Разработка баромембранной технологии разделения ненасыщенных растворов, содержащих соединения бора

• Автор: Прохоров, Игорь Александрович
• Шифр специальности: 05.17.01, 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Введение

Глава I. Литературный обзор.

1.1. Сырьевая база производства борных соединений.

1.1.1. Гидроминеральное сырье, содержащее бор.

1.2. Загрязнение окружающей среды бором.

1.3. Производство борной кислоты

1.3.1. Производство из датолитового сырья.

1.4. Обзор новых методов переработки природных

видов боросодержащего сырья.

1.4.1. Реагентные методы

1.4.1.1. Экстракция органическими растворителями

1.4.1.2. Осаждение и соосаждение в виде
труднорастворимых соединений
1.4.2. Безреагентные методы.
1.4.2.1. Электрохимический метод
1.4.2.2. Ионный обмен.
1.4.2.3. Обратный осмос.
1.5. Состояние бора в растворе
1.6. Гипотезы селективной проницаемости мембран.
1.6.1. Гипотеза ультрафильтрации просеивания
1.6.2. Г ипотеза молекулярной диффузии
1.6.3. Гипотеза активированной диффузии.
1.6.4. Гипотеза отрицательной адсорбции
1.6.5. Гипотеза капиллярнофильтрационного механизма
полупроницаемости мембран.
Глава II. Изучение характеристик исследуемых объектов.
2.1. Технологические растворы и сточные воды производства
борной кислоты
2.2. Вода Каспийского моря
2.3. Мембраны для обратноосмотического разделения.
2.4. Микрофилътрационные рулонные элементы
на основе трековых мембран
Глава III. Экспериментальное исследование процессов
разделения боросодержащих растворов.
3.1. Оценка факторов, способных оказать влияние
на селективность мембран по бору
3.1.1. Водородный показатель. Методика расчета соотношения содержания различных форм бора в растворе
в зависимости от .
3.1.2. Концентрация бора
3.1.3. Температура
3.2. Лабораторные экспериментальные исследования
3.2.1. Эксперименты по определению влияния различных факторов на селективность мембран.
3.2.1.1. Описание экспериментальной установки.
Методика проведения исследований
3.2.1.2. Методика проведения анализов.
3.2.1.3. Определение зависимости селективности мембраны от величины и содержания бора в исходной воде.
Результаты исследований.
3.2.1.4. Определение зависимости селективности мембраны
от температуры. Результаты исследований.
3.2.1.5. Обработка экспериментальных данных. Обсуждение
результатов исследований
3.2.2. Методика расчета суммарной селективности низконанорной обратноосмотической мембраны по
всем формам бора
3.2.3. Эксперименты по многоступенчатому разделению модельных растворов борного производства маточный
раствор бората кальция и сточные воды
3.2.4. Разработка технологической схемы по разделению
боросодержащих растворов в процессе производства борной кислоты
3.3. Эксперименты по многоступенчатому удалению бора
при разделении каспийской морской воды
3.3.1. Оценка эффективности удаления бора
из воды Каспийского моря
3.3.2. Результаты поверочных экспериментов по моделированию
работы первой и второй ступени очистки от бора
3.3.3. Сравнительный анализ различных схем очистки
от бора и опреснения воды Каспийского моря
3.4. Разработка технологической схемы удаления бора и получение воды питьевого качества в условиях
промышленного опреснения воды Каспийского моря
3.4.1. Стадии обработки морской воды
3.4.1.1. Участок водоподготовки.
3.4.1.2. Участок обессоливания
3.4.1.2.1. Микрофильтрация. Сравнение результатов ресурсных испытаний картриджных полипропиленовых
фильтров с рулонным фильтром на основе трековой мембраны
3.4.1.2.2. Обратноосмотическое разделение.
3.4.1.3. Участок кондиционирования.
3.5. Промышленные экспериментальные исследования
3.5.1. Результаты, полученные в ходе эксплуатации технологического оборудования завода опреснения
в г. Актау в сентябре года
3.5.2. Результаты, полученные в ходе эксплуатации
опреснительного комплекса в июне г.
3.5.3. Результаты, полученные в ходе эксплуатации технологического оборудования завода опреснения
в период с ноября г. по декабрь г.
Глава IV Техникоэкономическая оценка эффективности
двухступенчатой схемы удаления бора
4.1. Обоснование выбора места строительства
4.2. Режим работы цеха обессоливания
4.2.1. Расчет капитальных затрат
4.2.2. Удельные затраты электроэнергии
4.2.3. Вопросы труда и заработной платы
ГлаваV. Заключение
Выводы
Список литературы


