РОЗДІЛ 2
Методики проведення досліджень і аналізів
2.1. Характеристика відходів содового виробництва
Зважаючи на результати аналітичного огляду літературних джерел в даній роботі
запропоновано спосіб одержання хімічно осадженого карбонату кальцію з розчинів,
які містять солі СаCl2, NaНСО3, Na2СО3 [118, 119]. Як сировину для отримання
продукту використовували відходи содових виробництв, а саме дистилерну рідину,
що утворюється у відділенні дистиляції в процесі одержання кальцинованої соди,
а також надлишковий маточний розчин виробництва очищеного гідрокарбонату
натрію. Ці обидві речовини не знаходять подальшого використання у циклі
відповідних виробництв і перекачуються до великих земляних
відстійників-накопичувачів, тим самим створюючи екологічну небезпеку
навколишньому середовищу [120-123].
Якісна характеристика відходів згідно технологічних регламентів содових
виробництв наведено в табл. 2.1 і 2.2.
Таблиця 2.1
Характеристика освітленої дистилерної рідини
Хімічний склад
н.п.
г/дм3
% мас
CaCl2
53,98
149,77
12,90
NaCl
23,88
69,78
6,01
CaSO4
1,71
5,81
0,50
MgCl2
1,03
2,44
0,21
NH3
0,047
0,040
0,0034
r = 1161 кг/м3 Т = 363-368К
Таблиця 2.2
Характеристика надлишкового маточного розчину
Хімічний склад
н.п.
г/дм3
% мас.
NaHCO3
35
145,25
12,95
Na2CO3
20
52,99
4,72
NaCl
1,8
5,26
0,47
r = 1122 кг/м3 Т = 343-348К
Як видно з табличних даних якісний склад освітленої дистилерної рідини і
надлишкового маточного розчину дозволяє отримати карбонат кальцію відповідно до
хімічних рівнянь2.1 і 2.2:
СаС12 (р)+Na2CO3 (р)=CaCO3 (т)+2NaC1(р)+27 кДж; (1)
СаС12 (р)+2NaНCO3 (р)=CaCO3 (т)+2NaC1(р)+Н2О(р)+СО2 (г)-11 кДж. (2)
Аналіз літературних джерел показав, що властивості карбонату кальцію значною
мірою залежать від умов проведення процесу осадження. Тому дослідження були
спрямовані на встановлення технологічних параметрів, які мають забезпечити
отримання продукту з фізико-хімічними властивостями, що відповідають сучасним
вимогам до якості даного наповнювача, наведених у табл. 2.3 [124].
Таблиця 2.3
Показники якості хімічно осадженого карбонату кальцію (ГОСТ 8253-79)
Показник якості
Норма
сорт 1
сорт 2
Білизна, %, не менш
93
Не норм.
Масова частка, %:
карбонатів кальцію та магнію в перерахунку на СаСО3, не менш
98,3
97,0
Продовження табл. 2.3
вільного лугу в перерахунку на СаО, не більш
0,03
0,05
речовин, які не розчиняються у соляній кислоті, не більш
0,1
0,3
в тому числі піску, не більш
0,014
Не норм.
полуторних оксидів заліза та алюмінію, не більш
0,4
0,7
в тому числі заліза в перерахунку на Fe2O3, не більш
0,1
0,3
марганцю, не більш
0,01
Не норм.
міді, не більш
0,0005
Те ж
вологи, не більш
0,5
1,5
Залишок після просіву на ситі з сіткою № 0045К, %, не більш
0,4
1,0
Насипна густина, г/см3, не більш
0,25
0,4
В ході виконання експериментальних досліджень вивчалися наступні параметри
процесу осадження: послідовність змішування вихідних розчинів; концентрація і
мольне співвідношення реагентів; температура і час процесу осадження [122].
2.2. Методика проведення експерименту
Дослідження впливу послідовності змішування вихідних розчинів здійснювали
шляхом:
- введення надлишкового маточного розчину в освітлену дистилерну рідину
(МР®ДР);
- введення дистилерної рідини до надлишкового маточного розчину (ДР®МР);
- одночасного змішування розчинів (МРЇДРЇ).
Різну концентрацію речовин СаCl2, NaНСО3, Na2СО3 у вихідних розчинах створювали
шляхом їх розведення у певну кількість разів: 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,25 рази.
Встановлення залежності якості продукту від мольного співвідношення реагуючих
речовин здійснювали шляхом створення стехіометричного надлишку одного реагенту
відносно іншого. Так використовували надлишок спочатку іонів Са2+, який
дорівнював 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2, а потім навпаки – надлишок іонів НСО3- та
СО32-.
Осадження карбонату кальцію здійснювали в інтервалі температур від 323 до 363К.
Нижню температурну межу процесу було обрана відповідно до політермі розчинності
в системі Na2CO3 – NaHCO3 – Н2О [77]. Це пояснюється тим, що в розчиненому
вигляді карбонат і гідрокарбонат натрію, масова частка яких становить 4,72 і
12,95% відповідно, можуть одночасно існувати тільки при температурі вище
318-323К. В іншому випадку ці солі кристалізуються, що буде впливати на повноту
процесу осадження і якість одержаного карбонату кальцію. Тобто температуру
процесу обирали, враховуючи можливість впровадження майбутньої технології
одержання хімічно осадженого карбонату кальцію за умов вже існуючих виробництв
відповідних содопродуктів.
Час процесу утворення осаду карбонату кальцію становив від 1 до 10 хв. Така
межа відповідає результатам аналітичного огляду літературних джерел. За початок
процесу приймали момент початку змішування вихідних реагентів, а за кінець –
повну їх витрату за встановлений час.
Для здійснення досліджень було створено експериментальну установку, яку
представлено на рис. 2.1 [120, 125].
Рис. 2.1. Схема експериментальної установки для одержання хімічно осадженого
карбонату кальцію:
1, 2 – збірник, 3 – реактор-осаджувач, 4 – вакуум-фільтр, 5 – механічна
мішалка, 6 – ртутний термометр.
Осадження карбонату кальцію відбувалося у реакторі-осаджувачі 3, до якого у
відповідній послідовності подавали вихідні розчини. У серії опитів, в яких
проводили одночасне змішування освітленої дистилерної рідини з надлишковим
маточним розчином, реагенти попередньо подавали до збірників 1 і 2, де вони
підігрівалися до відповідної температури. У випадку введення дистилерної рідини
до маточного розчину, або навпаки, використовували
- Киев+380960830922