УДК 661.634

 

Ж.А.Шингисбаева , Ж.К.Бахов, Л.Е.Стамкулова, Ж.С.Сихымбаева

 

ЮКГУ им. М.Ауезова, г. Шымкент

                                          

УЛУЧШЕНИЯ ПРОЦЕССА  ФИЛЬТРАВАНИЯ ФОСФОГИПСОВОЙ СУСПЕНЗИИ

 

Одним из путей интенсификации процесса разделения суспензий является воздействие на микроуровне, обуславливающее модификацию поверхностных свойств твердой фазы и из­менение в результате этого взаимодействия фаз, проявляющееся на макроуровне, например, в увеличении скорости фильтрования, снижении влажности осадка и т.п. Изменять поверхност­ные свойства, снижать агрегативную устойчивость дисперсной системы можно различными методами, например, применением магнитных и электрических полей, введением полиэлектро­литов, флокулянтов, поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Из практики известно, что ПАВ могут оказывать существенное воздействие на измене­ние свойств различных дисперсных систем, вследствие чего значительно интенсифицировать тот или иной технологический процесс [1,2]. Одним из таких процессов, нуждающихся в со­вершенствовании, является процесс разделения фосфорнокислотной суспензий, образующейся при получении экстракционной фосфорной кислоты [3]. Как показал обзор литературных источников [4-9], однозначных данных о воздействии того или иного вида ПАВ на фильтрующие свойства твердых фаз, образующихся в производст­ве экстракционной фосфорной кислоты, нет. При этом крайне сложно было систематизировать информацию о влиянии ПАВ на свойства суспензий из-за неоднозначности сведений. Из-за отсусствия унифицированных методов выбора ПАВ и оценки эффективности их действия осуще­ствляется эмпирически применительно к тем или иным конкретным условиям.

Создается впечатление, что для выбора того или иного вида ПАВ для интенсификации разделения фосфорнокислотной супензии необходим индивидуальный подход, т.е. при выборе флокулянта следует учитывать индивидуальные физико-химические свойства фаз.

Для разделения суспензии ЭФК применяется фильтрование с закупориванием пор пере­городки [9,]. Несмотря на то, что оба способа представляют собой гидромеханические про­цессы накопления твердых частиц, их перераспределения, эволюции пористой среды (кинети­ка фильтрования) и течения жидкости через пористую среду (фильтрация), протекающие одно­временно, каждый из указанных видов иммет свои особенности.Эти особенности связаны с процессами, которые лежат в основе кинетики филирования и определяются свойствами твер­дой и жидкой фаз и их взаимодействием [5).

Физико-химические или же электрокинетичеекие явления имеют ключевое значение в процессах фильтрования суспензий [1]. Хотя они и практически не значимы при течении жид­кости через осадок с фиксированной структурой, но в процессе формирования структуры осад­ка она чрезвычайно велика. Причем, чем меньше размер и больше полидисперсность твердой фазы суспензии, тем в большей степени проявляется влияние поверхностных свойств суспен­зий (двойной электрический слой, потенциал на границе твердой фазы с жидкой, гидрофильность или гидрофобность частиц, способность адсорбировать из жидкости ионы, образовывать агрегаты и т. д.). Суммарным влиянием этих свойств определяются пористость, проницаемость и сжимаемость осадка, его качество и полнота отмывки и обезвоживания. При изучении влия­ния факторов, обусловленных силами электростатического характера, на устойчивость суспен­зий неорганических веществ в водных средах выявлена качественная взаимосвязь электрокинетического потенциала со скоростью фильтрования [6].

О связи сольватных слоев с электроповерхностными свойствами твердой фазы суспен­зий, в частности, с  ξ -потенциалом [7] сведения весьма ограничены.  Известно, что со снижени­ем

 ξ -потенциала уменьшается гидратированность поверхности твердой фазы, т.е. снижается интенсивность межфазных  взаимодействии.  Механизм  влияния  величины   ξ - потенциала  на

процесс фильтрования различными исследователями объясняется по-разному.

