97,5 92,3 . 41,23

СПОЭП 0,3 1,И 0,40 99,4 9 4,5 37,51

гхнологические показатели процесса акстракции получения Э-1Л. а основании полученных данных составлен акт о зпклпчитедь-0и этапе промышленных испытания для передачи- на внедрение пособа получения ЭФК с применение* СГГООТ на стадии фидьтра-ии фосфорнокислотной суспензии фосфогипоа в цехе экстракции Алмалыкского химического завода от 25 ишя 1968 года, одготовка к внедрении:

.Получено разрешение Ташкентского областного- комитета пот хране природы на строительство установки для получения ПОЗП непосредственно на Алмалыкском химическом заводе. . Проведено техническое совещание по вопросу получения ДОЭП на Алмалыкском химическом заводе, протокол от 17 авгус-а 1589 года. * ■

Конструкторским отделом Алмалыкского химического завода акончена и утверздена схема строительства установки по поучение СПОЭП.

. Институтом химии АН УзСС? передана вся документация и тех-ические паспорта на оборудование.

В Ы В О Д Ы

Проведение комплекса коллоидно-химических исследований, , также работ по одатно-промыпленному и промышленному Jtcmi-анив позволило разработать и передать на внедрение в произ-одство новый способ ускорения процесса фильтрации образуемых при сернокислотном разложении фосфоритов Каратау фосфор- . -окислотных суспензий (пульп) фосфогипоа с поксцьи horux дэ.с-ушшх и относительно более дешевых флояулянтов. '. Не основе акриловой кислоты, мочевины и форшлвдегида полу-ен эффективно действующий в кислых средах новыа флокулянт СН!Ш", определены его оптимальные дараметры получения, стсно влепи состав и физико-химические характеристики. ¡Тесле- ' озята свойства водных растворов 0,005-' l,C,t к найдены услс* ня рационального применения для уо ко рения осаадения и филиации суспензий (пульп) фосфогипоа в экстракционной фосфор-ой кислоте.

. Установлены закономерности и выявлен механизм дейеттая и з ко но л е кул я рн их флокуляктов - алкиларалсульфйкполоты

2Г

(ААЖ) и её производных, а также сульфопродуктов отходов электродного производства (СПОЭП) в годных" и кислотных дисперсиях двувод-кого гипса к фосфогипса. Отмечено, что характер и эффективность действия от их фдокулянтов эавдсит от их состава, концентрации рабочих растворов и вносимых доз по отношение к твердой фазе. В случае СПОЭП кгравт роль также условия сульфирования (соотно-кенке компонезгов, температура и др.).

4. Выявлено, что флокуляция и ускорение процесса фильтрации исследуемых систем под воздействием флокулянтов - следствие адсорбции молекул ПАВ на дисперсных частицах, формирования адсорбционных слое», псзбодягцих ослабить сродство ЭФК к модифицированной поверхности частик. НаилучаеГ. фильтрации суспензий гипса (фосфогипса) соответствует полная и необратимая адсорбция нолекул (макромолекул) ПАВ на твещих частицах, однако изменение направления действия флокулянтов наблюдается лишь после завершения формирования их монослоев.

5. Установлена корреляция между флокулярувяим действием ПАВ, укеньаеиием удельного объемного сопротивления осадка, ускорением процесса фильтрации фосфоркокислотны* суспензий фосфогип-еа и снижением заряда дисперсных частиц. В области больших концентраций ПАВ, прегшиаюаш оптимаяьные, наблюдается перезарядка частиц; образование адсорбционных полислоев и переход от 'флоку-ляции к стабилизации суспензии, в результате чего ухудшается фильтрация.

6. Показано, что изученные ПАВ при оптимальных дозах позволяют судественно улучпить технологические параметры производства

ЭШ - ускорить процесс фильтрации в"г1,5 - 2 раза, уменьпить удельное объемное сопротивление осадка на 1,6 - 2,0 раза, увеличить коэффициенты отмывки и выхода Р205 на 0,5 - 1,5 соответственно, уиеныиить на 3-55? влажность фосфогипса, улучшить качество экстракционной фосфорной кислоты эа счет снижения содержания взвешенных частиц.

Разработанный способ ускорения фильтрации фосфорнокислотной суспензии фосфогипса, основанный на применение СПОЗП после опыт-но-промыиленных и промышленных испытаний с положительным эффектом П1инят к внедрению на Алиашкскои химзаводе. Ожидаемый экономический эффект составляет 426,7 тыс. рублей в год при внедре'--нии только на одной технологической линии.

22

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Зияев Т.З., йльяшенто Л.И., Хаираев С.С. Регулирование действия высокомолекулярных ПАВ методом адсорбционного кодифицирования поверхности дисперсных минералов в водных суспензиях // 8-ая Всесосз. конф. по. коллоидной химии я физико-химической механике . Тапквнт, 1983. - Ч. 5. - С.94-95.

2. Зиявв Т.З., Ильяиенко Л.Й., Курачев В.Б., Хамраев С.С. Устойчивость и структурообразоввние в суспензиях кварца в при-суствии поверхностно-активных веществ разного строения // 2-ая ?еспубл. конф. по физико-хииячеокоЯ механике дисперсных систем и материалов. Одесоа 1983.- Киев, Наукова думка. -Ч.1.- С. 37-38.- 1983.

3. Хамраев С.С., Зияев Т.З., Ильяиенко Л.И. и др. A.C. 11298190 СССР, Б .И. JB II. - 1987.

4. Хамраев С.С., Зияев Т.З., Лльяшеято Л.И. и др. A.C. 51477577 СССР, Б.И. 317. - 1989.

5. Ильяиенко Л.И., Зияев Т.З. и др. Ускорение процесса фильтрации фосфорнокислотннх суспензий фос^огипоа добавками алкил-арилсульфокислоты и её производных // Всесстоз. конф.■"Коагулянты и флокулянты в очистке прородных и сточных водТОде^са 1988) - Киев 1988. - C.I23.

5. Йльяшенто Л.И., Укаров Ii.Т. и др. Флокуляция фосфорпокис-лоных пульп фосфогипса ПАВ.// Сборник. Адсорбция, устойчивость, структурообразоввние в минеральных диспероиях. Ташкент 1990.

7. Гадяиев Д.Т,, Хамраев С.С., Ильяиенко ЛЛ. Положительное решение J6 4658895/31-05 (006294) от 13.10.89г.

8. Ильяиенко Л.И., Хамраев С.С., Кирходкаеа_Н.Ч. Интенсификация процесса фильтрации фосфогипсовой пульпы и улучпеяие технологических параметров производстве ЭФК добавками СПОЭП // " Библиографическом указателе ВИНИТИ" "Депонированные научные работы1? Черкассы. -JS7.1990. - C.ICO,.

9. йльяшенко Л Л., Хамраев С.С., Иирходжаев H.H. Экологобезо-пасноя технология получения экстракционной фосфорной кислоты

с применением сулъфопродукта отходов электродной: процыклен -ности. // %нек, J9p0.- С. 114.

Mr