1.2 Пути образования промышленных отходов

Одним из массовых видов отходов являются отходы химической промышленности, которые относятся к гипсосодержащим отходам - фосфогипс, борогипс, хлорогипс, титаногипс и др. Наибольшее количество сульфата кальция содержится в фосфогипсе, ежегодный прирост объёма которого в странах СНГ составляет около 30 млн. т.

Фосфогипс образуется при получении экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на предприятиях, выпускающих фосфорные удобрения. ЭФК получают путём кислотной переработки апатитовых и фосфоритовых руд. Реакция сернофосфорнокислотного разложения фторапатита в общем случае имеет вид:

Ca₅ (PO₄ )₃ F+5H₂SO₄ +nH₃PO₄ +mH₂O= (1)

(n 3)H₃ PO₄+5CaSO₄ mH₂O +HF

В зависимости от температурно-концентрационных условий процесса, качества сырья и образующегося сульфата кальция различают следующие режимы экстракции фосфорной кислоты: одноступенчатые - дигидратный, полугидратный и ангидридный; двухступенчатые - дигидрат-полугидратный и полугидрат дигидратный. В нашей стране нашли применение только дигидратный и полугидратный режимы экстракции фосфорной кислоты.

При дигидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 70-80 °С, при этом образуется водный раствор ортофосфорной кислоты концен-трацией 25-32 % в пересчёте на P₂O₅. При полугидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 95 -100 °С с получением водного раствора орто-фосфорной кислоты концентрацией 35-50 % в пересчёте на P₂O_5.

Следует отметить, что по данным авторов полугидратный процесс имеет ряд существенных преимуществ перед дигидратным:

- за счёт повышения концентрации ортофосфорной кислоты возрастает произ-водительность оборудования в среднем на 35-40 %;

• скорость фильтрации жидкой фазы увеличивается в 1,8-2 раза, что свя-зано с образованием крупных изотермических кристаллов полуводного гипса;

• себестоимость продукции снижается на 10-15 %.

Образующийся при полугидратном процессе попутный продукт состоит в основном из полуводного гипса - фосфополугидрата, который отличается меньшим по сравнению с фосфогипсом-дигидратом содержанием примесей.

В странах СНГ для производства ЭФК используют только Кольский апатитовый концентрат и рядовые Каратауские фосфориты. По данным НИУИФа около 85 % ЭФК из апатитового концентрата производится по дигидратному способу, около 15 % - по полугидратному. Из Каратауских фосфоритов ЭФК производят только дигидратным способом. На I т ЭФК в пересчёте на P₂O₅ образуется в среднем 4,5 т фосфогипса при переработке апатитовых концентратов и 6,3 т фосфогипса при разложении фосфоритов.

Точных данных о величине мировых отвалов фосфогипса и других видов "химического" гипса в литературе нет. В США (г. Майами) состоялся симпозиум по проблемам фосфогипса, на котором было отмечено, что из ежегодно образуемого в мире объёма фосфогипса 58 % складируется в шламонакопителях, 28 % сбрасывается в водоёмы и лишь 14 % утилизируется.

В тоже время потребность в природном гипсе в мире достигла 80-85 млн. т в год, в том числе в странах СНГ - более 14 млн. т, В ближайшем будущем потребность стран СНГ в гипсовом камне достигнет 37 млн. т, а производство гипса в мире составит 125 млн. т в год.

По данным НИУИФа у нас в стране ежегодно образуется более 15 млн.т фосфогипса, в том числе более 3 млн. т фосфополугидрата. География образования этих отходов в России и СНГ довольно широка (приложение 1.), что делает ФПГ реальным резервом гипсовых вяжущих в строительном производстве и, кроме того это позволит предупредить дальнейшее загрязнение окружающей среды.

Кроме фосфогипса в относительно небольших количествах в качестве отходов получаются в производствах: плавиковой кислоты из плавикового шпата - фторогипс; борной кислоты - борогипс; лимонной - цитрогипс и других органических пищевых кислот. При технологической обработке целлюлозы получается гидролизный гипс; при обработке известью травильных растворов - феррогипс и в некоторых других производствах. По химическому составу фосфогипсы относительно однородны. Качество фосфогипса, как сырья промышленности строительных материалов (ПСМ), следует оценивать показателем марочности К_м, который является эмпирическим коэффициентом и определяется по формуле:

К_м = [(С_аО+SО₃)-∑ оксидов примесей]/ (С_аО+SО₃₎ (2)

По данному показателю фосфогипс относят к гипсовому сырью первого-второго сорта (ГОСТ 4013-82).

Вместе с тем, при использовании фосфогипса, как сырья ПСМ следует учитывать наличие в нём примесей: фтористых соединений, остатков фосфорной кислоты и др.

Многотоннажными отходами металлургической промышленности являются различные шлаки, химический состав которых идентичен природному сырью для производства цементов. Их применяют в качестве минеральных добавок в технологии производства цемента на основе природного сырья. По данным ученных на основе шлаков возможно получать вяжущие для производства строительных изделий и выполнения строительных процессов и работ [2].