Целыо работы является разработка технологии по разделению боросодержащих растворов в процессах производства борных соединений и снижению концентрации соединений бора в воде Каспийского моря до предельно допустимых показателей, установленных для воды питьевого назначения, методом обратного осмоса на низконапорных мембранах. Для повышения эффективности обратноосмотического метода извлечения соединений бора, следует проводить глубокую предочистку технологических растворов, сточных вод, морских и подземных вод от взвешенных частиц, коллоидов и эмульсий. Для предочистки растворов перед обратным осмосом во ФГУП Центр Келдыша были разработаны рулонные фильтрующие элементы на основе нового класса мембран трековых мембран. Для подтверждения эффективности работы рулонных мембранных элементов и целесообразности их использования, требовалось провести сравнительный анализ эксплуатационных характеристик данных фильтров с фильтрами, которые в настоящее время широко применяются на стадии предочистки перед обратным осмосом, а также показать их коммерческую привлекательность. Полученные в работе результаты внедрены при разработке технологии извлечения соединений бора на Мангистаусском опреснительном заводе в г. Актау и рекомендованы к внедрению на ЗАО ГХК Бор. Свойства бора, обусловленные положением в периодической системе элементов, определяют его распространенность и поведение в природе. Он обладает высоким сродством к анионогенным элементам, в первую очередь к кислороду и фтору, поэтому в свободном виде в природе не встречается, а находится почти исключительно в виде кислородных намного реже фтористых соединений. Способность бора к образованию изо и гстерополикислот, комплексных анионов и к их полимеризации находит свое проявление в многообразии форм борных соединений и минералов. Весовой кларк бора для земной коры оценивается различными учеными в пределах от до 1, 9. Содержание бора в породах, слагающих литосферу, колеблется от 0, О3 в основных породах и ультрабазитах до 3, в осадочных породах песчаниках . Несмотря на малую распространенность бора, благодаря способности к обособлению он образует крупные промышленные месторождения. В России 0 промышленных запасов борного сырья сосредоточено в Приморском крае. Все борные минералы делятся на два основных класса бораты и боросиликаты. Бораты составляют большой класс соединений около трех четвертей от общего числа, в которых бор в качестве катионакомплексообразователя играет роль главного, ведущего элемента. Они представлены в основном кислородными соединениями. Большинство боратов являются солями небольшой группы катионов, в которую входят Са, Ыа, Бг и Мп. По содержанию связанной воды бораты делятся на водные и безводные. РОД Б, СГ, ОН . В боросиликатах в качестве ведущих катионовкомплексообразователей выступают совместно бор и кремний, каждый из которых находится либо в форме независимых анионов полианионов, либо единых комплексных борокремниевых полианионов. Как и бораты, боросиликаты различаются солеобразующими катионами, которыми обычно бывают Са и Иа, но могут быть М, Ре, Мп, Ва, РЗЭ. Огромные количества бора сосредоточены в Мировом океане, солевой состав которого складывается в основном в результате выхода на поверхность и смешения с конденсатом летучей фракции подземных рассолов. Сточные воды борных производств чаще всего содержат мгл. Борсодержащие рассолы содержат 0 мгл бора . При содержании бора в морской воде 4,6 мгл его ресурсы составляют 7,1кг . Так, например, в водах Черного и Азовского морей содержится бора соответственно 2,3 и 1,5 мгл. Вода Каспийского моря содержит около 4 мгл бора . Таким образом, одним из путей накопления борных минералов является выделение соединений бора из морских вод. При этом происходит накопление бора в растворе с последующим выделением его в осадок, вследствие чего концентрация оксида бора с 4, в морской воде до 1,,5 в бороносных соляных отложениях . Источниками загрязнения окружающей среды могут служить неиспользуемые твердые отходы, сточные воды и выбросы борных соединений в атмосферу. Твердые отходы в значительных количествах образуются при обогащении и последующей переработке руд с получением первичных борных соединений борной кислоты и бората кальция.