Разработка технологии получения комплексных удобрений на основе пыли клинкерообжигательных печей цементного производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка технологии получения комплексных удобрений на основе пыли клинкерообжигательных печей цементного производства

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим приоритетом экономической программы развития Республики Узбекистан является структурное преобразование экономики, активное наращивание экспорта готовой конкурентоспособной продукции с расширением географии поставок.

Республика Узбекистан обладает хорошо развитой строительной индустрией, в частности, цементной промышленностью, которая в 2010 году выпустила 6,79 млн. тонн цемента. К 2012 году планируется довести объем выпуска цемента до 10 млн. тонн.

При получении цемента в качестве отхода образуется пыль клинкерообжигательных печей, которая улавливается электрофильтрами. Особенности химического состава пыли клинкерообжигательных печей ранее не позволяли полностью вернуть ее обратно в цикл производства. Основное количество пыли клинкерообжигательных печей направлялось в отвалы, и в течение многих лет в специальных отведенных местах - хранилищах - накопилось несколько миллион тонн этой пыли. А между тем охрана окружающей среды является одним из неотъемлемых моментов экономического развития страны.

В пыли клинкерообжигательных печей присутствуют легко растворимые в воде соединения, которые могут выщелачиваться водой, загрязняя надземные и подземные воды. Кроме того, отвалы занимают большое количество плодородных площадей. С другой стороны, в составе пыли клинкерообжигательных печей содержится до 7 % калия (в перерасчете на K₂O), до 55 % кальция (в пересчете на СаО) и ценные в агрохимическом отношении микроэлементы. Калий и кальций занимают 3 и 5 место по важности для растений. Однако в пыли клинкерообжигательных печей они находятся в нерастворимой и, соответственно, неусвояемой для растений форме. Наилучшим способом переработки пыли клинкерообжигательных печей является ее азотнокислотное разложение с получением сложных жидких и гранулированных удобрений на основе нитрата кальция, содержащих соединения калия, кальция, а также микроэлементы. Причем эти удобрения являются самыми лучшими для применения на засоленных почвах. Заявленная потребность Республики в нитрате кальция составляет 250-300 тыс. тонн в год, а о потребности Республики в бесхлорных калийных удобрениях и говорить не приходится.

Таким образом, исследования, направленные на разработку технологии производства жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений на основе отходов цементного производства - пыли клинкерообжигательных печей, - будут весьма востребованы и актуальны с экологической, социальной и экономической точек зрения.

Степень изученности проблемы. Накопленные данные показывают, что на настоящий момент отсутствует какая-либо действенная технология переработки пыли клинкерообжигательных печей цементных заводов. Есть предложение возвращать ее обратно в производство цемента (естественно, с учетом ее состава). Однако из-за высокого содержания соединений щелочных металлов при этом можно вернуть не более 5% образующейся пыли клинкерообжигательных печей. Дальнейшее увеличение количества добавляемой пыли клинкерообжигательных печей приводит к увеличению содержания щелочных металлов, а марка образующегося цемента при этом значительно снижается. Сохранить марку цемента можно только термической обработкой пыли клинкерообжигательных печей, или путем обработки щелочью или другими соединениями.

Технология по извлечению соединений щелочных металлов водой имеет ряд серьезных недостатков: большой расход воды, энергоресурсов, сохранение проблемы шлама (только усугубленная его большой влажностью), низкий выход продуктов. Эти недостатки полностью перечеркивают имеющиеся достоинства технологии: простота и отсутствие потребности в химических реагентах.

Технология переработки пыли клинкерообжигательных печей азотнокислотным разложением с получением жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений совершенно не разработана. Физические свойства промежуточных и конечных продуктов не исследованы. Экономическая целесообразность не установлена, агрохимические свойства продуктов переработки не проверены.

Связь диссертационной работы с тематическим планом НИР. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР, утвержденным Ученым Советом Ташкентского химико-технологического института и направленным на расширение инновационной деятельности путем локализации производства за счет использования местного сырья, уменьшения импорта сырья и комплектующих, а также контрактом № П/23 от 23.07.2007 г. с Государственным комитетом по охране природы Республики Узбекистан «Разработка технологии переработки цементной пыли на комплексные удобрения».

Цель работы: физико-химическое обоснование и разработка эффективной технологии переработки пыли клинкерообжигательных печей с получением жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений с установлением оптимальных параметров производства.

Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

установление оптимальных технологических параметров разложения пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой;

установление оптимальных параметров отделения нерастворимого шлама, после азотнокислотного разложения пыли клинкерообжигательных печей фильтрованием, отстаиванием и центрифугированием;

исследование процесса нейтрализации кислой азотнокислотной вытяжки пыли клинкерообжигательных печей аммиаком;

изучение реологических свойств кислых и аммонизированных пульп азотнокальциевых удобрений;

изучение процесса концентрирования нейтрализованных пульп жидких азотнокальциевых удоберний;

исследование процесса получения гранулированных азотнокальциевых удобрений;

установление химического и фазового состава полученных удобрений с помощью современных методов физико-химического анализа;

разработка технологических схем и составление материальных балансов производств жидких и гранулированных азотнокальциевых удобрений;

определение агрохимической эффективности и экономической целесообразности производства разработанных удобрений.

