Витюгин, Виктор Моисеевич

Житкова, Л. М.

Ножкина, И. Н.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТом 257 1973ОПЫТНО-ПРОМЫШЕННОЕ ОПРОБОВАНИЕ-ВЛИЯНИЯ МИКРОДОБАВОК МАГНИЯ И МАРГАНЦА НА ПРОЦЕСС УКРУПНЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ СУЛЬФАТА АММОНИЯ В САТУРАТОРЕ?6И.Н.Ножкина, Л.М.Житкова, В.М.Витюгин (Представлена научным семинаром кафедры OXT)Крупность кристаллов аммония является одним из важнейших пока­зателей его качества. По новому ГОСТу сульфат аммония первого сорта должен иметь не менее 70$ кристаллов крупнее 0,25 мм. Однако на многих коксохимических заводах, и в частности на Кемеровском, произ­водство сульфата аммония первого сорта затруднено из-за перегруз­ки сатураторов.В период с 1966 по 1970 г .г . объединенным коллективом кафед­ры общей химической технологии Томского политехнического института и Кемеровского коксохимического завода проводились исследования с целью разработки простой и доступной для производства технологии укрупнения сульфата аммония в сатураторном процессе. Основное вни­мание при выборе способа укрупнения кристаллов сульфата аммония было уделено методу микродобавок, как не требующему существенных изменений технологической схемы и режима работы действующего произ­водства и не связанного со значительными капитальными затратами и эксплуатационными расходами. Кроме того, на выбор метода оказал влияние тот факт, ч?о в мировой практике сельского хозяйства в по­следнее время все более.широко используются удобрения с микродо­бавками -  стимуляторами роста растений [з] .Микроэлементы, вносимые в почву с основным удобрением, не толь­ко повышают стойкость растений, входя в состав последних, но, и присутствуя в почве, способствуют развитию полезных для жизнедея­тельности растений микроорганизмов. К числу жизненно важных дляТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГОКРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА ИМ.С.М.КИРОВАПромышленные испытания проводились с участием работников Немерев- ского КХЗ Л.И.Златина,В.Э.Смолякова,А.А.Штейна,А.В.Кузевановой, Г.И.Трондиной.141растений микроэлементов, в частности, относятся двухвалентные ио­ны марганца, магния, никеля, меди и др.Теоретические основы активирующего действия микродобавок ионов перечисленных металлов на рост кристаллов сульфата аммония в усло­виях сатураторного процесса еще недостаточно изучены. Известно, что рост кристаллов происходит в области ограниченной кривой раст­воримости и кривой пресыщения. Чем шире эта область, тем больше возможность для роста кристаллов. Установлено [ I ] , что изменение растворимости сульфата аммония составляет 0,09$ на I 0C. Кристалли­зация сульфата аммония наступает при температуре на 3-4°С ниже, чем это соответствует состоянию насыщения. Предельная пересыщен- ность раствора составляет около 0,3$. Эта и без того малая область роста кристаллов сокращается при наличии в сатураторном растворе производственных загрязнений. В то же время известно [ 2 ]  , что введение в маточный раствор небольших количеств ионов двухвалент­ных металлов, и в том числе ионов магния, марганца, никеля, кобальта, приводит к изменению критического пересыщения раствора, способст­вуя росту кристаллов.На первом этапе исследований нами было опробовано в лаборатор­ных условиях большое количество различных микродобавок солей ме­таллов в основном в виде растворимых сульфатов. Этими опытами [4,5] было установлено, что в условиях сатураторного процесса наибольшую активность проявляют микродобавки сульфатов никеля, мар­ганца, кобальта и магния. Учитыавя сравнительную дороговизну и дефицитность солей никеля и кобальта, для последующих опытов в ла­бораторных и производственных условиях использовали соли магния и марганца.На стадии лабораторных исследований добавку магния вводили в виде раствора сульфата магния, а марганец вводился как в виде раствора чистой соли сернокислого марганца, так и в виде раствора частично восстановленного пиролюзита в серной кислоте и марганец­содержащих щелоков от производства пурпурина из ализарина (отход производства анилинокрасочного завода (АКЗ). Для приготовления модельного сатураторго рассола использовали кристаллический суль­фат аммония Кемеровского коксохимического завода крупностью менее 0,25 мм. Результаты исследований, представленные в табл. I ,  пока­зали, что с использованием в качестве добавки реактивной соли марганца в количестве 0,2$ выход крупного класса возрос на 18$, в виде раствора частично восстановленного пиролюзита в серной142Т а б л и ц а  I  Влияние ионов M g * *  и M n i 4  на ситовой состав сульфата аммонияСр.размер Содержание кристаллов фракции, %зерна на сите, ммБездобавки M g 2* MnSO4 -SI-IqO Mn*Ui MnO2 Д/я из рассолакол-во,% од 0,25 0,5 од 0,15 0,25 0,01 0,02 0,05 од 0,15 0,51,25 5,0 6,3 9Д 7,0 7,4 15,3 14,0 8,2 19,3 16,0 9,0 14,1 15,90,75 18,7 14,3 10,3 24,1 25,2 '24,1 21,3 26,6 27,2 27,2 14,4 20,3 17,00,375 46,2 63,9 68,8 55,7 55,1 50,0 50,7 52,2 46,8 44,7 58,8 54,4 49,2-0,375 30,1 15,8 11,8 13,2 15,5 10,6' 14,0 13,0 6,7 12,f 17,8 11,2 17,9tкислоте -  28$. Анализ маточного раствора и твердого продукта пока­зал, что в кристаллы переходит примерно 5$ вводимой добавки. Содер­жание марганца в сульфате аммония составляло в среднем 90 мг/кг.Для проведения первичных произврдственных опытов были исполь­зованы имевшиеся в наличии шестиводный кристаллогидрат хлористого магния и пятиводная соль сульфата марганца. Опробование проводили в сульфатном отделении Кемеровского коксохимического завода. Добав­ки солей магния и марганца вводились в сатуратор через кастрюлю обратных токов периодически через каждые 30 минут до достижения оптимальной концентрации иона магния и марганца в растворе. Поеле- дутощие добавки подавались с расчетом поддержания постоянной опти­мальной концентрации этих ионов.Постоянно поддерживаемая концентрация добавок составляла в расчете на ион магния"0,5$, а на ион марганца -  0,2$ от количества твердого сульфата аммония в сатураторе. Корректирующие добавки пос­ле достижения нормальной концентрации составляли по магнию 0,05, а по марганцу 0,005$. Соли магния и марганца перед подачей в сату­ратор растворяли в маточном растворе. Анализ крупности кристаллов сульфата аммония производили через каждый час работы. Сульфат аммо­ния дая гранулометрического анализа отбирали с ленточного транспор­тера после центрифуги или после сушилки. Технологический режим ра­боты сатураторов до опытов и во время испытаний практически не из­меняли. Температура в сатураторах поддерживалась в пределах 56-62°С, а кислотность -  5-6$. Длительность испытаний с добавкой магния хлористого -  6 часов,' а с добавкой сульфата марганца -  20 часов.Как следует из результатов кратковременных испытаний, введение до­бавок в сатураторный процесс обеспечивает получение сульфата аммо­ния І-го сорта. Так, при использовании в качестве добавки соли марганца выход крупного класса возрос с 52,8$ до 81,7$ (среднее значение за 14 часов испытаний). Однако, для рекомендации на внедре­ние этого способа укрупнения сульфата аммония в производство необхо­димы были более длительные испытания. Следовало установить эффектив­ность действия добавки на кристаллизацию сульфата аммония при на­личии временных отклонений от нормального режима ,работы сатуратор­ного отделения. Такие испытания были проведены на Кемеровском коксо­химическом заводе в ноябре-декабре 1969 года по методике, аналогич­ной предыдущим испытаниям. Результаты месячных испытаний изложены в табл. 2144Т а б л и ц а  2 Результаты промышленных испытанийJp Дата Средний выход кл.+ 0,25 мм и среднееп.п, отбора содержание марганца в кристалличес Примечани»проб ком продукте за сутки, % _____Сатуратор Je I Сатуратор № 2кл.+0,25 мм сод. Мпг/% кл.+0,25 мм! сод.I ІО/ХІ 34,46 - срвза 2 смены2 11/11 40,63 0,0046 введена до­бавка3 І2/ХІ 41,10 0,0061 коррект.до­бавка ввод, ежечасно4 ІЗ/ХІ 55,70 — 34,2 — коррект.до­бавка ввод, ежесменно5 14/XI 60,19 0,0072 76,52 0,00656 17/XI 54,33 0,0065 69,43 0,00727 18/XI 61,81 0,0051 61,07 0,0078 прекращена подача до­бавки8 19/XI 55,68 0,0065 57,16 0,00589 21/XI 73,20 0,0062 65,71 0,0068 введена до­бавкаIO 24/XI 71,80 0,0072 72,71 0,0074 коррект.до­бавка ввод, ежесменноI I 25/XI 88,97 0,0070 72,83 0,0075 «12 26/XI 72,78 0,0058 72,44 0,0082 ?»13 27/XI 87,02 0,0079 57,74 0,0072 и14 28/XI 80,80 0,0079 66,98 0,0072 It15 І/ХП 65,90 0,0072 70,03 0,0072 It16 2/ХП 85,82 0,0072 45,16 0,0072 и17 3/ХП 83,46 0,0072 63,32 0,0086 1»18 4/ХП 80,56 0,0072 - - Il19 9/ХП “ 52,12 0,0072 подачу до­бавки пре­кратили20 І0/ХП 66,24 0,0072 56,76 0,0072145Данные опытно-промышленных испытаний (табл 2) несомненно свидетельствуют об улучшении гранулометрического состава сульфата аммония, кристаллизуемого в присутствии соли марганца. Эффективное воздействие добавки на процесс кристаллизации сульфата аммония оказалось на 4-е сутки после введения марганца в цикл, при достиже­нии концентрации марганца в растворе 0,0002#, содержание его в кристаллическом продукте составило 0,007#. Для сатуратора Jfe 4 выход класса + 0,25 мм средний за две смены составлял до введения добав­ки 36,46#. В течение всего времени испытаний выход крупного класса колебался в пределах 63-76#. Для сатуратора Jfe I  выход класса + 0,25мм до достижения оптимальной концентрации марганца в растворе состав­лял в среднем 57,5#, за время кристаллизации с оптимальной добавкой он составлял 72-68#.Таким образом, проведенные длительные опытно-промышленные испытания показали, что в условиях работы цехов при наличии времен­ных отклонений от нормального режима работы сатураторов добавка . марганца способствует улучшению гранулометрического состава суль­фата аммония.Очевидна целесообразность комбинирования предлагаемого метода с другими методами интенсификации процесса кристаллизации сульфа­та аммония. Базировать производство сульфата аммония на добавках магния или марганца в виде чистых солей вряд ли целесообразно.Сырьем для получения магниевой добавки может быть магнезитовый концентрат или жженая магнезия. Перед вводом в сатуратор эти ма­териалы сравнительно просто перевести в сульфат магния путем об­работки их маточным раствором или серной кислотой. Добавку мар­ганца наиболее рационально готовить из восстановленного до закиси марганца пиролюзитового концентрата. Восстановление пиролюзита можно осуществить в коксовых печах, в стальных контейнерах, ис­пользуемых обычно для ящичного коксования. Целесообразно также использование сульфатов магния и марганца, являющихся побочными отходами других производств, при сернокислом выщелачивании ашари- TOBUX пород в производстве серной кислоты.Л и т е р а т у р а1. Д.С.Петренко. Производство сульфата аммония. М., 1966.2. Р.Керн. Рост кристаллов и адсорбция. Сб. "Рост кристаллов".Т. 8, "Наука", 1968.3. М.В.Каталымов. Микроэлементы и микроудобрения. М-Л, 1965.146В.М.Витюгин, И.Н.Ножкина. Очистка и кристаллизация сульфата аммония. Сб. докл. 5-й Всесоюзной конференции по техн. неорган. веществ. Киев, 1966.В.М.Витюгин, И.Н.Ножкина, О.А.Фукс. Очистка и кристаллизация сульфата аммония. Tp. І-й научной конференции Томского отде­ления BXO им. Менделеева. Изд. Томского университета, 1969.

Опытно-промышленное опробование влияния микродобавок магния и марганца на процесс укрупнения кристаллов сульфата аммония в сатураторе

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University