АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание ученой степени доктора философии (Ph. D)
6D072000 – Химическая технология неорганических веществ
Туракулов Бахриддин Баходурович
Разработка технологических основ получения хромитовых пигментов из техногенных отходов для печати на хлопчатобумажных и смешанных тканях
Актуальность проблемы. Развитие конкурентоспособных производств химической промышленности, в том числе производств по рациональной переработке природного сырья и техногенных отходов, является одним из приоритетных направлений, предусмотренных в «Государственной программе по форсированному индустриально-инновационному развитию Республики Казахстан на 2010-2014 годы».
Производство ферросплавов, пигментов и огнеупоров базируется на крупнейшем месторождении Кемпирсайских хромитовых руд и является экспортоориентированной отраслью.
В процессе добычи, дробления, классификации хромитовых руд, обогащении и подготовке их к технологическому переделу более 45% сырьевого материала переходит в некондиционный продукт (мелочь, пыль, шлам), который по гранулометрическому и химическому составам не применяется для передела на ферросплавы, огнеупоры и пигменты. Кроме того, в Республике Казахстан имеются большие запасы внутренних вскрышных пород угледобычи, содержащих до 40% и более углерода, нанося невосполнимый экологический ущерб фауне и флоре промышленных регионов. Поэтому, разработка новой и эффективной технологии переработки некондиционных отходов различных производств, с получением целевых материалов и полуфабрикатов, представляет собой важную научно-экономическую и экологическую задачу.
Связь с планами научно-исследовательских работ. Диссертационная работа связана с планом выполнения НИР по гранту с АО «Национальное агентство по технологическому развитию» на тему «Создание технологии получения обожженных хромитовых окатышей из техногенных отходов для ферросплавного производства», по программе прикладных исследований МОН РК «Научная и (или) научно-техническая деятельность на 2012-2014 годы», приоритету «Глубокая переработка сырья и продукции» (№ гос. регистрации 0112РК02589) и планами госбюджетных НИР ЮКГУ им. М.Ауэзова.
Объект исследования. Некондиционная по гранулометрическому и химическому составу хромитовая руда и мелочь Кемпирсайского месторождения, шлам мокрой классификации стадии обогащения хромитового сырья, пыль аспирационная, образующаяся при обжиге хромитовых окатышей и ферросплавного производства, внутренние вскрышные породы угледобычи, пигменты получаемые из хромсодержащего сырья и их нанесение на хлопчатобумажную и смешанную тканевую основу.
Предмет исследования. Процессы механической, химической и термической обработки некондиционных отходов горно-обогатительных комбинатов хромитовых руд и угледобычи, а так же ферросплавного производства.
Цель и задачи исследования. Создание ресурсо и энергосберегающей технологии в производстве пигментов из обожженных углеродсодержащих хромитовых окатышей, и нанесение хромитового пигмента на хлопчатобумажную и смешанную тканевую основу.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
- увеличение содержания хрома в хромитовых техногенных отходах добычи и производства кондиционного сырья, путем введения в состав техногенных отходов поверхностно-активного вещества на основе внутренних вскрышных пород и металлургического кокса;
- выявление кинетических закономерностей процесса получения обожженных хромитовых окатышей, содержащих углерод;
- проведение исследования по получению пигментов на основе углеродсодержащего хромитового сырья с определением оптимальных условий синтеза и разработка технологической схемы производства;
- выявление возможности нанесения полученного пигмента содержащего поверхностно-активные модификаторы, придающие цветовую окраску и повышающие износостойкость и огнестойкость на хлопчатобумажную и смешанную тканевую основу.
Научная новизна исследования.