Известно, что разделение высокодисперсных суспензий связано в основном с наруше­нием агрегативной устойчивости [2]. Поэтому здесь можно использовать способность ПАВ дестабилизировать дисперсную систему и ускорить, тем самым, осаждение твердых частиц. Действие ПАВ на интенсификацию разделения суспензий в [7] качественно связывают со свой­ствами фаз на основе теории устойчивости Дерягина-Ландау-Фервея-Овсрбека (ДЛФО). Также данный процесс оценивается с использованием критериальных уравнений и приближенных ма­тематических моделей На конкретном примере угольной суспензии показана возможность изменения физико-химических свойств поверхности вследствие обезвоживания угольных час­тиц низкомолекулярными соединениями, а также изменения структуры осадка и его проницае­мости высокомолекулярными соединениями . [8]

В ходе своих исследований, где изучали влияние наиболее широко известного флоку­лянта - полиакриламида (ПАА) на фильтрационные свойства фосфогипсовой суспензии, уста­новили, что два основных показателя - удельная поверхность и электрокинетический (ξ) по­тенциал  определяющие условия фильтрации фосфорнокислотной суспензии, существенно меняются в зависимости от концентрации ПАВ. Следует отметить, что в данном случае суспен­зия была получена из механически активированного фосфорита, а сама механическая актива­ция суспензии осуществлялась в жидкофазной среде, содержащей 0,005-0,03 % ПАА. Химиче­ский состав фаз суспензии, полученной при сернокислотном разложении (полугидратный ме­тод) механически активированного фосфорита Каратау, представлен в таблице 1.

Исследованиями установлено, что при образовании полугидрата сульфата кальция из ме­ханически активированного фосфорита Каратау образуются 1,17% соединений фтора в виде Н2SiF6 и НF, что, исходя из утверждений [1], способствует увеличению удельной поверхности твердых частиц. Наши исследования показали, что удельная поверхность значительно увеличи­вается и в зависимости от концентрации ПАА  (рисунок 1)

Таблица 1 - Химический состав фаз суспензии, полученной при сернокислотном разложении механически активированного фосфорита Каратау полугидратным методом

 

 

Фаза

 

 

 

Состав. %

 

 

 

P2O5

S03

Fе2O3

АI 2O3

МgO

СаО

F

проч.

Жидкая

Твердая

 

43.8

82.1

2.68

49.97

1.8 3.4

1,5 4/5

0.07

0.25

 

0,41 34.8

 

0,72

 

0,26

остальные. остальные.


S,м2/г 6.0   4.5       

3.0    

  1.5

 

0          0,005                 0.01                  0,05       0.02     СПАА.%

 

Рисунок 1 -  Влияние концентрации ПАА  на удельную поверхность полугидрата сульфата кальция

Увеличение удельной поверхности твердой фазы обуславливает, как известно, возрас­тание роли поверхностных явлений (повышенная адсорбционная способность и увеличение смачиваемости сульфата кальция).

Также было установлено, что электрокинетический потенциал полугидрата сульфата кальция из механически активированного фосфорита меняется незначительно в более ней­тральную сторону, средний размер частиц находится в пределах 190-220x20-40 мкм (таблица 2).

 

 

 

 

Таблица 2 - Поверхностные э лектроповерхностные свойства твердых фаз ЭФК

 

Вид сульфата кальция, полученного из фосфоритов Каратау

Удельная поверх­ность, м2/г

ξ -потенциал. мВ

Средний размер частиц,  мкм

Дигидра т(по[1])

1-1,2

+4

150-200x20-40

Полугидрат из механически активи­рованного фосфорита

1,3-1,5

+3

190-220x20-40

 

Таким образом, проведенные исследования позволили изменить характер образования частиц полугидрата сульфата кальция, в частности, их удельной поверхности и геометриче­ских форм. В дальнейшем мы планируем изучение кинетики фильтрования фосфорнокислотной

 

Литература

   1.Копыле на Б.Б. Влияние поверхностно-активных веществ на свойства дисперсных систем и процессы их разделения   //Обзорная информация серии «Фосфор и его соединения». -М.: МИИТОХИМ, 1981. -40 с.

  2.  Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. -Л.: Химия, 1981. -304 с.

  3.  Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. -Л.; Химия. 1981. -224 с.

  4. Малиновская Т.А. О закономерностях фильтрования и обезвоживания осадков при разделении высо­кодисперсных суспензий // Теоретические основы химической технологии.- 1975.-Т. 9, №1.-С.76-83.

  5. Гидродинамика и кинетика процессов фильтрования промышленных суспензий -М: НИИТЭХИМ. 1976.

  6.Влияние электроповерхностных свойств фаз на скорость разделения их в суспензиях малораствори­мых неорганических веществ. -М.: НИИТЭХИМ, 1978.

  7.Зимон Д.А., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия.- М.: Химия, 1995. -284 с.

  8.Брук О.Л. Фильтрование угольных суспензий. -М.: Недра, 1978. -271 с.

  9.Жужнков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. -М.: