Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор. переработка фосфатного сырья с получением фтористых соединений
1.1 Сырьевые источники фтора. Фосфориты Каратау 8
1.2. Распределение фтора при сернокислотном разложении фосфат-ного сырья 14
1.3. Выделение фторсодержащих соединений из технологических газов с получением фторокремниевой кислоты 22
1.4. Получения ФКК в производстве ЭФК при переработке апатитового концентрата 23
1.5. Свойства фторокремниевой кислоты 27
1.6. Получение фторосиликата натрия из фторокремниевой кислоты 31
1.7. Технологическая схема производства ФСН содовым методом 44
1.6. Экологические проблемы производства и применения фторсодержащих соединений 47
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований.
2.1. Объекты исследований 53
2.2. Методы анализа 56
2.3. Характеристика реагентов 61
2.4. Методика эксперимента 62
ГЛАВА 3. Переработка фосфоритов каратау с выделением фторокремниевой кислоты
3.1..Анализ современного состояния технологий переработки фосфоритов Каратау 66
3.2. Разработка технологии переработки фосфоритов Каратау с выде-лением продукционной фторокремниевой кислоты
ГЛАВА 4. Распределение примесей в производстве фторосиликата натрия
4.1. Распределение хлоридов по стадиям технологического процесса производства ФСН. 81
4.2. Распределение сульфатов по стадиям технологического процесса производства ФСН 83
4.3. Влияние примеси фосфатов в ФКК на качество продукта 84
4.4. Влияние мольного отношения HF/SiF4 в ФКК на качество продукта 86
4.5. Распределение примесей по фракциям готового продукта 90
4.6. Использование речного песка в качестве инертного материала
аппарата «кипящего слоя» 97
ГЛАВА 5. Совершенствование содового метода получения ФСН
5.1. Разработка технологии производства ФСН на основе содо-бикарбонатной суспензии 108
5.2. Получение фторосиликата натрия содовым методом с добавлением сульфата натрия 116
Совершенствование технологической схемы производства ФСН содовым методом 120
6. Организация малоотходной схемы производств ЭФК и фторосиликата натрия 127
6.1. Использование фторсодержащих стоков ФСН на стадии разложения фосфатного сырья 132
ГЛАВА 7. Расчет экономической эффективности производства фсн на основе сбс, использования речного песка и стоков установки ФСН 141
Выводы 145
Приложения.
Материальный баланс производства фсн 147
Список литературы
- Распределение фтора при сернокислотном разложении фосфат-ного сырья
- Разработка технологии переработки фосфоритов Каратау с выде-лением продукционной фторокремниевой кислоты
- Влияние примеси фосфатов в ФКК на качество продукта
- Получение фторосиликата натрия содовым методом с добавлением сульфата натрия
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Производство фосфорсодержащих минеральных удобрений основано на переработке фосфатного сырья. В фосфатном сырье всегда присутствуют фтористые соединения, содержание которых достигает 2,5-3,5% масс. Основными видами фосфатного сырья, используемые на предприятиях РФ, являются хибинский и ковдорский апатитовые концентраты. Предприятия по выпуску минеральных удобрений в Республиках Средней Азии и Казахстана перерабатывают фосфориты Каратау. На стадии получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из апатитового концентрата в качестве крупнотоннажного побочного продукта образуется фторокремниевая кислота, а в качестве отхода - фторсодержащие сточные воды. При переработке фосфоритов Каратау фтористые соединения, присутствующие в сырье, переходят в удобрения.
В настоящее время фторокремниевая кислота (ФКК) перерабатывается в фтористые соли, в частности во фторосиликат натрия (ФСН). Однако проблемы, как расширение реагентной сырьевой базы, утилизация фторсодержащих сточных вод производства фторосиликата натрия (ФСН), необходимость снижения себестоимости продукции, требуют совершенствования существующей технологии производства, проведения исследований по влиянию примесей в исходном сырье и технологических факторов на качественный состав готового продукта.
Проблема повышения качества фторосиликата натрия является на сегодняшний день актуальной, поскольку потребители продукции выдвигают более жесткие требования по содержанию не только основного вещества, но и другим свойствам продукта, как присутствие примесей, фильтруемость.
Существующие схемы получения ЭФК и фтористых солей являются сточными с образованием жидких фторсодержащих отходов. В связи с этим, актуальна оптимизация водопотребления процесса переработки фосфоритов Каратау в экстракционную фосфорную кислоту и фторосиликат натрия.
Цель работы. Разработка технологии переработки фосфоритов Каратау с получением фторосиликата натрия, расширение реагентной базы производства ФСН содовым методом, повышение качества целевого продукта, создание малоотходной схемы переработки фосфоритов Каратау.
В связи с этим были сформулированы следующие задачи:
- определение оптимальных условий выделения ФКК при концентрировании ЭФК из фосфоритов Каратау;
- выявление влияния примесей хлоридов, сульфатов, фосфатов и
диоксида кремния в исходной ФКК на качество готового продукта ФСН;
разработка научных основ получения фторосиликата натрия на основе содобикарбонатной суспензии (СБС), с добавлением сульфата натрия;
изучение устойчивости и эффективности речного песка в качестве материала кипящего слоя при сушке пульпы фторосиликата натрия;
-повышение качества ФСН путем фракционного разделения продукта;
- разработка технологических схем снижения загрязнения окружающей
среды фторсодержащими стоками.
Научная новизна. Впервые разработаны научные основы и предложена технологическая схема переработки фосфоритов Каратау с выделением ФКК и получением на ее основе ФСН.
Разработан способ получения фторосиликата натрия содовым методом в присутствии бикарбоната натрия, а также с с добавлением сульфата натрия.
Предложен способ получения ФСН с использованием речного песка фракции 1-4 мм в качестве инертного материала кипящего слоя.
Впервые установлена возможность повышения качества ФСН путем фракционного отделения крупной фракции с размером частиц более 0,1мм.
Определены закономерности распределения примеси хлоридов, сульфатов, фосфатов, диоксида кремния, фтора по стадиям технологического процесса получения ФСН, их влияние на качество целевого продукта.
Разработаны научные основы организации малоотходной схемы производств ЭФК и ФСН. Показана возможность использования фторсодержащих стоков ФСН в процессе разложения фосфатного сырья.
Практическая значимость. Разработана и внедрена в производство технология переработки фосфоритов Каратау с получением фторосиликата натрия, включающая выделение при концентрировании фосфоритовой ЭФК фтористых соединений в виде продукционной фторокремниевой кислоты и выпуск на ее основе ФСН. Выделение ФКК из фосфоритов Каратау позволило значительно уменьшить содержание фтора в выпускаемых удобрениях.
Внедрена в производство технологическая схема получения ФСН с использованием речного песка в качестве инертного материала кипящего слоя при сушке пульпы, что позволяет выпускать продукт высшего сорта.
Предложены способы получения ФСН содовым методом в присутствии бикарбоната, а также сульфата натрия, расширяющие ассортимент сырьевой базы производства и снизить себестоимость целевого продукта.
Разработан способ повышения качества ФСН путем фракционного разделения, что позволяет получить продукт высшего сорта при использовании ФКК с повышенным содержанием диоксида кремния.
Внедрено использование фторсодержащих стоков ФСН в процессе разложения фосфатного сырья, что позволяет исключить сброс данных стоков.
Разработана и внедрена в производство малоотходная схема производств ЭФК и фторосиликата натрия. Предложенная схема является универсальной, она применима при переработке различного вида фосфатного сырья, а также при любых нагрузках производства ЭФК по фосфатному сырью.
Личный вклад автора состоит в проведении экспериментальных исследований, в анализе, обобщении экспериментальных данных, составлении программ испытаний, подготовке и выдаче режимных карт, регламентов производств и в авторском надзоре проведения опытно-промышленных испытаний и внедрения разработок, расчета материального баланса производства и расходных норм сырья и реагентов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Новые материалы, химические технологии и реагенты для промышленности, медицины и сельского хозяйства на основе нефтехимического и возобновляемого сырья» (г. Уфа, февраль 2011 г); на II отраслевой научно-практической конференции «Интеграция науки и производства» (г. Салават, ноябрь 2012г); на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Актуальные вопросы науки и образования» (г.Уфа, апрель 2013); на X Республиканской конференции молодых ученых «Научное и экологическое обеспечение современных технологий» (г. Уфа, май 2013), на международной конференции «Соврем. тенденции в образовании и науке» (г.Тамбов, октябрь 2013).
Публикации. Содержание диссертации изложено в 18 научных публикациях, в том числе в 4 статьях в изданиях, рекомендованном ВАК МОН РФ, 7 материалах конференций. Защищено 6 патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, приложения, списка литературы из 213 наименований. Работа изложена на 178 страницах машинописного текста и включает 28 рисунков и 60 таблиц.
Распределение фтора при сернокислотном разложении фосфат-ного сырья
Дигидратную ЭФК (24-29 % P2O5), содержащую 1,6-2,0% фторсодержащих соединений в пересчете на фтор направляют на упаривание. В зависимости от способов концентрирования кислоты в газовую фазу переходит от 50 до 90 % фтора, содержащегося в кислоте, и концентрация фтора в отходящих газах составляет 6-8 г/м3, т.е. в среднем на 1т P2O5 выделяется до 50 кг фтора [32, 36 - 42].
Повышению скорости и степени выделения фтора при упаривании фосфорной кислоты способствует добавление SiO2 в активной форме (например, кизельгура), продувка паром, увеличение кислотности или температуры либо проведение процесса упаривания под разрежением [43-49]. Влияние добавок SiO2, H2SO4, продувки паром начинает проявляться при концентрации кислоты выше 40% P2O5. Вероятно, при этих условиях разрушаются фторофосфорные кислоты и фторалюминиевые комплексы. Действие SiO2 объясняется тем, что образование тетрафторида кремния по реакции 4H+ + 4F- + SiO2 = SiF4 + 2H2O и его выделение в газовую фазу вызывает сдвиг равновесия между различными фторсодержащими соединениями в фосфорной кислоте в сторону образования менее устойчивых форм. Пар влияет аналогично, ускоряя гидролиз и унос фтористых соединений из фосфорной кислоты. Добавление H2SO4 способствует образованию менее устойчивых в данных условиях продуктов гидролиза и разложения фтотосиликатов.
При производстве ЭФК полугидратным методом уже на начальной стадии процесса – экстракции происходит интенсивное разложение кремнефтористых соединений с выделением в газовую фазу SiF4, однако это разложение протекает не полностью и неразложившиеся фтористые соединения выделяются при последующем упаривании фосфорной кислоты. Происходит перераспределение фтора между стадиями экстракции и упаривания кислоты. Так, если для дигидратного процесса массовое соотношение фтора, выделяющегося на этих стадиях, составляет 1:10, то для полугидратного процесса оно равно 1:4. В результате значительно усложняется аппаратурное оформление газоочистки полугидратного процесса, так как для поглощения фтористых соединений требуется устанавливать мощные системы на обоих стадиях (экстракции и упаривания) с получением продукционной ФКК или решать проблему утилизации фторсодержащих стоков. Также в фосфогипсе при полугидратном способе производства содержится 0,7-0,8 % фтора в пересчете на сухой фосфогипс (30-35 % от общего количества фтора в апатите), что вдвое больше его содержания в фосфогипсе при дигидратном способе получения кислоты. Достоинством полугидратного способа производства ЭФК является высокая производительность стадии фильтрации пульпы и возможность переработки 38-40%- ной полугидратной фосфорной кислоты в удобрения без упаривания.
Основное количество фтора при производстве сложных удобрений выделяется на стадии получения экстракционной фосфорной кислоты. В производствах аммофоса, диаммонийфосфата, нитрофоса, нитроаммофоски и других сложных удобрений количество выделяющегося в газовую фазу фтора незначительно (до 2 % от общего количества, вносимого с сырьем), поэтому отходящие газы подвергаются только санитарной очистке с возвратом стоков в технологическую систему [50, 51].
Таким образом, проблему снижения степени загрязнения фтором почв и окружающей среды при применении фосфорсодержащих удобрений, необходимо решить на стадии получения экстракционной фосфорной кислоты, а именно на стадии упаривания фосфорной кислоты. При упаривании утилизация фтора обеспечивается путем улавливания фторсодержащих соединений водой с получением фторокремниевой кислоты. 1.3. Выделение фторсодержащих соединений из технологических газов с получением фторокремниевой кислоты
Улавливание фторсодержащих соединений из технологических газов является важной составной частью любого технологического процесса, связанного с переработкой фосфатного сырья [52].
Основными компонентами большинства фторсодержащих промышленных газов являются фтористый водород HF и тетрафторид кремния SiF4. Для их улавливания чаще всего используют воду и растворы фторокремниевой и серной кислот, иногда растворы фторида аммония NH4F, карбоната аммония (NH4)2CO3. Для санитарной очистки фторсодержащих газов в основном используется известковое молоко.
Фтористый водород и четырехфтористый кремний хорошо растворимы в воде, парциальное давление HF и SiF4 над водой и водными растворами имеет первостепенное значение при абсорбционном методе выделения фтора из фторсодержащих газов [26, 36, 53].
Разработка технологии переработки фосфоритов Каратау с выде-лением продукционной фторокремниевой кислоты
Увеличение кислотности раствора усиливает гидролиз иона SiF62-, степень его может достигать большой величины, что облегчается переходом HF и SiF4 в газовую фазу [71].
Известно, что ФКК с WФКК = 6 способна растворять SiO2 [72]. В насыщенных кремнекислотой растворах ФКК WФКК зависит от концентрации последней и уменьшается почти линейно до 4,9 при 40 % (масс) F в растворе [73]. В присутствии сильных кислот растворимость кремнекислоты может возрасти, а WФКК уменьшиться до 4,5 и даже до 4,0 [74], хотя последнее связано со значительным выделением фтористых соединений в газовую фазу. При растворении SiO2 взаимодействует с HF, что приводит к изменению соотношения между фторокомплексами кремния. Согласно данным работы [75], в растворе ФКК с WФКК = 5 30-40 % F содержится в виде SiF62-, 60-70 % - в SiF5(OH2)-, около 4 % - в SiF4(OH2)2; присутствие сильной кислоты приводит к преимущественному образованию SiF4(OH2)2 [76]. Фторокремниевая кислота в парах диссоциирована на фторид водорода и тетрафторид кремния. По мере изменения концентрации фтора и кремния в растворе изменяется давление паров HF и SiF4, состав газовой фазы [77 - 80].
Давление паров фторида водорода и тетрафторида кремния над растворами фторокремниевой кислоты было подробно изучено В.В.Илларионовым [55]. Обычно в промышленных условиях при абсорбции фторсодержащих газов получают 10-20 %- ный раствор ФКК. При повышении концентрации кислоты степень улавливания фтора из газов значительно уменьшается.
ФКК, как и многие комплексные галоидные кислоты, относится к сильным кислотам. Ее химические свойства имеют как общие для этого класса соединений, так и специфические черты, обусловлены своеобразием и сложностью составов водных растворов ФКК [81].
ФКК вступает в реакцию нейтрализации со многими щелочами и основаниями. Фторосиликат может и не быть конечным продуктом реагирования: возможно его последующее разложение через промежуточные стадии образования сложных фторосиликатов, например, (FeF)SiF6, (FeF2)SiF6, до соответствующего фторида и кремнекислоты; глубина этого разложения зависит от природы катиона, концентрации реагентов, рН раствора, температуры и других факторов. В общем случае состав конечных продуктов взаимодействия регулируется следующими основными равновесиями: гидролизом SiF62-; электролитической диссоциацией его продуктов, воды, фторида, фторосиликата и равновесием раствор – твердое вещество. Например, в щелочной среде вследствие уменьшения концентрации Н+ - ионов гидролиз SiF62- усиливается и практически все фторосиликаты полностью разлагаются [82]. Этому способствует малая растворимость соответствующего фторида (что свойственно большинству фторидов). Только наличие избыточной кислоты приводит к устойчивости фторосиликатов – например, получаются устойчивые растворы фторосиликата кальция СаSiF6 [83]. Подобным образом ведут себя соли магния, аммония, гидразина и т.д. Скорость нейтрализации ФКК, как и большинства обменных реакций, велика. Изучение кинетики разложения фторосиликатов [84] показало, что оно протекает по механизму SN1, лимитирующей стадией которого является отщепление первого атома фтора от иона SiF62-.
Фторокремниевая кислота способна реагировать с солями, образуя соответствующие фторосиликаты. Выделяющая в ходе реакции кислота способствует их стабилизации, но полностью не устраняет разложение. Проведены широкие исследования по применению карбонатов, сульфатов, хлоридов и других солей натрия и калия для выделения фтора из ЭФК в виде малорастворимых и устойчивых в этих условиях фторосиликатов [85-89].
Сильные кислоты, как хлорная, серная, соляная, фосфорная способствуют растворению в ФКК кремнекислоты. К кислотам, специфически взаимодействующим с ФКК, относятся концентрированные серная и фосфорная кислоты. Они способны реагировать с HF, усиливая гидролиз SiF62-; при этом возможно образование фторосульфоновых, моно – и дифторофосфорных кислот [90, 91]. Взаимодействие фторокремниевой кислоты, с соединениями элемента, обладающего большим сродством к фтору, приводит к разрушению ФКК. Так, при комнатной температуре протекает реакция с борной кислотой [92]. 2H2SiF6 + 3H3BO3 = 3HBF4 + SiO2 nH2O ФКК значительно ускоряет коррозию оборудования. При взаимодействии с фторокремниевой кислотой неблагородные металлы разрушаются, причем влияние температуры на скорость коррозии очень велико. Даже медь и серебро при температуре кипения кислоты разрушаются с большой скоростью. Относительно устойчивыми являются аустенитовые Cr – Ni – Mo-стали и Cr – Ni – Mo-сплавы [93-95].
Влияние примеси фосфатов в ФКК на качество продукта
Создание промышленности фосфорных удобрений на основе переработки фторсодержащего фосфатного сырья и фторсодержащих соединений, расширение области их применения требуют изучения возникающих при этом экологических последствий, поскольку фтор характеризуется высокой подвижностью в биологическом цикле обмена веществ.
Растения активно поглощают водорастворимый фтор из почвы. Низкая растворимость фторсодержащих минералов препятствует выносу фтора из почв, повышению его содержания в водоемах, а также усвояемости растительными организмами. Экологическое равновесие поддерживается при условии низкого содержания фтора в воде и почве. Оно может существенно измениться в случае появления в гидросфере, литосфере и атмосфере легкоусвояемых растениями и животными форм фтора, образующихся в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности человека.
В связи с развитием производств, перерабатывающих фторсодержащее сырье, количество фтора в атмосферных осадках и дымовых газах может повышаться. Так, например, в США, в 2000 г. в атмосферу было выброшено более 150 тыс. т. фтора в виде растворимых соединений, из них 39% - при производстве стали, 16% - от энергетических установок, 13% - при производстве фосфорных удобрений, 9,8% - при производстве алюминия, 5,8% - при производстве керамики, 5,3% - при производстве плавиковой кислоты. В Канаде в атмосферу поступает свыше 14 тыс. т фтора, в основном в виде газообразных веществ [127].
Газообразные фтористые соединения выделяются на многих стадиях производства фосфорных удобрений. Объем фторсодержащих газовых выбросов предприятия по производству фосфорных удобрений достигает до сотни тысяч кубометров в час [39, 42, 128 -130]. По действию на растительный мир фтористые соединения являются вредными промышленными загрязнениями. По мнению авторов [131] безопасной является концентрация 0,00017-0,00023 мг/м3 в пересчете на фтор, что значительно ниже ПДК, равной 0,005 мг/м3.
Фтористые соединения в значительных количествах поглощаются растениями из воздуха. Вблизи промышленных центров содержание фтора в растениях повышается в 10-20 раз. При содержании фтора в атмосфере 0,003-0,01% буреют и опадают листья плодовых деревьев, плохо развиваются плоды [131].
В США исследования влияния фторсодержащих газовых выбросов на растительность были начаты в 50-х годах прошлого столетия [132]. При концентрации 0,00775 мг/м3фтор накапливался в листьях в течение всего вегетационного периода. Особенно сильно влияет фтор на сосну, у которой иглы. Отмечается ослабление роста насаждений сосны на расстоянии до 50 км от источника фтористых газов.
Проведение мероприятий по снижению количества выделяющего фтора имеет большое практическое значение, позволяет уменьшить опасность его воздействия на биосферу. Одной из важных проблем является также снижение содержания фтора в минеральных удобрениях. Так, апатитовый концентрат содержит около 3 % фтора, фосфатные концентраты фосфоритов Каратау – 2,8%, фосфоритов Кингисеппа – 2,7 %. Если не извлекать фтор из фосфатного сырья, на поля будет поступать 87-130 кг фтора совместно с 1 т Р2О5 в удобрении [133].
Фтор входит в состав труднорастворимых минералов (флюорита, апатита) [134], в процессе же переработки фосфатов он переходит в легкорастворимые формы. Поступающий удобрениями фтор образует различные водорастворимые соединения, создавая при этом вероятность нарушения устоявшихся биологических систем. В нормальных условиях листья растений содержат 1 – 1,5 мг F на 1 кг зеленой массы ( трава–от 4 до 6 мг/кг, зерно–от 0,2 до 7,1, солома – от 2 до 7, картофель– 0,2 до 0,9, свекла – от 0,2 до 0,6, сено – 0,2 до 2,3 мг/кг [135]. При употреблении в пищу продуктов, содержащих фтористые соединения, в организмах рыб и животных накапливается фтор, причем фактор накопления составляет 1:10 [136].
В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства содержание фтора в продуктах питания существенно изменяется. При высоких нормах внесения удобрений содержание фтора в пшенице составляет 10 мг на 1 кг сухого вещества. Кукуруза содержит до 8 мг фтора на 1 кг сухого вещества [137]. Некоторые растения способны накапливать значительные количества фтора. Так, в чае содержится от 57 до 1370 мг фтора на 1 кг [138]. Исследования показывают, что при поступлении фтора в почву, в том числе с минеральными удобрениями, содержание фтора в урожае возрастает [139].
Действие фтора на растения в значительной мере зависит от формы его соединения, дозы и кислотности почвы. Отрицательные результаты наблюдаются, когда в почву фтор попадает в количестве 10 мг на 1 кг в виде таких хорошо растворимых соединений, как фториды натрия, калия и аммония, фторосиликаты кальция, магния и аммония. При поступлении фтористых соединений в почву часть фтора выносится с урожаем, а другая его часть вымывается из почвы талыми и дождевыми водами или связывается в виде нерастворимых соединений [140].
Получение фторосиликата натрия содовым методом с добавлением сульфата натрия
В производстве пищевого бикарбоната в ОАО «Сода» образуется побочный продукт, представляющий маточный раствор, содержащий карбонат и бикарбонат натрия. До настоящего времени СБС не используется и выбрасывается в так называемые “белые моря” совместно с другими стоками ОАО “Сода” и является источником загрязнения реки Белой [197].
Данный маточный раствор – так называемая содо-бикарбонатная суспензия содержит карбонат натрия Na2CO3 в количестве не менее 32 г/л и гидрокарбонат (или бикарбонат) натрия NaHCO3 - не менее 84 г/л, примеси хлоридов – не более 2 г/л. При комнатной температуре маточный раствор вышеуказанного состава представляет суспензию. СБС кристаллизуется при температурах ниже + 50С; она не токсична, пожаро и взрывобезопасна. По химическому составу содо-бикарбонатная суспензия соответствует нормам ТУ 6-46-00204872-03-92.
Лабораторные опыты проведены в реакторе из полиэтилена или фторопласта при перемешивании механической мешалкой. При периодическом способе получения к ФКК постепенно добавляли СБС до значения рН суспензии 1,5-3,2. Температура исходной СБС составила 20-55С, нейтрализованной суспензии -25-60С. Продолжительность перемешивания реакционной смеси-1час. Полученные кристаллы ФСН отделяли фильтрацией или отстаиванием. Осадок или сгущенную пульпу ФСН сушили при температуре 120-130С. Определяли скорость осаждения суспензии ФСН, маточный раствор и готовый продукт анализировали на содержание основного вещества, свободной кислоты в пересчете на HCl, фтора и нерастворимого остатка.
Результаты лабораторных исследований по получению фторосиликата натрия с использованием СБС приведены в таблице 49.
Полученные данные показывают возможность получения ФСН на основе СБС. Полученный в лабораторных условиях при величине рН нейтрализованной суспензии 1,8 – 3,1 продукт содержит 98,5 – 99,8% основного вещества, 0,036 – 0,073% свободной кислоты, до 0,50% нерастворимого в воде остатка (опыты № 1-7). Качество готового продукта, полученного на основе СБС, не уступает по качеству ФСН, полученного с использованием содового раствора (сравнительные опыты № 8 – 10).
Скорость отстаивания кристаллов ФСН, полученных на основе СБС, значительно выше по сравнению с регламентным вариантом производства. Так, при периодическом способе получения продукта на основе СБС скорость отстаивания составила 4,4 – 5,4 м/час, а в случае использования содового раствора – 2,1 м/час. Проведение процесса получения непрерывным методом приводит к повышению скорости отстаивания и увеличению размеров кристаллов ФСН. Скорость осаждения кристаллов ФСН, полученных непрерывном способом составляет 7 м/ч. Такая высокая скорость осаждения кристаллов ФСН позволяет повысить степень очистки от примеси диоксида кремния при отстаивании суспензии, содержание основного вещества в продукте.
Продукт, полученный по непрерывному способу получения ФСН на основе СБС (опыты 14-16) соответствует требованиям высшего сорта по ТУ 113-08-587-86 по содержанию основного вещества (98,4 – 99,5%); свободной кислоты (0,03 – 0,07%); нерастворимого в воде остатка (0,08%).
Изучено получение ФСН на основе смеси СБС и кальцинированной соды. В опыте 12 в 100г СБС было растворено 14,14 г сухой соды; в опыте 13 в 100 г СБС 10 г соды; в опыте 16 в 727 г СБС растворено 72,7 г соды. Однако при применении смеси реагентов снижается скорость отстаивания суспензии ФСН (0,84 – 2,15 м/час).
С повышением температуры раствора значительно повышается растворимость кальцинированной соды в СБС. Например, в 100 г СБС 113 состава NaHCO3 – 96,2 г/л, Na2CO3 – 35,2 г/л при 27С растворяется 2,42 г, а при 50С – 14,55 г соды.
Применение смеси СБС и соды из-за повышения концентраций осадителя при получении ФСН приводит к уменьшению объема маточного раствора, что является преимуществом данного способа получения.
Маточные растворы содержат 0,48 – 0,73 % Na2SiF6, 0,04 – 0,10 % свободной кислоты, имеют величину рН среды 1,9 – 3,5, что соответствует регламентным требованиям производства кремнефтористого натрия на основе содового раствора. Как было отмечено ранее, при использовании СБС имеет место некоторое увеличение объема (на 1-1,5 м3 на 1 т. продукта) маточного раствора, т.е. кислых стоков с установки ФСН.
