Посторонко А.И.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Исследование разделения суспензии при очистке природных рассолов

Проблемы разделения различных природных и производственных дисперсий и очистки сточных вод решаются с применением высокомолекулярных флокулянтов [1-4]. Проблема разделения суспензий существует и в содовой промышленности: при разделении шлама каустификации в производстве едкого натра и при разделении суспензии при очистке природных рассолов.

Из синтетических флокулянтов наибольший интерес получили производные полиакриамида для процессов осаждения взвешенных частиц - в химической промышленности; гумусовых веществ - в производстве питьевой воды; пектиновых, белковых и других веществ - в пищевой промышленности.

Сырой рассол содержит большое количество примесей, главными из которых являются соли кальция и магния. Если их предварительно не удалить, то в процессе производства соды при поглощения аммиака и СО₂ из рассола будут выделяться в осадок плохо растворимые соединения – углекислого кальция, гидроксида магния и т. д., что приведет к засорению аппаратуры, трубопроводов и готовой продукции. На содовых заводах для осаждения ионов кальция используют соду, а ионов магния - известковое молоко. После смешивания природного рассола с осаждающими реагентами суспензию направляют в отстойник, где происходит разделение суспензии, являющейся лимитирующей стадией.

Наиболее медленная стадия процесса очистки рассола – отстаивание выпавшей твердой фазы или осветление рассола от выпавших в осадок примесей. Характер осаждения твердых частиц суспензии может быть свободным и совместным. При свободном осаждении каждая частица падает со скоростью, зависящей от ее размера. Поэтому при свободном отстаивании не наблюдается четкой границы между осветленной жидкостью и суспензией. Так как в составе суспензии обычно находятся очень мелкие частицы, осветляемая жидкость долгое время остается мутной. При очистке рассола образующиеся кристаллы СаСО₃ имеют размер 5-10 мкм, в то время как частицы гидроксида магния составляют всего лишь несколько сотых долей микрона [4].

Для ускорения осаждения осадков при очистке рассола в производстве хлора предлагается добавлять последовательно (или одновременно) два коагулянта, каждый из которых усиливает действие другого - хлорное железо и крахмал [5], карбоксиметилцеллюлозу и хлорное железо [6], сульфат целлюлозу и хлорное железо [7], гидролизованные крахмал или полиакриламид, различные высокомолекулярные препараты [8].

Полиакриламид был опробован при очистке рассола [8]. Показано, что в присутствии полиакриламида происходит почти мгновенное образование хлопьев, быстрое отстаивание и хорошее уплотнение шлама. Такое же влияние флокулянта было отмечено при осаждении других подобных неструктурированных частиц. Добавление полиакриламида значительно улучшает физические параметры взвеси, что позволяет успешно применять полиакриламид для очистки рассола. Однако, полиакриламид обладает и существенными недостатками, главными из которых является его вязкость, что затрудняет процессы дозирования, сложность аппаратурного оформления при его растворении и т.д. Поэтому нам представлялось интересным изучить влияние других полиэлектролитов на разделение суспензии при очистке природных рассолов.

В опытах, которые проводили в лабораторных условиях, использовали сырой рассол Райгородского месторождения. Очистку рассола проводили по технологическому режиму содового завода. В работе использовали 1 %-ные растворы полиэлектролитов, которые затем разбавляли рассолом до нужной концентрации.

Опыты проводили следующим образом. 250 мл сырого рассола вносили в реакционную колбу, добавляли расчетное количество полиэлектролита, перемешивали содержимое колбы в течение 5 минут. Затем производили очистку рассола от солей кальция и магния каустифицированной жидкостью, отобранной в цехе рассолоочистки содового завода. После очистки рассола содержимое колбы переносили в градуированный цилиндр и наблюдали скорость разделения

В настоящем сообщении приведены результаты исследований ряда солей четвертичных аммониевых оснований (ЧАС) с целью их использования для разделения суспензии при очистке рассола в содовом производстве.

Установлено, что оптимальной концентрацией добавки является 0,02 – 0,05 %, масс. Полученные результаты показывают, что максимальная скорость разделения тесно связана с величиной молекулярной массы ЧАС. Предварительными опытами была установлена эффективность диметилэтилцетиламмоний хлорида, гексадецилдиметилбензиламмоний хлорида, диметилбензилфениламмоний хлорида, тридодециламмоний хлорида, оксидецилметилбензиламмоний хлорида и октадецилдиметилбензиламмоний хлорида, с которыми в дальнейшем и проводили исследования. Установлено, что большое значение для процессов разделения суспензии имеет концентрация дисперсной фазы, концентрация добавки, способ внесения флокулирующей добавки, продолжительность контактирования твердой фазы суспензии с добавками ЧАС. Скорость разделения шламовой суспензии, по всей видимости, в целом зависит от молекулярной массы добавленной соли ЧАО. Ранее было показано [2], что для некоторых дисперсий, которые имеют добавки макромолекул, эта зависимость проходит через максимум. В этом случае также есть тенденция к выявлению подобной зависимости, в первую очередь – для тех концентраций солей ЧАО в системе, для которых наблюдается наибольшая скорость седиментации.

Совокупность приведенных данных дает возможность высказать некоторые соображения о возможном механизме флокуляции суспензии СаСО₃ и Mg(ОН)₂ солями ЧАО. Процесс происходит, очевидно, в две стадии: адсорбция добавки частицами дисперсной фазы; седиментация образованных вследствие адсорбции флокул.

Адсорбция добавок проходит через стадию, в которой лишь незначительная доля макромолекул связывается непосредственно с частицами, тогда как несвязанная ее часть свободно проникает в раствор и может образовывать связи с другими частицами.

В зависимости от количества внесенной в систему соли ЧАО изменяются форма и размер флокул. Когда в системе немного добавки, происходит лишь частичная флокуляция, то есть, не все частицы связываются добавкой и образованные флокулы довольно маленькие.

В результате исследований установлена возможность интенсификации процесса разделения суспензии шлама рассола в присутствии добавок солей ЧАО. Концентрация дисперсной фазы должна быть в пределах 15 – 25 г/100 мл. С увеличением молекулярной массы добавки возрастает эффективность её действия.

Представляет большой интерес и способ ввода солей ЧАО. Если его вводить перед смешиванием реагентов с сырым рассолом, то скорость разделения почтив 2 раза выше по сравнению с вводом добавки после процесса взаимодействия сырого рассола с каустифицированной жидкостью. Причем степень осветления суспензии в 2 – 2,5 раза выше, что имеет большое значение для производства.

При изменении рН среды отмечается слабо выраженная зависимость ухудшения флокуляции по мере увеличения рН среды.

Влияние молекулярной массы полимеров оказывает влияние на скорость разделения суспензии. Для одинаковой флокуляции требуется большее количество полимера меньшей молекулярной массы, а пределы флокулирующих дозировок шире для полимеров меньшей молекулярной массы.

Время перемешивания и плотность суспензии мало влияют на флокуляцию. При увеличении продолжительности перемешивания суспензии флокуляция частиц очень незначительно ухудшается: прозрачность отстоя несколько снижается, диапазон эффективных дозировок увеличивается. Оптимальное время перемешивания зависит от плотности суспензии. При более плотных суспензиях наблюдается снижение флокуляции.

С увеличением температуры суспензии флокуляция ее увеличивается.

Литература:

1. Вейцер Ю.И., Минц Д.М. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки природных и сточных вод – М.: Стройиздат, 1984. – 201 с.

2. Соломенцева І.М., Баран О.О., Посторонко А.І., Куриленко О.Д. Вивчення стійкості суспензії карбонатного шламу в присутності добавок поліетиленоксидів // Український хімічний журнал. – 1973. – вип. 8. – С. 780-784.

3. Посторонко А.И., Зеленая С.А. Изучение устойчивости суспензии карбонатного шлама в присутствии добавок четвертичной аммониевой соли ДМ-4 // Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. – 1977. – вып. 9. – С. 79-81.

4. Посторонко А.И., Ривный В.С. Изучение устойчивости суспензии карбонатного шлама в присутствии добавок некоторых солей четвертичных аммониевых оснований // Журнал прикладной химии. – 1977. - №1. – С. 164-166.

5. Агальцов А.М. А с № 138223 // Бюл. изобретений, 1961. - № 10.

6. Агальцов А.М. А с № 132616 // Бюл. изобретений, 1960. - № 20.

7. Агальцов А.М. А с № 142642 // Бюл. изобретений, 1961. - № 21.

8. Фурман А.А., Шрйбман С.С. Приготовление и очистка рассола. – М.: Химия, 1966. – 232 с.