Влияние гидрофильных коллоидов на сгущение и промывку красных шламов из низкокремнистых бокситов

Таким образом, проведенное исследование показало, что 2-гидроксиэтиламмониевые ионные жидкости позволяют интенсифицировать процесс выращивания спиртовых дрожжей ЭассЬаготусвз сегвчШав расы XII, что выражается в приросте биомассы, повышении числа живых и почкующихся клеток, увеличении содержания белковых соединений в клетке. Положительное влияние ионных жидкостей на клетки дрожжей позволяет увеличить глубину сбраживания сахаров и усилить спиртообразование. Использование исследованных биостимуляторов в производстве

спирта и биотоплива, а также кормовых и хлебопекарных дрожжей дает возможность повысить эффективность процессов и выходы целевых продуктов на единицу массы затраченного сахара. Преимуществом исследованных биостимуляторов является их доступность, низкая стоимость, хорошая растворимость в воде, устойчивость при хранении, нетоксичность, эффективность в низких (1-10-4—1  10-8 % масс) концентрациях.

Статья поступила 05.10.2015 г.

Библиографический список

1. Алканоламмониевые соли органилсульфа-нил(суль-фонил)уксусных кислот - новые стимуляторы биологических процессов / А.Н. Мирскова, Г.Г. Левковская, Р.Г. Мирсков, М.Г. Воронков // Журнал органической химии. 2008. Т. 44. Вып. 10. С. 1501-1508.

2. Бузун Г.А., Джемухадзе К.М., Милешко Л.Ф. Определение белка в растениях с помощью амидо-черного // Физиология растений. 1982. Т. 29. Вып. 1. С. 196-204.

3. Влияние протонных ионных жидкостей на бродильную активность спиртовых дрожжей / К.В. Молокова, Е.А. Привалова, С.Н. Адамович, А.Н. Мирскова, Р.Г. Мирсков // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2014. № 1 (6). С. 70-74.

4. Использование биологически активных соединений в качестве стимуляторов роста стафилококков / А.Н. Мирскова, М.Ф. Савченков, А.В. Духанина, С.Н. Адамович, Р.Г. Мирсков, Н.Ф. Крюкова // Сибирский медицинский

журнал. 2014. № 2. С. 75-79.

5. Качмазов Г.С. Дрожжи бродильных производств. Практическое руководство: учеб. пособие. СПб.: Лань, 2012. 224 с.

6. Перспективные стимуляторы повышения выхода бактерийной массы Staphylococcus aureus (для получения протеина А) / С.Н. Адамович, А.П. Федосеев, Р.В. Киборт, Р.Г. Мирсков, А.Н. Мирскова // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2012. № 5 (87). Ч. 1. С. 173-176.

7. Стимуляторы роста менингококка на основе солей 2-гидроксиалкиламинов / А.Н. Мирскова, С.Н. Адамович, Е.Я. Виноградов, Р.Г. Мирсков // Бюл. ВСНЦ СО РАМН. 2012. № 5 (87). Ч. 1. С. 276-280.

8. Яровенко В.Л., Маринченко В.А. Технология спирта. М.: Колос, 2001. 464 с.

9. Dubois M. Colorimetric method for determination of sugars and related substances // Analyt. Chem. 1956. V. 28. P. 350-356.

УДК 669.71

ВЛИЯНИЕ ГИДРОФИЛЬНЫХ КОЛЛОИДОВ НА СГУЩЕНИЕ И ПРОМЫВКУ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ИЗ НИЗКОКРЕМНИСТЫХ БОКСИТОВ

© В.И. Саламатов1, Б.А. Байбородин2, О.И. Рандин3, О.В. Саламатов4

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены результаты исследования процессов сгущения и промывки низкокремнистых красных шламов с применением гидрофильных коллоидов (крахмал, мука). Исследовано влияние гидрофильных коллоидов на агрега-тивную и кинетическую устойчивость шламистых пульп красных шламов. Показано, что обработка пульп гидрофильными коллоидами в оптимальной дозировке обеспечивает рост скорости осветления как в процессе сгущения, так и в процессе декантационной противоточной промывки осадков красных шламов. Установлено, что гидрофильные коллоиды оказывают влияние на сорбционные свойства красных шламов, образуя на границе раздела фаз нерастворимые тонкие гидрофобные пленки.

Ключевые слова: гидрофильные коллоиды; сгущение; декантационная промывка; красный шлам.

