Тимонин А.С. - Инж-эко справочник т 3 (1044950), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Равновесие реакции сдвинуто вправо, так как в системе образуется СаСО, — менее растворимая соль, чем СаБО,. Выпавший в осадок СаСО, отделяют от 35 — 40 %-ного раствора сульфата аммония. Избыток аммиака в этом растворе нейтрализуют серной кислотой. Полученный раствор упаривают, и выпавшие кристаллы (ИН4),Б04 после отделения на центрифуге подвергают сушке, Для получения 1 т (ИН,),БО„расходуется 1340 кг гипса, 340 кг С0„60 кг Н,Б04 и 260 кг аммиака.
На 1 т (ХН,),Б04 образуется до 0,76 т СаСО„который можно использовать для известкования почв или в производстве строигельных материалов. Процесс конверсии фосфогипса в сульфат аммония разработан в Австрии (фирма Слепне !ллем, АО), в Индии (фирма Реп11ыегз апд Сйет1са!я Тгачапсоге, ЬМ.), Нидерландах (Соп!!пеп1а! Еп81пеег1п8) и в нашей стране (Воскресенское ПО «Минудобрения»).. Все известные методы, освоенные в полупромышленном или промышленном масштабе, основаны либо на взаимодействии предварительно приготовленного (1 1Н ) С03 с фосфогипсом, либо на непосредственном контактировании газообразных ХНз и СО,.
Эффективность процесса по второму варианту несколько выше. Однако, учитывая большой объем сульфата аммония, попутно получаемого в других производств (капролактам, очистка- коксового газа и т.д.), и его невысокие агро-' химические качества, процесс конверсии фосфогипса в сульфат аммония не нашел широкого промышленного применения. В связи с этим заслуживает внимания комплексная переработка фосфогипса в сульфат аммония, оксид кальция и концентрат' редкоземельных элементов (РЗЭ).
Метод основывается на том, что технический СаО, получаемый из осадка СаСО„растворяется в некоторых аммонийных солях, а РЗЭ остаются в осадке. На рис. 3.13 приведена принципиальная схема комплексной переработки фосфогипса, а в табл. 3.3 — распределение основных примесей по продуктам. Прокаливание СаСО, проводят при температуре 1000 С, получаемый оксид кальция обрабатывают раствором ХН4С! с получением раствора СаС1, и осадка редкоземельных элементов.
Аммонизированный раствор СаС1, насыщается СО, для выделения СаСО, и регенерации ХН,С1. Разработанная технологическая схема по- 193 Глава Х Утилизация твердых отходов химической промышленности Таблица 3.3 Распределение компонентов фосфогипса при его переработке в сульфат аммония, СаО и концентрат РЗЭ Соде жанне основных н и имссных элементов, масс.
% Продукт СО СаО Ро,- 1.а О Карбонат кальция технический очищенный 57,5 60.0 0,68 0,75 33,6 402 4,0 С ль ат аммония 0,08 25,8 Окснд кальция технический очищенный 0,80 59,6 71,1 8,0 1,О Концепт ат РЗЭ 37,5 36,0 1,60 П одолжение Сод жанне основных и и имесных элементов, масс. % Продукт А1 Карбонат кальция технический очищенный 0,15 0,004 0„24 0,013 0,20 0,01 0,05 0,002 0,06 0,003 0,02 0.03 С ль атаммония 0,0003 0,01 0,0025 0.0009 0,0002 О,ООО3 Оксид кальция технический очищенный 0,26 0,01 0,19 0,007 0,30 0,02 0,03 0,05 0,08 0,005 0,07 0„003 Концен ат РЗЗ 1,76 0,91 0,89 0,0! 0,05 0,37 со корбониз Концент РЗЭ кар бони зволяет получить очищенный оксид кальция и концентрат РЗЭ, содержащий 5,б масс. % 1 а,О„с общим выходом 99,5 %. Нспользоваиие фосфвгипса в сельском хозяйстве в нашей стране имеются значительные площади солон- цовых почв.