Объект и предмет исследования. Объектами исследования являются пыль клинкерообжигательных печей цементных заводов, азотная кислота, аммиак, кислые и аммонизированные пульпы, плавы удобрений, готовый продукт. Предметом исследований является энерго- и ресурсосберегающая технология производства жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений из пыли клинкерообжигательных печей, позволяющая сократить ее выбросы в отвал, наладить производство азотно-кальциевых удобрений содержащих соединения калий и микроэлементы.

В качестве методов исследований применяли химический, спектральный, рентгенографический и ИК-спектроскопический методы исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

установленные оптимальные технологические параметры и разработанная технология получения жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений из пыли клинкерообжигательных печей цементных производств;

разработанные принципиальные технологические схемы, нормативно-техническая документацию и переданные на внедрение разработанные технологии жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений из пыли клинкерообжигательных печей цементных производств.

Научная новизна. Впервые получены данные по разложению пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой. Установлены закономерности влияния технологических параметров на степень разложения пыли клинкерообжигательных печей, степень отделения нерастворимого осадка, особенности нейтрализации кислой азотнокислотной вытяжки, упаривания пульпы. Выявлены зависимости реологических свойств кислых и нейтрализованных пульп в зависимости от условий ведения процесса. Исследовано влияние технологических параметров на процесс получения жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений в широком интервале значений.

Научная и практическая значимость результатов исследований. Результаты выполненных исследований явились научной основой для создания высокоэффективной ресурсосберегающей технологии жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений из пыли клинкерообжигательных печей с высокой агрохимической эффективностью. Предложенная технология апробирована на модельной установке ОАО «Ammofos-Maxam», наработаны опытные партии удобрений. Экономический эффект от производства 1 т 100 %-ного N для жидкого азотно-кальциевого удобрения составляет 70-175 тыс. сум, для гранулированного азотно-кальциевого удобрения - 130-280 тыс. сум. Агрохимические исследования показали, что жидкие и гранулированные азотно-кальциевые удобрения, повышают урожайность хлопка-сырца на 6,6-8,6 % по сравнению с контрольным вариантом.

Реализация результатов работы. На опытной установке ОАО «Аmmofos-Маxаm», имитирующей производственные условия, были отработаны технологии жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений на основе пыли клинкерообжигательных печей. Полученные данные легли в основу создания технологической схемы и материальных балансов производств. Предварительные технико-экономические расчеты показали снижение стоимости 1 т 100 %-ного азота по сравнению с аммиачной селитрой. Проведенные агрохимические испытания показали высокую эффективность полученных удобрений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на: Республиканской конференции «Актуальные вопросы в области технических и социально-экономических наук» (Ташкент, 2009), VI международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов» (Харьков, 2009), Республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы химической технологии нефтегазовой промышленности» (Карши, 2009), Республиканской научно-практической конференции «Кимёнинг долзарб муаммолари» (Ташкент, 2009), III Республиканской научно-практической конференции, посвященной 80-летию академика Ганиева А.Г. «Актуальные проблемы аналитической химии» (Термез, 2010), Международной научно-технической конференции «Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития» (Навои, 2010), Научно-практической конференции молодых ученых «Умидли кимёгарлар - 2011» (Ташкент, 2011), Научно-практической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Ургенч, 2011), на научном семинаре специализированного совета при Институте общей и неорганической химии АН РУз (Ташкент, 2011).

Опубликованность результатов. По материалам диссертационной работы опубликованы 4 научные статьи и 9 тезисов докладов и статей в сборниках трудов.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 118 страницах компьютерного текста, включает 19 рисунков и 25 таблиц. Список использованной литературы состоит из 137 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, отмечена научная и практическая значимость.

Первая глава представляет собой анализ литературы по состоянию вопроса в области переработки пыли цементных заводов, их влиянию на экологическую обстановку регионов, приведены сведения по получению жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений, роли кальция в жизнедеятельности сельскохозяйственных культур.

Во второй главе описываются методики проведения экспериментов, выполнения химических анализов, определения физико-химических свойств и проведения исследований, а также дается характеристика исходного сырья.

Третья глава посвящена исследованию процесса разложения пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой с получением жидких и гранулированных азотно-кальциевых удобрений.

Сущность разрабатываемой технологии переработки пыли клинкерообжигательных печей заключается в ее разложении азотной кислотой, отделении нерастворимого осадка от продукционного раствора, переработке полученного раствора на готовые продукты.

Результаты исследований влияния нормы азотной кислоты на состав жидкой и твердой фаз, степень перехода компонентов в раствор при переработке пыли клинкерообжигательных печей представлены в таблице 1.

Таблица 1Влияние нормы азотной кислоты на состав фаз, образующихся при разложении пыли клинкерообжигательны печей при времени 30 мин, температуре 40 °C и концентрации азотной кислоты 57,5 %

Норма HNO3, %	Состав жидкой фазы, масс. %	Ж:Т	Состав твердой фазы, масс. %
	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3	NO3-		K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3
100	1,04	1,10	14,94	0,56	0,60	45,44	19,27	0,84	0,46	11,31	5,98	13,41
110	0,97	1,02	13,85	0,51	0,59	46,27	20,82	0,74	0,46	10,83	5,95	12,73
120	0,90	0,95	12,93	0,48	0,58	46,99	22,36	0,66	0,45	10,12	5,89	12,14
130	0,85	0,89	12,12	0,45	0,56	47,62	23,91	0,60	0,45	9,39	5,82	11,70
140	0,80	0,84	11,41	0,43	0,53	48,17	25,45	0,53	0,44	8,80	5,73	11,44
150	0,75	0,79	10,78	0,41	0,51	48,66	27,00	0,48	0,43	8,03	5,55	11,23
160	0,72	0,75	10,23	0,40	0,49	49,09	28,55	0,45	0,42	7,11	5,25	11,01
170	0,68	0,71	9,73	0,39	0,47	49,48	30,09	0,43	0,41	6,40	4,83	10,76
180	0,65	0,67	9,28	0,40	0,46	49,83	31,64	0,40	0,40	5,65	4,16	10,56
190	0,62	0,64	8,88	0,40	0,44	50,15	33,18	0,39	0,38	4,62	3,35	10,29
200	0,59	0,62	8,52	0,42	0,43	50,44	34,73	0,36	0,35	3,39	2,09	10,06

Анализ данных таблицы 1 показывает, что максимальная степень перехода K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ при норме азотной кислоты 200 % составляет 97,69; 97,85; 98,49; 83,36; 46,41%, соответственно.

С увеличением нормы азотной кислоты степень перехода K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ в жидкую фазу возрастает, хотя и очень незначительно. Основная часть K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ переходит в раствор уже при норме 100-110 %. Дальнейшее увеличение нормы азотной кислоты приводит к незначительному повышению степени перехода K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ в раствор по сравнению со 110 %-ной нормой азотной кислоты на 0,55; 0,03; 0,33; 0,92; 9,93 % при норме - 120 %, на 1,72; 0,17; 1,30; 6,14; 24,97 % при норме - 150 % и на 2,54; 0,68; 3,48; 8,96; 44,49 % при норме - 200 %.

С целью минимизации расхода тепла на обогрев реактора были проведены исследования по установлению минимальной температуры, обеспечивающей приемлемую степень разложения пыли клинкерообжигательных печей. В результате проведенных экспериментов было выявлено, что температура процесса оказывает заметное влияние на степень перехода K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ в жидкую фазу (табл. 2) (норма азотной кислоты 110 %, продолжительность реакции - 30 мин).

Таблица 2Влияние температуры реакции взаимодействия азотной кислоты и пыли клинкерообжигательных печей на состав жидкой фазы

Темпе-ратура, °С	Состав жидкой фазы, масс. %	Степень перехода в раствор, отн.%
	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3	NO3-	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3
20	0,92	0,94	11,63	0,44	0,53	43,14	89,48	86,99	74,57	39,64	25,47
25	0,94	0,98	12,26	0,46	0,54	43,01	91,35	91,66	80,39	42,68	27,15
30	0,95	1,00	12,78	0,47	0,56	42,78	93,22	94,15	85,26	45,72	28,84
35	0,96	1,01	13,12	0,49	0,58	42,41	94,07	95,40	88,39	48,76	30,53
40	0,96	1,01	13,35	0,51	0,59	41,98	94,43	96,11	90,57	51,80	32,22
45	0,96	1,02	13,51	0,52	0,60	41,52	95,00	96,73	92,00	52,79	33,23
50	0,97	1,02	13,62	0,52	0,61	41,08	95,56	97,35	93,00	53,78	34,24
55	0,97	1,03	13,69	0,53	0,62	40,66	95,93	97,67	93,71	54,77	35,25
60	0,97	1,03	13,79	0,53	0,63	40,25	96,29	98,00	94,59	55,76	36,27

Как видно из таблицы 2 с повышением температуры разложения пыли клинкерообжигательных печей степень извлечения катионов металлов увеличивается, что объясняется увеличением скорости взаимодействия исходных регентов с увеличением температуры.

Необходимо обратить внимание на содержание NO₃^--иона в жидкой фазе. С повышением температуры его содержание в жидкой фазе снижается. Это явление может быть объяснено только с точки зрения увеличения степени разложения азотной кислоты с повышением температуры.

Исследование влияние продолжительности реакции взаимодействия пыли клинкерообжигательных печей с азотной кислотой (норма азотной кислоты - 110 %) показало, что основное количество составляющих пыль клинкерообжигательных печей катионов металлов переходит в раствор в первые 10-20 мин (таблица 3).

Таблица 3Влияние продолжительности реакции взаимодействия азотной кислоты и пыли клинкерообжигательных печей на состав жидкой фазы

Время взаимо-действия, мин	Состав жидкой фазы, мас. %	Состав твердой фазы, мас. %
	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3	NO3-	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3
Температура процесса разложения - 20°С
10	0,67	0,70	7,33	0,30	0,37	43,33	2,75	2,86	58,61	4,14	6,94
20	0,85	0,87	10,12	0,38	0,45	43,20	1,57	1,83	44,21	4,38	7,80
30	0,92	0,94	11,62	0,44	0,53	43,14	1,12	1,42	38,15	5,03	9,32
60	0,96	1,00	13,75	0,53	0,64	43,09	0,80	0,86	13,02	5,61	11,71
Температура процесса разложения - 40°С
10	0,83	0,91	9,34	0,37	0,43	43,27	1,45	1,12	41,91	3,57	6,41
20	0,92	0,99	12,15	0,46	0,52	42,38	0,85	0,59	23,16	3,55	7,06
30	0,96	1,01	13,34	0,51	0,59	41,98	0,60	0,43	14,24	4,02	8,48
60	0,98	1,02	14,01	0,55	0,66	41,60	0,47	0,40	7,60	5,21	11,21
Температура процесса разложения - 60°С
10	0,90	0,98	11,72	0,45	0,52	42,38	0,85	0,51	22,08	2,88	5,68
20	0,96	1,02	13,28	0,52	0,59	40,91	0,45	0,29	11,33	2,97	6,36
30	0,97	1,03	13,78	0,53	0,63	40,25	0,41	0,23	8,23	3,69	7,97
60	0,99	1,03	14,11	0,56	0,67	39,86	0,31	0,24	5,35	5,08	11,02

