Лекція 8 утилізація відходів переробки фосфорної сировини

1. Методи хімічної переробки природних фосфатів

2. Відходи виробництва, їх хімічний склад

3. Шляхи утилізації фосфогіпсу

4. Переробка фосфоангідриту

5. Утилізація шламів, ферофосфору, пилу та газів

6. Утилізація шлаків

Основна кількість фосфатних руд призначена для виробництва фосфорних мінеральних добрив, фосфору та його сполук. Найбільш важливі із них – апатитові та фосфоритові руди, які містять мінерали апатитової групи і мінерали-домішки (апатит – Сa₅(F,OH)[PO₄]₃; фосфорит – це суміш апатитів з карбонатами, піском і глиною).

Утворення твердих відходів у виробництві мінеральних добрив, як і в інших галузях промисловості, обумовлено наявністю різних домішок у вихідній сировині та відсутністю технології комплексної її переробки.

1 Методи хімічної переробки природних фосфатів

У залежності від складу руди та деяких інших факторів застосовують різні методи переробки природних фосфатів. Як правило, руду попередньо подрібнюють і збагачують. Процеси збагачування руд супроводжуються утворенням великої кількості твердих відходів у вигляді хвостів і пилу.

Концентрати фосфорної сировини переробляються двома хімічними методами.

Перший метод – екстракційний метод переробки фосфатів з одержанням фосфорної кислоти, яка необхідна для виробництва різних продуктів, в тому числі і мінеральних добрив. Даний метод полягає в розкладі природних фосфатів сірчаною і фосфорною кислотами:

Са₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + nH₃PO₄ = (n + 3)H₃PO₄ + +5CaSO₄↓ + HF

з наступним розділенням на фільтрах утвореної кислоти та нерозчиненого осаду СaSO₄.

Другий метод – термічний метод переробки сировини з одержанням елементарного фосфору в умовах електротермічного відновлення коксом в присутності кремнезему (SiO₂) природних фосфатів при температурах 1400-1600⁰С:

2Са₃(PO₄)₂ + 10C + nSiO₂ = P₄ + 10CO + 6CaO·nSiO₂

Значна маса виробленого фосфору переробляється на фосфорну кислоту та фосфорні добрива на її основі.

Фосфорна кислота одержується при спалюванні фосфору до фосфорного ангідриту

4P + 5O₂ = 2P₂O₅

і подальшій його гідратації

P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄

Суперфосфати одержують з природних фосфатів (апатитів і фосфоритів) або з апатитового концентрату при їх обробці сірчаною кислотою:

Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ = Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄

2 Відходи виробництва, їх хімічний склад

Основними відходами переробки фосфатів є відходи виробництва фосфорної кислоти. Твердими відходами виробництва фосфорної кислоти екстракційним методом є фосфогіпс – сульфат кальцію з домішками фосфатів. В залежності від умов одержання фосфорної кислоти в осаді утворюються дігідрат СaSO₄•2H₂O, напівгідрат СaSO₄•0,5H₂O та безводний сульфат СaSO₄, що дає назву продуктам - фосфогіпс, фосфонапівгідрат і фосфоангідрит.

Дані відходи мають вигляд дрібного кристалічного порошку, який комкується і має вологість до 25-40% (в залежності від умов одержання фосфорної кислоти). Основні домішки в них складають непрореаговані фосфати, деякі оксиди, сполуки фтору та стронцію, невідмита фосфорна кислота, органічні речовини, також присутні сполуки марганцю, молібдену, кобальту, цинку, міді, рідкісноземельних і деяких інших елементів.

На 1 т Р₂О₅ в фосфорній кислоті утворюється 3,6-6,3 тонни фосфогіпсу залежності від вихідної сировини.

При виробництві фосфорної кислоти термічним методом утворюються шлами, які містять фосфор, пил, сажу, SiO₂, СаО; ферофосфор, вихід якого залежить від вмісту у вихідній руді оксидів заліза; пил, який містить Р₂О₅ і К₂О; газ. В печах утворюються фосфорні шлаки, які за своїм складом дуже близькі до доменних шлаків. Вони містять 38-43% SiO₂, 44-48% CaO, 2-5% Al₂O₃, 0,5-3% P₂O₅, 0,5-1 MgO, 0,5-1%Fe₂O₃ та інші компоненти.

В Україні у відвалах накопичено до 30млн.т фосфогіпсу, придатних для меліорації засолених грунтів та виробництва в’яжучих гіпсових матеріалів. Відвали займають площу понад 500га, щорічне поповнення відвалів становить приблизно 3млн.т, а використовується менше 0,8 млн.т.

Загальна схема шляхів утилізації відходів переробки фосфорної сировини наведена на рис.3.2.