1Саламатов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов, тел.: 89149367088, e-mail: salamatov_52@mail.ru

Salamatov Viktor, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building Technologies and Materials, tel.: 89149367088, e-mail: salamatov_52@mail.ru

2Байбородин Борис Алексеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой мировой экономики, тел.: (3952) 344515, e-mail: auto@istu.edu

Bayborodin Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of World Economy, tel.: (3952) 344515, e-mail: auto@istu.edu

3Рандин Олег Иванович, кандидат химических наук, доцент кафедры информатики, тел.: 89041259 544, e-mail: auto@istu.edu Randin Oleg, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Computer Science, tel.: 89041259544, e-mail: auto@istu.edu

4Саламатов Олег Викторович, аспирант, тел.: 89086547000, e-mail: auto@istu.edu Salamatov Oleg, Postgraduate, tel.: 89086547000, e-mail: auto@istu.edu

HYDROPHILIC COLLOID EFFECT ON THICKENING AND WASHING OF LOW-SILICA BAUXITE RED MUDS V.I. Salamatov, B.A. Bayborodin, O.I. Randin, O.V. Salamatov

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article reports on the results of studying the processes of low-silica red mud thickening and washing with the use of hydrophilic colloids (starch, flour). It examines the influence of hydrophilic colloids on aggregative and kinetic stability of red mud slime pulp. It has been shown that slime pulp treatment with hydrophilic colloids in an optimal dosage increases the clarification rate in the process of thickening as well as during decanter countercurrent washing of red mud sediments. It is found that hydrophilic colloids affect sorption properties of red muds by forming insoluble thin hydrophobic films on the phase boundary.

Keywords: hydrophilic colloids; thickening; decanter washing; red mud.

В настоящее время после глубокой технологической переработки [1] разнообразного рудного сырья на передел обезвоживания направляются значительные объемы высокодисперсных пульп. При этом эффективность сгущения и промывки определяется не только рациональной схемой расположения аппаратов [2], но и возможностью воздействовать на физико-химические свойства пульп с помощью различных химических добавок [3]. В качестве таких добавок могут использоваться гидрофильные коллоиды (ржаная мука, крахмал, танин, ВЛ, КЛЖ, М-42 и др.). Наиболее перспективными из них являются мука и крахмал.

Красный шлам Богословского алюминиевого завода (БАЗ) образуется в процессе автоклавного выщелачивания Североуральских низкокремнистых бокситов. Остаток от выщелачивания (красный шлам) подвергается сгущению и промывке в механических сгустителях по схеме противоточной декантации.

В лабораторных условиях выщелачивание байе-ровских бокситов проводили при следующих условиях: исходная концентрация щелочного алюминатного раствора по Na2O - 300 г/л, отношение Ж:Т=3,5:1, давление пара в автоклавах около 20 атм, продолжительность варки 2,5 ч, каустическое отношение раствора после выщелачивания около 1,8-1,9.

В процессе автоклавного выщелачивания частицы боксита подвергаются заметному диспергированию, при этом образуются частицы красного шлама тоньше 50 мк (содержание фракции - 5 мк составляет 50% и выше). В процессе сгущения пульп красных шламов наблюдается достаточно медленное осветление, что объясняется не только тонкодисперсным их состоянием, но и агрегативной устойчивостью частиц шлама, а также степенью их гидратаций. В настоящее время можно считать доказанным [4], что эти затруднения обусловлены минералогическими формами оксидов железа и алюмосиликатов.

Для интенсификации процесса сгущения и промывки красных шламов БАЗа были испытаны гидрофильные коллоиды (мука, крахмал). Гидрофильные коллоиды по отношению к техническим суспензиям могут оказывать защитное стабилизирующее и коагулирующее действие. Защитное действие гидрофильных коллоидов связано с образованием пленов, что в свою очередь обеспечивает дисперсным частицам агрегативную устойчивость. Гидрофильные коллоиды ослабляют сплошные структуры и влияют на кинетическую устойчивость пульп, что сопровождается ро-

стом скорости осветления. Коагулирующее действие гидрофильных коллоидов проявляется также в том, что они могут связывать ионы, стабилизирующие суспензии.