Последний изученный параметр - это концентрация азотной кислоты. Что же касается степени перехода компонентов пыли клинкерообжигательных печей в жидкую фазу, то она увеличивается с увеличением концентрации азотной кислоты. С учетом того, что промышленностью Республики Узбекистан производится кислота с концентрацией 55-60 %, наиболее целесообразно использовать подобную кислоту без ее разбавления.

Таким образом, оптимальными условиями процесса разложения пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой следует считать следующие: норма азотной кислоты - 100-110 %, температура процесса разложения - 30-40°С, продолжительность реакции - 25-30 мин, концентрация азотной кислоты - 55-60 %. При этом степень перехода K₂O; Na₂O; CaO; Fe₂O₃ и Al₂O₃ в раствор составит, 94,6-95,3; 97,1-97,2; 95,0-95,2; 52,3-52,4; 28,5-32,1%, соответственно.

Одним из узких мест процесса переработки пыли клинкерообжигательных печей является стадия отделения нерастворимого осадка. Результаты исследований влияния нормы азотной кислоты на скорость фильтрации как по раствору, так и по сухому остатку при переработке пыли клинкерообжигательных печей представлены на рис. 1 и 2

Анализ рис. 1 показывает, что максимальная скорость фильтрации по раствору и по сухому остатку при норме азотной кислоты 100 % составляет соответственно 74,61 и 35,04 кг/м²·ч. С увеличением нормы азотной кислоты скорость фильтрации по раствору и по сухому остатку падает и весьма значительно. Увеличение нормы азотной кислоты приводит к снижению скорость фильтрации по сравнению со 110 %-ной нормой азотной кислоты, соответственно, на 0,95 и 14,24 % при норме - 120 %, на 6,37 и 38,64 % при норме - 150 % и на 35,50 и 49,15 % при норме - 200 %.

Значит, с повышением нормы азотной кислоты скорость фильтрации по раствору и по сухому остатку падает достаточно сильно. В связи с этим норму азотной кислоты при разложении не следует повышать более 100-110%.

Исследование влияния продолжительности реакции взаимодействия пыли клинкерообжигательных печей с азотной кислотой (норма азотной кислоты - 110 %) показало, что с увеличением продолжительности процесса разложения скорость фильтрации падает (рис. 2). Этот факт может объясняться увеличением степени разложения пыли клинкерообжигательных печей и образованием большого количества более мелких частиц.

Как видно из рис. 2 с повышением температуры разложения пыли клинкерообжигательных печей скорость фильтрации снижается. Так, по сравнению со скоростью фильтрации по раствору и по сухому остатку при 20 °С, в среднем, с увеличением температуры на 20 °С скорость фильтрации по раствору и по сухому остатку снижается, соответственно, на 19,39 и 19,33 % (при увеличении температуры с 20 до 40 °С) и на 15,85 и 14,96% (при увеличении температуры с 40 до 60 °С). Надо отметить также тот факт, что скорость фильтрации снижается по мере протекания реакции. Так, например, по мере протекания реакции скорость фильтрации по раствору и по сухому остатку снижается при 40 °С, с 89,19 и 32,31 кг/м²·ч через 10 мин до 78,68 и 31,35 кг/м²·ч через 20 мин, до 73,95 и 29,56 кг/м²·ч через 30 мин и до 69,22 и 22,48 кг/м²·ч через 60 мин, соответственно.

C достаточной долей уверенности можно считать, что между степенью перехода компонентов пыли клинкерообжигательных печей в азотнокислотную вытяжку и скоростью фильтрации существует обратная зависимость.

Таким образом, оптимальными условиями процесса разложения пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой с точки зрения фильтрации пульпы являются: норма азотной кислоты - 100-110%, температура процесса - 30-40 °С, продолжительность реакции - 25-30 мин, концентрация азотной кислоты - 55-60%. При этом скорость фильтрации пульпы по раствору составит 74,0-90,0 кг/м²·ч и 30,0-32,5 кг/м²·ч по сухому остатку. Однако, такая скорость фильтрования является не приемлемой с точки зрения технологичности.

В связи с этим был поставлен ряд экспериментов по изучению процесса осветления пульпы методом отстаивания. Выбор метода отстаивания связан с предположением о достаточно большой скорости осаждения нерастворимых частиц, а также о простоте оборудования отстойника.

Осветление идет наиболее интенсивно в первые 48 часов, затем скорость осаждения частиц уменьшается. Так, степень осветления при 20 °С при нормах азотной кислоты 100, 110 и 120 % через 48 часов достигает, соответственно, 53,26; 59,32 и 66,42 % от значений, достигаемых за 240 часов; при 40 °С эти показатели составляют, 66,06; 69,46 и 73,49%; а при 60 °С - 73,04; 76,80 и 73,74%, соответственно.