- современными методами физико-химических исследований (РФА, ДТА, ИКС, РЭМ, петрография) выявлены особенности минералогического состава и структуры мелочи хромитовых руд Кемпирсайского месторождения, образованных при подготовке сырья к переработке шламов мокрой классификации, некондиционного хромитового сырья представленной хромшпинелью, силикатами хрома и мангасалита являющиеся поверхно-активными модификаторами. Методом растровой (сканирующей) электронной микроскопии установлен характер распределения основных элементов хрома, железа, кальция, магния, кремния и алюминия в структуре некондиционной мелочи, хромитовой руды, хвостов обогащения, а также внутренних вскрышных пород. Исследованы процессы, проходящие на стадии приготовления смеси хромпика и борной кислоты для получения пигмента, включающий обжиг и размол полученной шихтовой смеси, промывку, фильтрацию и сушку полуфабриката, прокаливание оксида хрома в присутствии углерода активированного и в обожженных углеродсодержащих окатышах, повторную промывку, фильтрацию сушку и размол пигмента;
- установлены кинетические зависимости изменения содержания Cr2О3 от параметров временно-технологических процессов получения пигментов в присутствии поверхностно-активных модификаторов. В результате проведенных физико-химических и экспериментальных исследований предложен механизм процессов получения углеродсодержащих хромитовых окатышей с поверхносто-активными модификаторами, даны предложения по замене барабанного окомкователя на чашевый (тарельчатый) гранулятор, позволяющее получить более равномерное распределение твердого топлива и поверхностно-активных модификаторов, содержащихся в техногенных отходах по объему гранул;
- определены основные технологические и теплотехнические параметры получения углеродсодержащих хромитовых окатышей с поверхностно-активными модификаторами и изменение прочностных характеристик и остаточного содержания углерода в обожженных хромитовых окатышах;
- разработана принципиальная технологическая схема получения хромитовых пигментов содержащих поверхностно-активные модификаторы, позволяющих снизить содержание активированного угля за счет содержания углерода в хромитовых окатышах;
- отработаны и выявлены оптимальные параметры получения из хромпика и борной кислоты пигмента темно-зеленого цвета, содержащий в своей основе поверхностно-активные модификаторы с абразивными свойствами, такие как хромшпинель, силикаты хрома и мангасалиты;
- на печатной машине АФ ТОО «ШТФ Сауле» проведены исследования и выявлены оптимальные условия по нанесению покрасочного пигмента на хлопчатобумажную тканевую основу, показавшие принципиальную возможность применения пигмента, обладающего эксплуатационной стойкостью и противостоящий процессу возгорания.
Основные положения, выносимые на защиту:
- особенности химического, минералогического состава и структуры некондиционного хромитового сырья, шлама классификации и внутренних вскрышных пород угледобычи, позволяющий получить оптимальный состав шихты, содержащий поверхностно-активные модификаторы, к технологическому переделу;
- механическая и термическая подготовка углеродсодержащих хромитовых окатышей позволяющее повысить качество обожженных углеродсодержащих хромитовых окатышей и остаточное содержание углерода в них за счет поверхностно-активных модификаторов таких, как хромшпинель, силикаты хрома и мангасалиты;
- состав хромпика, содержащие поверхностно-активные модификаторы и соотношение борной кислоты для получения пигмента;
- разработана технологическая схема получения хромпика и пигмента содержащего поверхностно-активные модификаторы для нанесения его на хлопчатобумажную тканевую основу;
- данные результатов по получению обожженных углеродсодержащих окатышах в опытно-промышленных условиях ТОО «Сары-Тас удобрения» и нанесения красящей пасты на хлопчатобумажную тканевую основу в опытных условиях на промышленной технологической линии АФ ТОО «ШТФ Сауле».
- технико-экономическая эффективность разработанных технологий, обусловленая снижением затрат на производство хромитовых пигментов содержащих поверхностно-активные модификаторы в размере 510000 тенге на 1 тонну продукции.
Практическая значимость результатов исследований. В результате проведенных исследований определены оптимальные технологические параметры процессов получения обожженных углеродсодержащих хромитовых окатышей с дальнейшей переработкой их в хромитовые пигменты содержащие поверхностно-активные модификаторы, темно-зеленого цвета. Установленные оптимальные параметры нанесения пигментов на хлопчатобумажную и смешанную тканевую основу полностью соответствуют требованиям предъявляемые к текстильным пигментам и подтверждены результатами опытно-промышленных испытаний. На разработанные новые способы получения хромитовых окатышей была подана заявка на получение Евразийского патента РК на изобретения «Способ получения хромитовых окатышей».
Личный вклад докторанта состоит:
- в анализе и обобщении результатов аналитических исследований научной и патентной литературы по теме диссертации;
- подборе методов исследований и испытаний;
- проведении лабораторных исследований и участии в опытно-промышленных испытаниях по получению пигментов содержащих поверхностно-активные модификаторы и нанесению их на хлопчатобумажную и смешанную тканевую основу;
- оценке экономической эффективности новой технологии производства хромитовых пигментов из техногенных отходов, содержащие поверхностно-активные модификаторы.
Апробация результатов исследований. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях, научно-технических совещаниях предприятий и научных организаций, а также на научных семинарах кафедры Химическая технология неорганических веществ ЮКГУ им. М. Ауезова в период с 2012 по 2015 г. г.
Публикации результатов исследований. Результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в 10 научных работах, в том числе 4 работы в научных изданиях, рекомендуемых ККСОН МОН РК, 2 работы в научных изданиях, входящих в базу данных «Scopus»; 4 работы в сборниках международных научных конференций, в т. ч. 1 работа изданы за рубежом.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 111 страницах, содержит 40 таблиц, 17 рисунков. Работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников из 113 наименований и 4 приложений.