При внесении в такие почвы гипса происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается из почвы. Для гипсования солонцов на 1 га почвы необходимо вносить б — 7 т фосфогипса. Рис. 3.13. Принципиальная схема комп- лексной переработки фосфогипса на сульфат аммония, окись кальция и кон- центрат редкоземельных металлов Часть ИИ. Технологические решения по утилизации твердых отходов Работами Белорусского НИИ земледелия показано, что большинство сельскохозяйственных культур нуждается в серосодсржащих удобрениях. На дерново-подзолистых почвах эффективным серосодержащим удобрением является фосфогипс.
При внесении его в почву повышается продуктивность растений, качество урожая, лучше усваиваются основные питательные элементы удобрений. Фосфогипс рекомендуют применять в качестве местных удобрений (при радиусе перевозок не свыше 500 км) в количестве до 3 ц/га. Потребность нашей страны в серосодержащих удобрениях составила свыше 2 млн. т. Для этих же целей фосфогипс находит применение и в других странах.
Так, в СШЛ 40% от всего используемого количества фосфогипса в сельском хозяйстве потребляется 540 тыс. т в год, а в Индии— 1400 тыс. т в год. Использование фосфогипса в качестве удобрения или мелиоранта возможно непосредственно либо в смеси с другими компонентами (например, известью). Преимущество использования фосфогипса в сельском хозяйстве заключается в том, что не требуется его очистка от Р,О,; в данном случае наоборот примесь Р,О, играет положительную роль.
Для подавления действия фтора, входящего в состав фосфогипса, применяют добавки, образующие соединепия, нерастворимые в почве. Известны также методы получения из фосфогипса медленно действующих азотных удобрений, например, соединений типа СаЮ,.СО(ИН,),. Преимуществами этого типа удобрений являются уменьшение растворимости кар- бамида, а следовательно, и снижение его потерь вследствие вымывания. Среди других методов переработки фосфогипса, находящихся на стадии лабораторных или полупромышленных испытаний, следует отмстить извлечение из него элементарной серы путем восстановления при температуре 1100 — 1200 'С. Отходы производства термической фосфорной кислоты. Термическое восстановление трикальцийфосфата проводят при помощи углерода (кокса) в электропечах (рис. 3.14) с введением в шихту кремнезема в качестве флюса: Са,(РО,), + 5С+ 2ЯО, — ь — ~ Р, + 5СО + Са,Я,О,.
Процесс сопровождается побочными реакциями, важнейшими из которых являются следующие: Са,(РО4), + 8С -~ Са,Р, + 8СО, Са,Р, + 6С ~ ЗСаС, + Р„ 2СаР, + ЯО, — ь 2СаО + ЯР„ Ре,О, + ЗС -+ 2Ре + ЗСО, 4Ре+ Р,— ь 2Ре,Р. Термическую фосфорную кислоту можно получать двумя способами: одно- и двухступенчатым. При одно- ступенчатом (непрерывном) способе печные газы сжигают, затем охлаждают, гидратируют и пропускают через элсктрофильтры для улавливания тумана образовавшейся фосфорной кислоты. Более совершенным является применяемый в настоящее время двухступенчатый способ, по которому фосфор сначала конденсируют из газов, а затем сжигают с последующей гидратацией образовавшегося Р,О, до фосфорной кислоты.
195 Глава 3. Утилизация твердых отходов химической промышленности Гоз но очистк осфцо но скло Рис. 3. !4. Схема производства фосфора: 1 — бункеры сырья; 7 — смеситель; 3 — кольцевой питатель; 4 — бункер шихты; 5 — электро- печь; 6 — ковш для шлака; 7 — ковш для феррофосфора; 8 — электрофильтр; 9 — конденсатор; 10 — сборник жидкого фосфора; 11 — отстойник 196 На 1 т получаемого фосфора в электропечи образуется до 4000 м' газа с высоким содержанием оксида углерода, 0,1 — 0,5 т феррофосфора„ 005 — 035 т пыли и 75 — 11 т силикатного шлака, а также около 50 кг ферросодержащих шламов.
Утилизация шлама, феррофосфора, иыли и газов. Образующийся в конденсаторах жидкий фосфор собирается под слоем воды в сборниках, откуда сифонируется в отстойники. Здесь фосфор расслаивается с образованием шлама (фосфор„пыль, диоксид кремния, сажа), из которого получают фосфорную кислоту, Образующиеся при восстановлении Са,(РО„), и ге,О, фосфиды железа (Ре,Р, Ге,Р) периодически сливают из печи. При застывании из рас- плава образуется чутуноподобная масса — феррофосфор, выход которого зависит от содержания в исходной руде оксидов железа. Его используют в основном в металлургии как присадку в литейном производстве или как раскислитель„а также в качестве защитного материала от радиоактивного излучения.
Пыль, собирающаяся в электро- фильтрах при очистке печных газов, может быть использована как минеральное удобрение, так как она содержит до 22% усвояемого Р,О„и К,О (иногда до 15 %). Газ, покидающий конденсаторы, содержит до 85% (об.) оксида углерода, 0,05 % фосфора, 0,2 — 0,4 % РН„0,5 — 1 % Н,Б и другие примеси. Его обычно используют как топли- Часть И11. Технологические решения но утилизации твердых отходов во, но целесообразнее после очистки от примесей (РН„Н,Б, Р и др.) использовать СО в химических синтезах. Утилизация шлаков. Электротсрмическая возгонка фосфора сопровождается образованием больших количеств огненно-жидких шлаковых расплавов, содержащих в среднем 38 — 43% Я0„2 — 5% А1,0„44 — 48% СаО, 0,5 — 3% Р О, 0,5 — 1% МяО, 0,5 — 1 % Ре,О, и другие компоненты. Только на Чимкентском производственном объединении «Фосфор» их образуется около 2 млн.
т/год. Решение проблемы рациональной утилизации фосфорных шлаков является задачей большой государственной важности. Однако оно осложняется особенностями химического состава таких шлаков. Присутствие в них фтора (примерно до З,б % в виде СаР,), фосфора (примерно до З,б% в виде Р,О,), серы не дает возможности непосредственно применить для утилизации этих шлаков ряд методов, используемых, в частности, при переработке доменных шлаков. В этой связи в нашей стране были проведены исследования, направленные в основном на переработку фосфорных шлаков в строительные материалы и изделия из них: разработаны процессы получения гранулированных шлаков, шлакового щебня, шлаковой пемзы, минеральной ваты, литых и 'других :троительных изделий и материалов. Использование электротермо-фосфорных шлаков в СССР с этими цепями превышало 2 млн.
т/год. Учитывая необходимость утилизации фтора, который в печном процессе в основном переходит в шлак, и применения гранулированного шлака, в ряде случаев целесообразно проводить гидротермическую обработку расплавленных шлаков непосредственно после их получения, Химические реакции, протекающие и ри взаимодействии расплавленных шлаков с водой или водяным паром, схематично могут быть представлены следующими уравнениями: Сагыз + Н,О+ Я02 — ~ 2НГ+ СаО Я02, Са,Р, + ЗН,О+ ЗЯО, — ь -+ 2РН, + 2СаО.ЯО„ СаЗ+ Н,О+ ЯО, — ~ Н,Б+ СаОЯО,.
Кроме того, в таких процессах содержащийся в шлаке фосфор образует с кислородом воздуха Р,О„ дополнительные количества которого получаются, возможно, еще и при окислении РН,. Перечисленные процессы протекают, например, при переработке расплавленного фосфорного шлака в шлаковую пемзу с применением струйных вододутьевых аппаратов. Для проведения данного процесса не требуется разработки новой аппаратуры, так как для этой цели можно использовать оборудование, проверенное и применяемое при переработке доменных шлаков. Вспучивание расплавленных фосфорных шлаков для производства шлаковой пемзы вододутьевым способом может быть организовано на установках, выполненных в различных вариантах. Схема одной из таких установок показана на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