При увеличении нормы азотной кислоты на 10%, т.е. со 100 до 110% степень осаждения при 20, 40 и 60 °С увеличивается, в среднем, в 1,50, 1,34 и 1,31 раза, соответственно. Увеличение скорости осветления с увеличением нормы азотной кислоты связано с увеличением количества жидкой фазы. Относительное снижение прироста степени осветления с увеличением температуры обусловлено более сильным влиянием температуры, нежели нормы азотной кислоты. Тем не менее, степень осветления при 40 °С за 10 суток не превышает 11,52 %.

Таким образом, проведенные исследования показали, что ни отстаивание, ни фильтрация не являются технологически приемлемыми способами разделения фаз, образующихся при разложении пыли клинкерообжигательных печей азотной кислотой.

В связи с этим были проведены эксперименты по разделению фаз методом центрифугирования. Наиболее интенсивно центрифугирование протекает в первые 5 минут. При этом сгущение при норме азотной кислоты 100; 110 и 120 % через 5 минут составляет, 66,48; 54,58 и 46,78% от исходного, через 10 минут - 86,35, 77,44 и 73,39%, а через 15 минут - 91,28; 89,68; 87,70%, соответственно. Большие показатели степени осветления при более низких нормах азотной кислоты связаны, вероятнее всего с тем, что с увеличением нормы азотной кислоты увеличивается степень разложения пыли клинкерообжигательных печей, увеличивается количество мелкодисперсных частиц, трудно осаждаемых при любых условиях. Проведенные опыты показали, что температура незначительно влияет на степень разделения фаз. Разница в соотношении Ж:Т не превышает 1-2 %. Поэтому центрифугирование можно проводить при любой температуре.

Как видно из табл. 1, в составе азотнокислотной вытяжки остается 0,48-0,56 % Fe₂O₃ и 0,58-0,60 % Al₂O₃. Данные элементы не относятся к питательным, поэтому их присутствие в азотнокислотной вытяжке нежелательно. Их необходимо удалить. Кроме того, рН кислой вытяжки ниже минус 1, поэтому ее применение в качестве удобрения просто невозможно. В связи с этим ее необходимо нейтрализовать.

При нейтрализации азотнокислотной вытяжки до рН 3 степень перехода железа и алюминия в осадок не превышает 30% (табл. 4).

Таблица 4 Влияние рН при аммонизации на состав жидкой фазы азотнокислотной вытяжки. Концентрация азотной кислоты - 57,5 масс. %.

рН	Химический состав жидкой фазы, масс. %
	K2O	Na2O	CaO	Fe2O3	Al2O3	NH4+	NO3-
Норма азотной кислоты - 100 отн. %
-1,12	1,04	1,10	14,94	0,56	0,60	0,00	45,44
2,42	1,04	1,10	14,92	0,51	0,58	0,16	45,37
3,35	1,04	1,10	14,91	0,40	0,49	0,22	45,35
4,26	1,04	1,10	14,90	0,12	0,29	0,27	45,32
5,00	1,04	1,10	14,89	0,04	0,12	0,32	45,30
6,08	1,04	1,10	14,88	0,02	0,04	0,40	45,27
Норма азотной кислоты - 110 отн. %
-1,19	0,97	1,02	13,85	0,51	0,59	0,00	46,27
2,46	0,96	1,01	13,77	0,44	0,53	0,64	46,01
3,36	0,96	1,01	13,75	0,32	0,42	0,87	45,92
4,21	0,96	1,01	13,72	0,08	0,22	1,09	45,83
5,02	0,96	1,01	13,69	0,03	0,08	1,30	45,75
6,11	0,96	1,01	13,66	0,01	0,02	1,58	45,64
Норма азотной кислоты - 120 отн. %
-1,25	0,90	0,95	12,93	0,48	0,58	0,00	46,99
2,47	0,89	0,94	12,82	0,39	0,48	0,93	46,58
3,32	0,89	0,94	12,78	0,25	0,34	1,27	46,43
4,20	0,89	0,94	12,74	0,05	0,16	1,59	46,30
5,07	0,88	0,93	12,70	0,02	0,05	1,89	46,16
6,19	0,88	0,93	12,65	0,01	0,01	2,30	45,99

При увеличении рН до 4 около 70-80 % железа и 45-65 % алюминия переходят в осадок. Практически полностью соединения железа и алюминий переходят в осадок при рН 6-7. Влияние нормы азотной кислоты, взятой для разложения пыли клинкерообжигательных печей, на степень осаждения соединений железа и алюминия незначительно, однако при равных рН с увеличением нормы кислоты степень осаждения как железа, так и алюминия возрастает, что может быть обусловлено разбавлением реакционной смеси, снижением вязкости, увеличением степени взаимодействия ионов.

Как видно из табл. 4, с увеличением рН в составе жидкой фазы несколько снижается содержание остальных компонентов, что естественно объясняется введением аммиака. По сравнению с кислой пульпой осветление идет наиболее интенсивно в первые 24 часа, затем скорость осаждения частиц уменьшается.