Природный крахмал является высокомолекулярным коллоидным веществом. Часть крахмала (амило-пектин), связанная с фосфором в виде кислых эфиров фосфорной кислоты, имеет длинные цепи главных валентностей и в воде набухает без перехода в золь. Вторая часть крахмала (амилоза) переходит в золь. Амилопектин при взаимодействии с золем амилозы образует густую клейкую массу. В растворах электролитов оклейстеривание происходит с большей скоростью.

Мука является природным протеином, содержащая белковые вещества (глютенин, глиадин). Присутствие белков обеспечивает муку свойством оказывать влияние на уплотнение технических пульп.

Глютенин обладает высокой гидрофильностью и набухаемостью, он связывает клейковину и придает ей клейкость. Хрупкий, слабо набухающий глютенин придает клейковине жесткость. Клейковина муки примерно на 80% состоит из белков.

Опыты по сгущению и промывке осадкой красного шлама проводили с разбавленной автоклавной пульпой (120-140 г/л) по Na2O, отношение Ж:Т=18-20:1. Приготовленные пульпы сгущались в цилиндрах, помещенных в термостат.

Рабочий раствор коагулянтов готовился на воде. В водном растворе макромолекулы белка сохраняют разветвленную структуру, что положительно сказывается на их поглотительной способности по отношению к потенциалопределяющим ионам.

При каустической щелочности растворов 130 г/л по Na2O крахмал быстро оклейстеривается, а затем и расщепляется с поглощением щелочи с образованием соединения типа С6Н10О5*NaOH. Крахмал, содержащийся в муке, испытывает аналогичные изменения.

Устойчивость рассматриваемых гидрофильных коллоидов в щелочной среде снижается, что способствует сорбции их взвешенными частицами, благодаря чему усиливается их действие на агрегативную устойчивость щелочных пульп.

Мука и крахмал оказывают значительное влияние на скорость осветления низкокремнистых байеровских красных шламов (рис. 1).

Крахмал по сравнению с мукой является более сильным коагулянтом (рис. 1, кривая 2).

Расход коагулянта

Рис. 1. Влияние муки и крахмала на сгущение красных шламов из низкокремнистых бокситов:

1 - добавка муки; 2 - добавка крахмала

Положительное влияние оказывает применение гидрофильных коллоидов в ходе противоточной промывки красных шламов. На рис. 2 представлены результаты декантационной противоточной промывки пульп, обработанных на стадии сгущения мукой в оптимальной дозировке. Как видно, на всех ступенях промывки отмечается рост скорости осветления пульп с добавкой коагулянта (рис. 2, кривая 2) в сравнении с процессом промывки пульп, необработанных мукой (рис. 2, кривая 1).

Влияние муки и крахмала на агрегативную устойчивость пульп красных шламов БАЗа связано с сорбцией их частицами дисперсной фазы. Сорбированные гидрофильные коллоиды не удаляются с поверхности частиц даже при длительной промывке и не вытесня-

ются из сорбционного слоя другими коллоидами.

Необратимость сорбции муки и крахмала объясняется образованием на границе раздела фаз нерастворимых тонких сравнительно гидрофобных пленок. Следовательно, можно предположить, что в результате сорбции гидрофильных коллоидов будет меняться сорбционная способность частиц красного шлама в отношении алюминатного щелочного раствора.

С этой целью в лабораторных условиях был проведен эксперимент по отмывке алюминатного раствора из осадков красного шлама в ходе четырехкратной прямоточной декантационной промывки с использованием муки, которая вводилась в оптимальной дозировке на стадии сгущения. После каждой ступени промывки отбирались образцы красного шлама.

35

30

25

к s

X

«U I

ш г

m —

О § 15

Л с

U О о. о ¡£ и

10 5

о

0 1 2 3 4 5

Номер ступени ,

Рис. 2. Влияние муки на скорость осветления по ступеням четырехкратной противоточной промывки красных шламов из низкокремнистых бокситов: 1 - без флокулянта; 2 - с добавкой муки

ю

о

4000 3500 3000 2500

Частота, см"1

Рис. 3. НК-спектры исследованных красных шламовЩ - полоса поглощения щелочи NaOH

Результаты эксперимента оценивались с помощью инфракрасной спектроскопии. На рис. 3 приведены ИК-спектры исследованных красных шламов в области 2000-4000 см-1. Данная область спектра является очень информативной в отношении таких веществ, какими являются шламы. Здесь наблюдаются характеристические полосы поглощения, относящиеся к колебаниям ОН-групп, входящих в состав красного шлама щелочи NaOH (3690 см-1), гидраргиллита AЮOH (3270, 3080 см-1) и влаги Н2О (3420 см-1). Полосы поглощения при 3690, 3270 и 3080 см-1 характеризуют структурную влагу, т.е. те молекулы воды, которые химически связаны со структурными составляющими шламов. Полоса поглощения при 3420 см-1 главным образом характеризуется как связанная за счет физических и механических взаимодействий с пористыми шламами влага.

Степень извлечения или отмывки щелочно-алюминатного раствора оценивалась при помощи сравнения оптических плотностей вышеназванных полос поглощения. Оптическая плотность О вычисляется по формуле

//,

где ]0 - интенсивность светового луча до прохождения слоя вещества; J - интенсивность светового луча после прохождения слоя вещества.

Возможность сопоставления такой величины обусловлена тем, что при ИК-спектроскопическом исследовании образцов красного шлама в каждой серии брались одинаковые навески красного шлама (0,03 г) и соли КВг (1,96 г).

Как показывает эксперимент, в присутствии фло-кулянта оптическая плотность полос поглощения из-

меняется неоднозначно. Наиболее интенсивно - для полос поглощения 1/2 и менее значительно - для других полос. В присутствии муки отмывка ценных компонентов из красного шлама даже при однократной отмывке идет интенсивнее, чем без флокулянта при четырехкратной промывке. Так, после первой ступени оптическая плотность полос поглощения составила 0,141 без флокулянта и 0,082 для муки, для второй -0,193 без флокулянта и 0,113 для муки, для третьей -соответственно 0,224 и 0,129 и, наконец, для четвертой - 0,125 без флокулянта и 0,095 для муки.

Несколько ниже влияние муки на снижение содержания гидраргиллита AЮOH. Так, оптическая плотность полос поглощения У3 изменяется от первой ступени к последней от 0,196 до 0,211 без флокулян-та, достигая максимального значения для 3-й ступени (Д=0,237). Для муки эти значения составили: для первой ступени 0,187 и 0,209 для четвертой. Положительный эффект отмечается в случае использования муки и в отношении поглощения щелочи. Так, значение Д для полосы поглощения У1 к концу промывки для частиц красного шлама составило 0,029 без флокулянта и 0,028 с применением муки.

Таким образом, по результатам исследования влияния гидрофильных коллоидов на процессы сгущения и промывку низкокремнистых красных шламов можно сделать следующие выводы:

1. Гидрофильные коллоиды (крахмал, мука) оказывают влияние на агрегативную и кинетическую устойчивость пульп красных шламов, что сопровождается ростом скорости осветления.

2. Гидрофильные коллоиды (крахмал, мука) понижают сорбционную способность красного шлама в отношении алюминатного щелочного раствора.

Статья поступила 08.10.2015 г.

Библиографический список

1. Черняк А.С., Аренс В.Ж. Внедрение химии и микробиологии в технологию горного дела: состояние и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2006. № 3 (27). С. 17-23.

2. Саламатов В.И., Пунишко О.А., Саламатов О.В. Расчет незамкнутых схем противотока с законченным циклом промывки в сгустителях с использованием оборотной воды в

К-ом промывателе // Вестник ИрГТУ. 2003. № 2 (27). С. 60-63.

3. Авдохин В.М. Основы обогащения полезных ископаемых. М.: Изд-во МГГУ, 2006. Т.1. 416 с.

4. Скобеев Н.К. Вопросы производства глинозема. М.: Гос-гортехиздат, 1963. 237 с.

УДК 546.97:541.49:542.941.7

АСИММЕТРИЧЕСКОЕ ГИДРИРОВАНИЕ а-АЦЕТАМИДОКОРИЧНОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ ЭФИРА НА НАНОЧАСТИЦАХ ПАЛЛАДИЯ С ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ МОДИФИКАТОРАМИ

© В.О. Страхов1, Е.М. Тулохонов2, С.Ч. Ванзаракшаева3, П.С. Эндерс4, С.С. Колесников5, Л.О. Ниндакова6

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Показано, что каталитическая система Pd(AcAc)2 - mod - H2, где mod - (8Б,9Р)-цинхонидин, Cin и его протежированные производные Cin*HCl и Cin*2HCl, проявляет каталитическую активность в асимметрическом гидрировании а-ацетамидокоричной кислоты (ААКК) и ее метилового эфира при комнатной температуре и давлении Н 2 5 атм. В присутствии протонированных форм цинхонидина как модификатора каталитической системы Pd(AcAc)2 -mod - H2 наблюдалась реакция этерификации либо ААКК, либо N-ацетилфенилаланина (АФА) в зависимости от исходной концентрации субстрата. Избыток R(-) - энантиомера N-ацетилфенилаланина достигает 85% на системе Pd(Acac)2 - mod - H2 при отношении (-)-Cin/Pd=1,5, тогда как протонированные формы хинного алкалоида в качестве модификаторов каталитической системы показывают меньшую эффективность в отношении хиральной индукции. С применением РФА и ПЭМ ВР установлено формирование наночастиц палладия со средними размерами 6,0 ± 0,9 нм и 4,3 ± 1 нм соответственно, для систем Pd^cfe - (-)-Cin - H2 и Pd(Acac)2 - (-)-Cin *HCl - H2.

Ключевые слова: наночастицы палладия; цинхонидин; гидрирование; ацетофенон.

ASYMMETRIC HYDROGENATION OF a-ACETAMIDOCINNAMIC ACID AND ITS ESTER ON PALLADIUM NANOPARTICLES WITH OPTICALLY ACTIVE MODIFIERS

V.O. Strakhov, E.M. Tulokhonov, S.Ch. Vanzarakshaeva, P.S. Enders, S.S. Kolesnikov, L.O. Nindakova

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The catalytic system Pd(Acac)2 - mod - H2, where mod is (8S,9R)-cinchonidine, Cin and its protonated derivatives Cin* HCl and Cin*2HCl is shown to be catalytically active in asymmetric hydrogenation of а-acetamidocinnamic acid (AACA) and its methyl ester at the room temperature and pressure of H2 5 atm. In the presence of protonated forms of cinchoni-dine as a modifier of the catalytic system Pd(Acac)2 - mod - H2 the esterification reaction of either AACA or N-acetylphenylalanine (APA) is observed depending on the initial substrate concentration. Enantiomeric excess of R(-)-N-acetylphenylalanine reaches 85% in the system Pd(Acac)2 - mod - H2 at the ratio of (-)-Cin/Pd=1.5, whereas the protonated forms of cinchona alkaloids as catalytic system modifiers show a lower efficiency in chiral induction. The formation of palladium nanoparticles with the average sizes of 6.0 ± 0.9 nm and 4.3 ± 1 nm, respectively, has been ident i-fied for the systems Pd(Acac)2 - (-)-Cin - H2 and Pd(AcAc)2 - (-)-Cin*HCl - H2 using X-ray phase analysis and high resolution transmission electron microscopy.

Keywords: palladium nanoparticles; cinchonidine; hydrogenation; acetophenone.

1Страхов Василий Олегович, аспирант, тел.: 89648115295, e-mail: v.strakhov@mail.ru

Strakhov Vasilii, Postgraduate, tel.: 89648115295, e-mail: v.strakhov@mail.ru

2Тулохонов Евгений Михайлович, студент, тел.: 89834417444, e-mail: evgentulokhonov@gmail.com

Tulokhonov Evgenii, Student, tel.: 89834417444, e-mail: evgentulokhonov@gmail.com

3Ванзаракшаева Сарюна Чингизовна, студентка, тел.: 89834625741, e-mail: svanzarakshaeva@yandex.ru

Vanzarakshaeva Sariuna, Student, tel.: 89834625741, e-mail: svanzarakshaeva@yandex.ru

4Эндерс Павел Сергеевич, студент, тел.: 89248274770, e-mail: enders-pavel@ya.ru

Enders Pavel, Student, tel.: 89248274770, e-mail: enders-pavel@ya.ru

5Колесников Сергей Сергеевич, ведущий инженер Физико-технического института, тел.: 89501265890, e-mail: kss11_74@mail.ru

Kolesnikov Sergei, Leading engineer of Physico-Technical Institute, tel.: 89501265890, e-mail: kss11_74@mail.ru

6Ниндакова Лидия Очировна, доктор химических наук, профессор кафедры квантовой физики и нанотехнологий,

тел.: (3952) 405691, e-mail: nindakova@istu.edu

Nindakova Lidiya, Doctor of Chemistry, Professor of the Department quantum physics and the Nanotechnology Department of INRTU, tel.: (3952) 405691, e-mail: nindakova@istu.edu