Утилизация отхода котрельной пыли фосфорных производств.

Химия и химические технологии/5.Фундаментальные проблемы создания

новых материалов и технологий.

д.с.н., профессор Алдашов Б. А.; внс Синяева В. Т.

ТОО «Научно-исследовательский институт инновации и реинжиниринга»

Утилизация отхода котрельной пыли фосфорных производств.

Складирование отходов химической промышленности в настоящее время все увеличивается, тем самым увеличивается отрицательное воздействие (P₂O₅17- до 28 % в котрельной пыли), их на организм человека, просачиваясь в водоемы, отравляет птицу, рыбу, раздуваемые ветрами отравляют растительность и живность поедающих ее.

Нами проведены испытания отходов химической промышленности скопившиеся в большом количестве в отвалах, с большим содержанием питательных веществ для получения полноценных минеральных удобрений 3^хкомпонентных и с микроэлементами, так необходимых для растений.

Разработанный способ позволяет получить новое инновационное сложное минеральное удобрение – мелиорант аммофосогипс калийный с утилизацией отхода котрельной пыли фосфорных производств и возврата 50 % фосфогипса в производство удобрений.

Технологический процесс получения минерального удобрения – мелиоранта аммофосогипса калийного состоит из следующих стадий:

^{1-я стадия}^{Разложение смеси фоссырья Каратау и котрельной пыли серной кислотой в
присутствии омагниченной оборотной фосфорной кислоты, дополнительно содержащей
ионы}NH₄^{+, в
двухзонном сульфатном режиме.}

2-я стадия. Нейтрализация 1^го потока экстракционной пульпы (»50% полученной экстракционной пульпы) аммиаком.

3-я стадия. Упарка пульпы и сушка аммофосогипса калийного в сушильном шкафе.

4-я стадия. Сульфатизация 2^го потока экстракционной пульпы (обработка пульпы серной кислотой с концентрацией 92-94%).

Сульфатизация экстракционной пульпы позволяет провести следующие процессы:

1. Более высокую степень превращения CaSO₄·1/2H₂O в CaSO₄·2H₂O.

2. Улучшить разложение недоразложившейся части фоссырья и фосфатов примесей: Ca(Н₂PO₄)₂, Mg(Н₂PO₄)₂, FePO4×2H2O, AlPO₄×2H₂O,Al₂(Н₂PO₄)₂, Al(Н₂PO₄)₃, Fe PO₄, MgНPO₄ и на основе их плохо растворимые комплексные соединения, например Н₆(FePO₄)₃, Н₃(FePO₄)₂, а также образовавшиеся в присутствии иона NH₄⁺ аммофосфаты до сульфатов и фосфорной кислоты, то есть все соли, находящиеся в ЭФП, перевести в сульфаты.

Например:

Mg(Н₂PO₄)₂+ H₂SO₄=MgSO₄+ 2H₃PO₄

MgНPO₄+ H₂SO₄=MgSO₄+ H₃PO₄

Fe₃(PO₄)₂+3H₂SO₄=3FeSO₄+2H₃PO₄

FeHPO₄+H₂SO₄=FeSO₄+H₃PO₄

NH₄Н₂PO₄+ H₂SO₄= (NH₄)₂SO₄+2H₃PO₄

Ca (Н₂PO₄)₂+ H₂SO₄= CaSO₄+2H₃PO₄

Фторид аммония NH₄F и кремнефториды аммония, калия и натрия также переводятся до сульфата аммония, калия и натрия:

NH₄F+ H₂SO₄= (NH₄)₂SO₄+HF

(NH₄)₂SiF₆+ H₂SO₄= (NH₄)₂SO₄+SiF₄ +2HF

KSiF₆+ H₂SO₄= K₂SO₄+SiF₄+2HF

Na₂SiF₆+ H₂SO₄= Na₂SO₄+SiF₄+2HF

Благодаря сульфатизации весь калий переходит в жидкую фазу, то есть фосфорную кислоту. Таким образом, уменьшаются потери с фосфогипсом.

3. Снижение растворимости сульфатов, кальция, магния, железа, алюминия и др., улучшение их кристаллизации и высаливание.

Так как в фосфорнокислотном растворе присутствует MgSO₄, (NH₄)₂SO₄, К₂SO₄ и NaSO₄, то растворимость сульфатов всех примесей уменьшается в несколько раз.

Например, при содержании в фосфорнокислом растворе 6% H₂SO₄, то есть 5% SO₃, растворимость CaSO₄·2H₂O составляет 0,26% (Б.А. Копылев «Технология экстракционной фосфорной кислоты», г. Ленинград, «Химия», 1981г, стр.51). В зоне сульфатизации, где содержание SO₃ в жидкой фазе пульпы высокое – 5–7%, ионы аммония NH₄⁺ будут находиться в виде (NH₄)₂SO₄.

