КІНЕТИКА ОСАДЖЕННЯ КАРБОНАТУ КАЛЬЦІЮ ЯК ТОВАРНОГО ПРОДУКТУ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДХОДІВ СОДОВОЇ ГАЛУЗІ
DOI:
https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-3-191-57-63Ключові слова:
карбонат кальцію, осадження, відходи, содове виробництво, кінетикаАнотація
У статті розглянуто кінетичні дослідження процесу осадження кальцій карбонату з відходів содової галузі. Через особливості технологій у циклах відповідних содових виробництв утворюється велика кількість рідинних відходів, які зберігаються у шламонакопичувачах або скидаються до природних водоймищ, створюючи екологічну небезпеку для довкілля. Актуальним завданням є розроблення способів утилізації відходів содової галузі з одержанням товарних продуктів. Таким продуктом може стати хімічно осаджений карбонат кальцію, який широко використовується як мінеральний наповнювач для створення різних матеріалів. Зазвичай хімічно осаджений СаСО3 одержують вапняним способом шляхом карбонізації суспензії кальцій гідроксиду газоподібним карбон (IV) оксидом. Даний спосіб має низку недоліків, що не дає можливість отримати продукт високої якості. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень встановлено, що одержати хімічно осаджений кальцій карбонат потрібної якості можливо, якщо осадження проводити з чистих розчинів, які містять добре розчинні солі кальцію. Як вихідну сировину запропоновано використовувати розчини-відходи содової галузі: освітлену дистилерну рідину виробництва натрій карбонату (кальцинованої соди) та надлишковий маточний розчин виробництва гідрокарбонату натрію (харчової соди). Під час досліджень визначено основні кінетичні характеристики (порядок реакції, константу швидкості, енергію активації) та отримано кінетичне рівняння процесу осадження СаСО3 з вихідних розчинів. Це дало можливість визначити механізм і оптимальні технологічні умови одержання продукту. Кінетику утворення осаду кальцій карбонату вивчали шляхом встановлення залежності ступеня осадження вихідних речовин (у перерахунку на іони Са2+) від часу та температури процесу при одночасному змішуванні дистилерної рідини з надлишковим маточним розчином при стехіометричному співвідношенні реагентів. Осадження проводили від 1 до 10 хвилин. Встановлено, що процес утворення СаСО3 описується кінетичним рівнянням другого порядку. Значення констант швидкості при температурах 323, 343 та 363 К дорівнюють 0,0492, 0,0758 та 0,1258 моль-1·дм3·с-1 відповідно. При цьому середня відносна похибка розрахунків не перевищує 10 %. Енергія активації процесу осадження становить 22,824 кДж/моль. Величина енергії активації свідчить, що процес осадження кальцій карбонату протікає у дифузійно-кінетичній області. Отже, швидкість процесу осадження СаСО3 буде залежати від пересичення й складу вихідних розчинів, інтенсивності перемішування реакційної суміші та температури процесу.
Посилання
Soda Ash Market: Global Industry Trends, Share, Size, Growth, Opportunity and Forecast 2025–2033. Report. Retrieved from: http://surl.li/qtgio.
Czaplicka, N., Konopacka-Łyskawa, D. (2019). Studies on the utilization of post-distillation liquid from Solvay process to carbon dioxide capture and storage. SN Applied Sciences, 1, 431. https://doi.org/10.1007/s42452-019-0455-y.
Bonfim-Rocha, L., Batista Silva, A., de Faria, S. H.B., Vieiraand, M. F, & de Souza, M. (2019). Production of Sodium Bicarbonate from CO2 Reuse Processes: A Brief Review. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 18(1), 20180318. https://doi.org/10.1515/ijcre-2018-0318.
Cichosz, М., Kiełkowska, U., Skowron, K., Kiedzik, Ł., Łazarski, S., Szkudlarek, M., … Żurawski, D. (2022). Changes in Synthetic Soda Ash Production and Its Consequences for the Environment. Materials, 15, 4828. https://doi.org/10.3390/ma15144828.
Erdogan, N., & Eken, H. A. (2017). Precipitated calcium carbonate production, synthesis and properties. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 53(1), 57–68. https://doi.org/10.5277/ppmp170105.
Jimoh, O. A., Ariffin, K. S., Hussin, H. B., & Temitope, А. Е. (2018). Synthesis of precipitated calcium carbonate: a review. Carbonates Evaporites, 33, 331–346. https://doi.org/10.1007/s13146-017-0341-x.
Mufrodi, Z., Shitophyta, L. M., Sulistyo, H., & Rochmadi, A. M. (2023). Reaction of Carbon Dioxide Gas Absorption with Suspension of Calcium Hydroxide in Slurry Reactor. Emerging Science Journal, 7(2), 28–338. https://doi.org/10.28991/ESJ-2023-07-02-02.
Ramakrishna, C., Thenepalli, T., & Ahn, J. W. (2017). Evaluation of Various Synthesis Methods for Calcite-Precipitated Calcium Carbonate (PCC) Formatio. Korean Chemical Engineering Research, 55(3), 279–286. https://doi.org/10.9713/kcer.2017.55.3.279.
Yang, А., Huang, Z., Zhu, Y., Han, Y., & Tong, Z. (2021). Preparation of nano-sized calcium carbonate in solution mixing process. Journal of Crystal Growth, 571, 126247. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2021.126247.
Farrag, N. M., Bayoumi, R. A., & Mohamed, T. A. (2022). Factorial analysis of nano-precipitated calcium carbonate via a carbonation route using Solvay wastewater. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 6, 100236. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2022.100236.
Czaplicka, N., Konopacka-Łyskawa, D., Lewandowska, P., Łapiński, M., & Bray, R. (2021). Influence of selected CO2 absorption promoters on the characteristics of calcium carbonate particles produced by carbonation of the post-distillation liquid from the Solvay process. Powder Technology, 391, 432–441. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.06.042.
Mykhailova Е. О. Environmental safety issues in soda ash production. Problems of ecological safety. Collection of abstracts XV International scientific and technical conference, October 11–13, 2017. Kremenchuk : Mykhailo Ostrohradskyi Kremenchuk National University, 2017, р. 52.
Mykhaylova, E. O., Moroz, M. O., & Sincheskul, О. L. (2017). Chemical precipitation of various crystalline modifications of calcium carbonate. Bulletin of NTU “KhPI”. Series : Chemistry, Chemical Engineering and Ecology, 48(1269), 68–73.
Mykhailova, E. O., Moroz, M. O., Markov, N. B., & Bagrova I. V. (2019). Research and modeling of physical and chemical characteristics of chemical precipitated calcium carbonate. Scientific notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: technical science, 30 (69), 2, 2, 108–112.
Mullin J. W. (2001). Crystallization. Oxford: Butterworth-Heinemann. 600 р. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-4833-2.X5000-1.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому збірнику, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY-NC-ND 4.0 (із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Без Похідних 4.0 Міжнародна), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