Так, степень осветления при 20 °С при нормах азотной кислоты 100 и 110 % через 24 часа достигает 53,26 и 59,32% от значений, достигаемых за 120 часов; при 40 °С эти показатели составляют соответственно 66,06 и 69,46 %; а при 60 ° - 75,28 и 76,80%, соответственно. При увеличении нормы азотной кислоты на 10 %, т.е. со 100 до 110 % степень осаждения при 20; 40 и 60 °С увеличивается в среднем, соответственно, в 1,43; 1,27 и 1,29 раза. Увеличение скорости осветления с увеличением нормы азотной кислоты связано с увеличением количества жидкой фазы. Относительное снижение прироста степени осветления с увеличением температуры обусловлено более сильным влиянием температуры, нежели нормы азотной кислоты.

Таким образом, скорость осветления пульпы при ее предварительной нейтрализации увеличивается практически в 2 раза, а степень осветления при 40 °С за 5 суток достигает 10,78 и 13,37%. При этом, хоть и предварительная нейтрализация увеличивает скорость осветления пульпы, но указанная степень осветления не может считаться технологически приемлемой. В связи с этим, единственным способом осветления пульпы является центрифугирование.

Для подбора технологической схемы и оборудования, а также установления пригодности существующего оборудования для производства жидких азотно-кальциевых удобрении (ЖАКУ) необходимо знать реологические свойства образующихся пульп и плавов.

В интервале температур 20-60 °С плотность кислых пульп составляет 1,285-1,565 г/см³ (табл. 5). С увеличением температуры плотность растворов равномерно снижается. Зависимость плотности от температуры линейная. В среднем при увеличении температуры на 10 °С плотность снижается на 0,35%. Причем эта цифра остается постоянной для всех использованных концентраций азотной кислоты, хотя при постоянной концентрации с изменением нормы этот показатель колеблется в пределах 0,32-0,38 %. Плотность увеличивается с увеличением концентрации азотной кислоты. В среднем при увеличении концентрации азотной кислоты на 10 % плотность увеличивается на 7,18%. Причем с увеличением концентрации азотной кислоты с 40 до 50% плотность в среднем увеличивается на 6,41%, а при увеличении концентрации азотной кислоты с 50 до 60% - на 7,94%. При этом надо отметить, что эта цифра меняется с изменением нормы азотной кислоты.

Что же касается вязкости, то тут надо отметить следующее. Вязкость растворов в изученном интервале норм и концентраций азотной кислоты колеблется в пределах 1,16-4,97 мПа·с. С увеличением температуры вязкость растворов снижается. При увеличении температуры на 10 °С с 20 до 30°С вязкость снижается на 17,86 %, что в интервале температур 20-60 °С плотность нейтрализованных растворов составляет 1,160-1,580 г/см³.

Таблица 5Реологические свойства кислых растворов ЖАКУ-1

Норма HNO3, %	Плотность, г/см3	Вязкость, мПа·с
	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С
Концентрация азотной кислоты - 45 отн. %
100	1,396	1,393	1,388	1,382	1,376	3,31	2,70	2,26	1,94	1,69
110	1,387	1,383	1,378	1,373	1,367	3,13	2,55	2,14	1,84	1,61
120	1,379	1,375	1,371	1,365	1,359	2,98	2,44	2,05	1,76	1,54
130	1,371	1,368	1,364	1,358	1,352	2,85	2,33	1,97	1,69	1,49
150	1,359	1,356	1,352	1,347	1,341	2,65	2,17	1,83	1,58	1,39
200	1,340	1,337	1,333	1,329	1,323	2,35	1,93	1,64	1,42	1,26
Концентрация азотной кислоты - 50 отн. %
100	1,442	1,438	1,434	1,428	1,421	3,63	2,97	2,50	2,15	1,88
110	1,431	1,428	1,423	1,417	1,411	3,41	2,79	2,35	2,03	1,78
120	1,422	1,419	1,414	1,409	1,403	3,24	2,66	2,24	1,94	1,70
130	1,415	1,411	1,407	1,401	1,395	3,09	2,54	2,15	1,86	1,63
150	1,401	1,398	1,394	1,389	1,383	2,85	2,35	1,99	1,73	1,53
200	1,380	1,377	1,373	1,369	1,363	2,51	2,08	1,77	1,54	1,37
Концентрация азотной кислоты - 55 отн. %
100	1,508	1,504	1,499	1,492	1,485	4,35	3,56	2,99	2,58	2,26
110	1,495	1,491	1,486	1,480	1,473	4,04	3,31	2,80	2,42	2,12
120	1,484	1,480	1,475	1,469	1,463	3,81	3,13	2,65	2,29	2,02
130	1,474	1,470	1,466	1,460	1,454	3,60	2,97	2,51	2,18	1,92
150	1,458	1,454	1,450	1,445	1,438	3,29	2,71	2,31	2,01	1,77
200	1,433	1,429	1,425	1,420	1,415	2,84	2,35	2,01	1,76	1,56
Концентрация азотной кислоты - 60 отн. %
100	1,565	1,561	1,556	1,549	1,542	4,97	4,07	3,44	2,97	2,61
110	1,550	1,546	1,541	1,535	1,528	4,59	3,78	3,19	2,76	2,44
120	1,538	1,534	1,529	1,523	1,516	4,30	3,54	3,01	2,61	2,30
130	1,527	1,523	1,518	1,513	1,506	4,05	3,34	2,84	2,47	2,19
150	1,509	1,505	1,501	1,495	1,489	3,66	3,04	2,59	2,26	2,00
200	1,481	1,477	1,473	1,468	1,462	3,12	2,60	2,23	1,95	1,74

С увеличением температуры плотность растворов равномерно снижается. Зависимость плотности от температуры практически линейная. В среднем при увеличении температуры на 10 °С плотность снижается на 0,50-0,55%. Причем эта цифра увеличивается с увеличением концентрации использованной азотной кислоты: для кислоты с концентрацией 40 % при это объясняется увеличением солесодержания в нейтрализованном растворе с увеличением концентрации кислоты.