В присутствии же (NH₄)₂SO₄растворимость CaSO₄·2H₂O в фосфорнокислотных растворах уменьшается в 5-7 раз.

То есть, находясь в этой зоне в виде (NH₄)₂SO₄, ион NH₄⁺ играет роль ингибитора растворимости CaSO₄·2H₂O, то есть является в этих условиях катализатором кристаллизации CaSO₄·2H₂O, что и необходимо для этой зоны.

В фосфорнокислотных растворах, содержащих CaSO₄·2H₂O и MgSO₄, растворимость обоих сульфатов в несколько раз меньше, чем в отсутствие MgSO₄.

Ввиду всего этого в этой зоне идет интенсивная кристаллизация всех сульфатов и высаливание их.

4. Резкое повышение реакционной активности экстракционной фосфорной кислоты ввиду разложения серной кислотой фосфатов всех примесей до сульфатов с последующим высаливанием их. Нейтрализация ЭФК этими фосфатами, особенно фосфатами магния, значительно устраняется.

5. Снижение вязкости фосфорной кислоты в экстракционной пульпе, что значительно интенсифицирует процесс дефторирования в газовую фазу в виде HFи SiF₄, а также процесс фильтрации экстракционной пульпы.

6. Интенсивныые дефторирования в газовую фазу в виде HF и SiF₄ ввиду снижения вязкости фосфорной кислоты в экстракционной пульпе.

7. Очистку жидкой фазы экстракционной фосфорной пульпы от CaSO₄·2H₂O (в фосфорокислотном растворе при SO₃H₂SO₄содержание его составляет всего лишь 0,26%).

Это позволит существенно сократить его отложения на стенках аппаратов и коммуникаций при фильтрации и промывке твердого осадка.

8. Интенсифицировать процесс разложения фосфорита за счет:

8.1. Повышения концентрации и реакционной активности оборотной фосфорной кислоты.

8.2. Устранения локальных пресыщений иона SO₄^-2, так как содержащаяся в оборотной фосфорной кислоте серная кислота равномерно распределяется по всей зоне интенсивного разложения фосфорита.

9. Почти полностью устранить потери P₂O₅ из-за:

9.1. Недоразложения части фосфорита и потерь с фосфогипсом выкристаллизованных фосфатов примесей.

9.2. Изоморфно сокристаллизованной сульфатом кальция P₂O₅ в виде HPO₄^-.

5-я стадия. Магнитная обработка сульфатизированной экстракционной пульпы.

Магнитная обработка пульпы дает возможность:

1. Интенсифицировать процесс кристаллизации всех солей, находящихся в пульпе.

Активизировать образование центров кристаллизации, процесс роста кристаллов, их высаливания из фосфорнокислого раствора, что повышает степень очистки его от соли и концентрацию P₂O₅ в жидкой фазе пульпы.

Положительную роль в усилении этих процессов играют частицы SiО₂ и сульфата железа, содержащиеся в экстракционной пульпе.

Наличие ионов железа и частиц SiО₂ в пульпе повышает магнитную восприимчивость ее, из-за чего возрастает эффект воздействия магнитного поля.

Повысить реакционную активность омагниченной оборотной фосфорной кислоты на стадии разложения фоссырья за счет увеличения подвижности молекул воды, кислоты и их ионов H⁺ и OH⁺, H⁺ и H₂PO^-₄.

6-я стадия. Фильтрация сульфатизированной пульпы.

При проведении экспериментов без магнитной обработки экстракционной пульпы (существующий метод получения удобрений), кристаллы образовывались мелкие, что было видно в микроскоп, фильтрация пульпы замедлялась, и содержание Р₂О₅в фосфогипсе увеличивалось.

Было проведено сравнение скорости экстракционной пульпы, отобранной на ТОО «Казфосфат» минудобрении и омагниченной сульфатизированной экстракционной пульпы разработанного способа. Скорость фильтрации пульпы разработанного способа фильтровалось с большей скоростью. Размеры кристаллов СаSO₄· 2Н₂О были намного больше, чем у контрольной пульпы.

Литература:

1. Алдашов Б.А. ЛисицаВ.И. «Утилизация отходов переработки фосфоритов Каратау – путь к конкурентоспособной экономике и оздоровлению экологии». Монография. Алматы, «Ғылым» 2007г. 25п.л.

2. Алдашов Б.А. ЛисицаВ.И. «Инновационные технологии химической переработки фосфоритов Каратау и утилизации фосфорсодержащих отходов». Монография. Алматы, «Ғылым» 2006г. 16п.л. (в соавторстве Лисица В.И.)