Одержання Лангбейнітового концентрату з Галіто-лангбейнітового залишку калійних руд Прикарпаття

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 5 статей і 4 тез доповідей.

Структура та обсяг роботи Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку літератури, який включає 120 джерел. Робота викладена на 130 сторінках машинописного тексту, містить 9 рисунків, 33 таблиці.

 

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, визначено основну її мету та завдання, які необхідно було вирішити. Наведена наукова новизна, практичне значення отриманих результатів дослідження.

В першому розділі “Огляд літератури” наводиться стисла характеристика полімінеральних калійних руд головних родовищ Прикарпаття, на підставі якої робиться висновок про переважаючий вміст лангбейніту в рудах перспективних для розробки родовищ. Отже, за існуючою галургійною технологією переробки таких руд кількість галіто-лангбейнітового залишку неминуче буде зростати.

Проаналізовано існуючі методи переробки калійних руд та галіто-лангбейнітового залишку. Показано, що вони або не забезпечують одержання безхлоридних кінцевих продуктів, або передбачають низький їх вихід. Зазначені недоліки існуючих методів зумовили вибір у цій роботі екстракційного способу одержання безхлоридного лангбейнітового концентрату з ГЛЗ із використанням селективних екстрагентів для вибіркового вилучення хлориду натрію з нього.

Другий розділ присвячений вибору найефективнішого екстрагента галіту з ГЛЗ з низки найбільш розповсюджених в калійній промисловості і доступних екстрагентів, а саме: води, 15% -ого водного розчину хлориду натрію, виробничого розведеного розчину, а також водно-органічних розчинників на основі МЕА – сульфату та хлориду моноетаноламонію. Концентрацію органічного компонента в розчиннику змінювали в таких межах (мас. %) : для сульфату моноетаноламонію – 43…73, для хлориду моноетаноламонію – 32…48. Встановлено, найкращі показники процесу екстрагування забезпечує 32% -ий водний розчин хлориду моноетаноламонію, який дозволяє одержати практично безхлоридний кінцевий продукт (не вище 3% Cl-) та більший його вихід порівняно з іншими екстрагентами. Тому подальші дослідження були спрямовані на визначення оптимальних технологічних умов процесу екстрагування галіту з ГЛЗ за допомогою цього розчинника.

У дослідженнях використовували ГЛЗ Калуського ВАТ “Оріана” такого складу (мас%) : К+- 5, 93; Mg2+- 5, 87; Ca2+- 0, 7; Na+- 16, 18; Cl-- 26, 53; SO2-4- 30, 03; н. з – 0, 6; H2Oгігр- 14, 16 або в перерахунку на мінерали: галіт – 41, 13; каїніт – 11, 05; лангбейніт – 19, 34; кізерит – 14, 41; полігаліт – 4, 22; ангідрит – 0, 48; н. з – 0, 6; H2Oгігр – 8, 77. ГЛЗ попередньо подрібнювали в кульовому млині і класифікували на ситах, використовували фракцію – 1мм. Розчин екстрагента готували нейтралізацією водного розчину моноетаноламіну відповідної концентрації 36% -ою хлоридною кислотою до рН = 7 за реакцією: R-NH2 + HCl -> R-NH3Cl, де R= -CH2-CH2-OH.

Кінетика процесу екстрагування вивчалася в термостатованому скляному, оснащеному дволопатевою мішалкою, реакторі, геометричні симплекси якого відповідали промисловим.

Процес екстрагування вивчали при зміні масового співвідношення між ГЛЗ і екстрагентом в межах Т: Р = 1: 1, 1… 1: 3, 5, температури – 293…333 К та інтенсивності перемішування – Reвідц = 800…1500.

Встановлено, що оптимальним масовим співвідношенням між ГЛЗ і екстрагентом, яке забезпечує кінцевий вміст хлору в одержаному продукті не більше ніж 3%, ступінь вилучення хлориду натрію в рідку фазу понад 96% та вихід продукту за масою 34%, є співвідношення 1: 3. Подальше збільшення цього співівдношення практично не змінює вмісту Сl- в концентраті (рис. 1), але призводить до суттєвого зменшення його виходу, тому саме співвідношення 1: 3 слід вважати оптимальним.

Вивчення кінетики екстрагування йонів хлору і калію з ГЛЗ за різних температур в інтервалі 293…333 показало, що процес значно інтенсифікується з підвищенням температури. Але, зважаючи на те, що мінімальний вміст хлору в одержаному продукті і максимальні виходи продукту за основними компонентами одержуються за температури 293 К, саме її вибрали як оптимальну.

Одержані експериментальні результати процесу екстрагування йонів хлору і калію обробляли за кінетичним рівнянням 1-го порядку:  

та 2-го порядку   Оптимальна тривалість процесу для досягнення рівноважної концентрації насичення розчину за йонами хлору для всіх вивчених температур становить 7-10 хв.

Встановлено, що екстрагування йонів хлору у відсутності перемішування, задовільно описується першим з цих рівнянь, тобто відбувається в дифузійній області, при цьому константи швидкості мають такі середні значення (хв-1) : 0, 33 за 293 К; 0, 36 за 303 К; 0, 39 за 313 К; 0, 32 за 323; 0, 45 за 333 К. Середнє значення температурного коефіцієнта дорівнює 1, 07 і енергії активації кДж/моль – 6, 28+0, 14.

Рівняння 2-го порядку описує екстрагування йонів калію за високої інтенсивності перемішування, тобто процес відбувається в кінетичній області, а константи швидкості мають такі середні значення (хв-1моль-1л) : 0, 23 за 293 К; 0, 33 за 303 К; 0, 47 за 313 К; 0, 65 за 323 К і 0, 88 за 333 К. Середнє значення температурного коефіцієнта дорівнює 1, 41 і енергії активації – 33 +1 кДж/моль (рис 2).

Вивчення процесу за різних гідродинамічних умов показало, що з