Плотность нейтрализованных растворов увеличивается с повышением концентрации азотной кислоты (табл. 6).

Таблица 6Реологические свойства аммонизированных растворов ЖАКУ-1

...

Норма HNO3, %	Плотность, г/см3	Вязкость, мПа·с
	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С	20°С	30°С	40°С	50°С	60°С
Концентрация азотной кислоты - 45 отн. %
100	1,412	1,407	1,401	1,394	1,386	3,12	2,59	2,20	1,92	1,70
110	1,399	1,394	1,388	1,380	1,372	2,87	2,39	2,05	1,79	1,60
120	1,388	1,383	1,377	1,369	1,361	2,67	2,23	1,92	1,70	1,52
130	1,379	1,373	1,367	1,359	1,351	2,50	2,10	1,82	1,61	1,45
150	1,362	1,357	1,350	1,342	1,333	2,25	1,91	1,66	1,48	1,34
200	1,338	1,332	1,325	1,317	1,308	1,91	1,63	1,44	1,30	1,19
Концентрация азотной кислоты - 50 отн. %
100	1,452	1,447	1,440	1,433	1,425	3,36	2,79	2,39	2,09	1,86
110	1,437	1,432	1,425	1,418	1,409	3,06	2,56	2,20	1,94	1,74
120	1,425	1,420	1,413	1,405	1,396	2,83	2,38	2,06	1,83	1,65
130	1,415	1,409	1,402	1,394	1,385	2,64	2,23	1,94	1,73	1,57
150	1,397	1,391	1,384	1,376	1,366	2,36	2,01	1,76	1,58	1,44
200	1,371	1,364	1,357	1,348	1,338	1,97	1,70	1,51	1,37	1,27
Концентрация азотной кислоты - 55 отн. %
100	1,521	1,516	1,509	1,501	1,492	4,04	3,36	2,88	2,52	2,25
110	1,502	1,497	1,490	1,482	1,473	3,62	3,04	2,62	2,31	2,08
120	1,487	1,482	1,475	1,466	1,457	3,31	2,79	2,43	2,15	1,95
130	1,474	1,468	1,461	1,452	1,443	3,05	2,59	2,26	2,02	1,84
150	1,452	1,446	1,438	1,429	1,419	2,68	2,29	2,02	1,82	1,67
200	1,420	1,413	1,404	1,395	1,385	2,18	1,89	1,69	1,54	1,43
Концентрация азотной кислоты - 60 отн. %
100	1,580	1,575	1,568	1,559	1,550	4,57	3,82	3,29	2,90	2,59
110	1,559	1,553	1,545	1,537	1,527	4,06	3,42	2,96	2,63	2,38

Подобные документы

• Безотходная переработка отходов серной кислоты для получения удобрений

  Виды и характеристика удобрений из отработанной серной кислоты. Эффективность азотных удобрений и пути ее повышения. Особенности фосфорных удобрений. Удобрение из осадков сточных вод. Процесс выделения алюминия и других металлов из зольной пыли.
  
  курсовая работа [179,0 K], добавлен 11.10.2010
  

• Выделение германия из колошниковой пыли цинковых плавильных печей

  Технологическое описание процесса выделения германия из колошниковой пыли цинковых плавильных печей при изучении особенностей доменного процесса, состава выбросов и системы отчистки доменного газа. Влияние доменной шихты на качество колошниковой пыли.
  
  реферат [327,3 K], добавлен 11.10.2010
  

• Утилизация обжиговой пыли для получения цемента

  Образование пыли при производстве цемента, экономическая необходимость ее регенерации. Получение цемента из обжиговой пыли и остатков товарного бетона. Экологический мониторинг атмосферного воздуха в зонах загрязнения отходами цементного производства.
  
  курсовая работа [270,8 K], добавлен 11.10.2010
  

• Технология производства удобрений из шлаков

  Строение и свойства топливных шлаков. Агломерированные шлаки и золы. Способы механизированного получения шлаковой пемзы. Производство удобрений из шлаков. Способы получение комплексных удобрений. Основные недостатки смесей из пористых материалов.
  
  реферат [167,6 K], добавлен 14.10.2011
  

• Проектирование цеха и технологии получения триоксида молибдена в условиях Сорского месторождения медно-молибденовых руд

  Свойства и применение молибдена, характеристика сырья для его получения. Окислительный обжиг молибденитовых концентратов. Разложение азотной кислотой. Выбор и технико-экономическое обоснование предлагаемой технологии получения триоксида молибдена.
  
  курсовая работа [148,8 K], добавлен 04.08.2012
  

• Вторичная переработка зольной пыли для получения пуццолана

  Изучение основных направлений использования зольной пыли, которая является наиболее важным из продуктов сгорания угля и используется в качестве добавки к цементу, заменяя некоторую его часть для производства бетона. Получение пуццолана из зольной пыли.
  
  контрольная работа [193,7 K], добавлен 11.10.2010
  

• Процесс производства стали в электропечах

  Принцип работы и назначение электроплавильных печей, их разновидности и применение для выплавки конструкционных сталей ответственного назначения. Спецификация и отличительные особенности печей сопротивления, дуговых и индукционных, плазменных печей.
  
  реферат [426,9 K], добавлен 04.06.2009
  

• Повышение эффективности работы систем пылеулавливания прокалочных печей ОАО "РУСАЛ Новокузнецк"

  Основные физико-химические свойства пыли. Оценка пылеулавливания батарейного циклона БЦ 250Р 64 64 после модернизации. Анализ метода обеспыливания газов для обеспечения эффективного улавливания с использованием физико-химических свойств коксовой пыли.
  
  дипломная работа [2,0 M], добавлен 09.11.2014
  

• Технологический процесс производства шамотных насадочных изделий марки ШН-38 для футеровки регенераторов мартеновских печей

  Подбор сырья и технологических параметров производства шамотных насадочных изделий марки ШН-38 для футеровки регенераторов мартеновских печей. Расчет материального баланса и выбор основного оборудования. Описание автоматизации технологического процесса.
  
  дипломная работа [1,0 M], добавлен 11.03.2012
  

• Расчет схемы очистки пылей, образующихся на свинцовом производстве

  Анализ схем очистки пылей, образующихся на свинцовом производстве. Токсичность свинцовой пыли. Характеристика эксплуатационных показателей пылеулавливающего оборудования. Расчет размеров аппаратов, используемых для очистки выбросов от свинцовой пыли.
  
  курсовая работа [251,4 K], добавлен 19.04.2011
  

• Производство и применение фосфорных удобрений

  Производство фосфорной кислоты, фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов. Применение фосфорных удобрений, химический состав. Вынос питательных веществ урожаем основных культур. Внесение в почву удобрений для оптимизации питания растений.
  
  контрольная работа [95,6 K], добавлен 11.05.2009
  

• Трубчатые вращающиеся печи

  Основные характеристики и конструкция трубчатых вращающихся печей. Тепловой и температурный режимы работы вращающихся печей. Основы расчета ТВП. Сущность печей для окислительного обжига сульфидов. Печи глиноземного производства (спекание и кальцинация).
  
  курсовая работа [693,6 K], добавлен 04.12.2008
  

• Проект установки для переработки жидких отходов коксохимического производства

  Характеристика коксохимического производства ОАО "ЕВРАЗ ЗСМК". Установка утилизации химических отходов. Определение количества печей в батарее. Технология совместного пиролиза угольных шихт и резинотехнических изделий. Утилизация коксохимических отходов.
  
  дипломная работа [697,3 K], добавлен 21.01.2015
  

• Печи для автогенной плавки меди

  Виды печей для автогенной плавки. Принцип работы печей для плавки на штейн. Тепловой и температурный режимы работы печей для плавки на штейн. Принцип работы печей для плавки на черновую медь. Деление металлургических печей по технологическому назначению.
  
  курсовая работа [93,9 K], добавлен 04.12.2008
  

• Производство алюминия из вторичного сырья

  Технология плавки цветных металлов. Техника безопасности при производстве алюминия из вторичного сырья. Альтернативные способы получения алюминия из вторсырья. Использование индукционной тигельной и канальной печей. Применение электродуговых печей.
  
  курсовая работа [722,3 K], добавлен 30.09.2011
  

• Технология обработки конструкционных материалов

  Основы металлургического производства. Производство чугуна и стали. Процессы прямого получения железа из руд. Преимущество плавильных печей. Способы повышения качества стали. Выбор метода и способа получения заготовки. Общие принципы выбора заготовки.
  
  курс лекций [5,4 M], добавлен 20.02.2010
  

• Технологический процесс получения отливки "Опора" специальным способом литья

  Химический состав сплава АК9. Анализ возможных способов получения отливки. Описание технологических литейных указаний. Разработка конструкции модельно-литниковой оснастки и технологических этапов производства отливки. Материал деталей пресс-формы.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 08.01.2014
  

• Извлечение кадмия из колошниковой пыли

  Технологические этапы процесса извлечения кадмия из колошниковой пыли: рафинирование цинка, плавка цинковых и легкоплавких цинков и извлечение кадмия из установок для рафинирования цинка. Метод вакуумный дистилляции получения кадмия высокой частоты.
  
  реферат [102,0 K], добавлен 11.10.2010
  

• Технология производства минеральной ваты и изделия из неё

  Анализ свойств минеральной ваты. Описание печей для получения силикатного расплава. Изучение способов переработки расплава в волокно. Связующие вещества и методы смешивания их с минеральной ватой. Расчёт состава шихты для производства минеральной ваты.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 08.11.2013
  

• Конструкция, методика расчёта нагревательных и термических печей для сортового проката

  Общая характеристика нагревательных печей. Печи для нагрева слитков (нагревательные колодцы). Тепловой и температурный режимы. Режимы термической обработки. Определение размеров печей. Печи для термической обработки сортового проката. Конструкция печей.
  
  курсовая работа [44,3 K], добавлен 29.10.2008
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам