УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕВОДА ФОСФОГИПСА IV КЛАССА ОПАСНОСТИ В ПРОДУКТ V КЛАССА

Полезная модель относится к неорганической химии, а именно к нейтрализации известковым молоком фосфогипса, получаемого в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из фосфоритов Каратау, с целью перевода фосфогипса - продукта IV класса опасности - в продукт V класса. Соответственно, получаемый продукт V класса опасности может найти применение в качестве фосфорсодержащего удобрения.
Известно, что фосфогипс является экологически опасным отходом производства переработки природных фосфоритов или апатитов в фосфорную кислоту и фосфорные удобрения. Значительное количество фосфогипса не используется и хранится на открытых отвалах (технологических картах сухого складирования фосфогипса) перерабатывающих предприятий.
Известен узел предварительной нейтрализации фосфогипса введением извести (Симановская Р.Э. Исследования в области химии и технологии вяжущих материалов, полученных из фосфогипса. - В кн. - Гипс и фосфогипс. Сб. научн. тр. НИУИФ. М.: Госхимиздат. 1958, с.224), очевидно, представляющий собой емкость для смешивания водного раствора фосфогипса с известью.
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность вследствие того, что процесс нейтрализации с применением твердой извести плохо контролируется, в частности, из-за экзотермического характера процесса растворения извести, происходящего в той же самой емкости-смесителе.
Прототипом заявляемого является устройство утилизации фосфогипса с получением искусственного гипсового камня (патент РФ №2215707, опубл. 10.11.2003), включающее узел нейтрализации фосфогипса путем введения гидроксида кальция и узел фильтрационного прессования и отвода фильтрата, причем фильтрационное прессование ведут с усилием, обеспечивающим механическую активацию фосфогипса.
Недостатком устройства-прототипа является сложность узла фильтрационного прессования с усилием, обеспечивающим механическую активацию фосфогипса.
Соответственно, не решается задача эффективной утилизации фосфогипса - продукта IV класса опасности.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности устройства нейтрализации фосфогипса за счет его упрощения; упрощение достигается включением процесса нейтрализации фосфогипса с получением продукта V класса опасности непосредственно в технологическую схему производства ЭФК. Фосфогипс - продукт IV класса опасности - эффективно утилизируется с получением продукта V класса опасности, который может найти применение в качестве фосфорсодержащего удобрения.
Поставленная задача решается тем, что устройство нейтрализации фосфогипса, включающее узел приготовления гидроксида кальция, узел нейтрализации фосфогипса гидроксидом кальция и узел фильтрации нейтрализованного продукта, отличается тем, что в качестве узла фильтрации нейтрализованного продукта устройство включает карусельный вакуум-фильтр цеха производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК).
Узел нейтрализации фосфогипса гидроксидом кальция выполнен с возможностью подачи в него фосфогипса, отфильтрованного на карусельном вакуум-фильтре цеха производства ЭФК, а также подачи известкового молока с узла приготовления гидроксида кальция.
Узел приготовления гидроксида кальция - известкового молока выполнен с возможностью приготовления раствора гидроксида кальция на фильтрате со стадии фильтрации нейтрализованного продукта и, возможно, на предварительном фильтрате пульпы производства ЭФК.
Таким образом, устройство нейтрализации фосфогипса оказывается включено в технологическую схему производства ЭФК. Соответственно, заявляемое устройство нейтрализации фосфогипса упрощено относительно прототипа, так как в качестве узла фильтрации нейтрализованного продукта используется действующий карусельный вакуум-фильтр цеха производства ЭФК. Повышается эффективность и экологическая безопасность собственно производства ЭФК, так как отход производства ЭФК - фосфогипс - нейтрализуется непосредственно в цехе производства ЭФК с получением продукта V класса опасности.
Местом размещения заявляемого устройства является операционное отделение цеха производства ЭФК.
2
Узлом приготовления гидроксида кальция является узел приготовления известкового молока с массовой долей Ca(OH) (5-8)% из извести комовой.
3
В качестве узла нейтрализации фосфогипса гидроксидом кальция - известковым молоком используется стальной бак (с общим объемом для конкретных условий цеха производства ЭФК Заявителя 78 м), оборудованный мешалкой и - предпочтительно - измерителями уровня, температуры и pH.
Основой процесса нейтрализации фосфогипса известковым молоком являются химические реакции:
3
4
2
3
4
2
2
2HPO+3Ca(OH)→Ca(PO)+6HO
2
6
2
2
2
3
2
NaSiF+3Ca(OH)→3CaF+NaSiO+3HO,
протекающие с образованием осадка, состоящего из фосфата и фторида кальция.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
2
Известковое молоко с массовой долей Ca(OH) (5-8)% готовится на узле приготовления известкового молока (установка гашения склада извести) из извести комовой с массовой долей активной окиси кальция CaO, равной 70%. Причем известковое молоко приготовляется на фильтрате со стадии фильтрации нейтрализованного продукта и, возможно, на предварительном фильтрате пульпы производства ЭФК.
2
Приготовленное известковое молоко с массовой долей Ca(OH) (5-8)% подается по трубопроводу в стальной бак, оборудованный мешалкой, куда загружается также подлежащий нейтрализации фосфогипс, отфильтрованный на карусельном вакуум-фильтре цеха производства ЭФК. Подача фосфогипса в бак осуществляется путем смывания с ленточного конвейера фильтратом нейтрализованного продукта. (Туда же подается промышленная вода)
3
Продолжительность перемешивания в стальном баке, оборудованном мешалкой, фосфогипса с известковым молоком составляет не менее 20 минут; температура реакционной смеси составляет плюс 50°С - плюс 60°С; соотношение по массе фосфогипс: известковое молоко 1: (0,76 -1,04) или плотность реакционной смеси (1,40-1,50) г/см.
Полнота нейтрализации в стальном баке - узле нейтрализации фосфогипса известковым молоком - определяется условием доведения фосфогипса до состояния уровня отхода V-го класса опасности для окружающей природной среды, определяемого значением pH реакционной смеси от 6,5 до 8,1 (pH исходного фосфогипса находится в интервале от 2,5 до 3,2).
Затем включается циркуляционный насос, и реакционная смесь подается из стального бака на фильтрацию на карусельном вакуум-фильтре, где производится разделение жидкой и твердой фаз реакционной смеси. Отфильтрованный твердый продукт нейтрализации фосфогипса удаляется системой ленточных конвейеров и далее автотранспортом на накопитель, а фильтрат (оборотный раствор) - подается частично в узел приготовления известкового молока, частично - в узел нейтрализации - стальной бак, оборудованный мешалкой.
2
общ
Процесс нейтрализации фосфогипса известковым молоком - непрерывный. Условный цикл процесса нейтрализации следующий. Выход фосфогипса при разложениии 50000 кг/час фосфорита Каратау - 95204 кг/час; массовая доля HO в фосфогипсе - 31,38%.
Первоначальная загрузка стального бака, оборудованного мешалкой:
3
Фосфогипс с карусельного вакуум-фильтра - (90 - 95) т или~130 м
Промышленная вода
- 80 м<sup>3</sup>
2
3
Известковое молоко с массовой долей Ca(OH) (5 - 8)% - (8 - 12) м.
3
В результате нейтрализации фосфогипса известковым молоком получается нейтрализованный продукт V-го класса опасности, направляемый на узел удаления, - 92598 кг и фильтрат (оборотный раствор) - 87,8 м.
Опытно-промышленные испытания заявляемого устройства показали его эффективность для нейтрализации фосфогипса известковым молоком и для перевода, соответственно, фосфогипса IV класса опасности в продукт V класса опасности.
В таблице №1 приведены результаты исследования кислотности водных вытяжек нейтрализованного фосфогипса, полученного в заявляемом устройстве, и результаты проверки его стабильности. Исследовалось также содержание отдельных ингредиентов вытяжек, которые могут повлиять, например, на жизнеспособность низших ракообразных - дафний, используемых в качестве биотесторов; в таблице №2 приведены результаты исследования суточной водной вытяжки нейтрализованного фосфогипса в соотношении 1:10 после 5 суток дозревания.
Видно, что показатель кислотности водных вытяжек нейтрализованного продукта в соотношении 1:5 укладывается в интервал 6,68 - 7,66, в соотношении 1:10 - в интервал 6,5 - 7,47. При хранении проб показатель кислотности в пробах нейтрализованного фосфогипса несколько понижается.
Общая влага нейтрализованного продукта составляет (30,8 - 38,8)%, влага кристаллизационная - (12,34 - 13,98)%.
Содержание общих фосфатов в нейтрализованном продукте находится в пределах (0,97 - 1,14)%, водорастворимых фосфатов - (0,02 - 0,13)%.
Таблица №1
Показатель кислотности и стабильность водных вытяжек нейтрализованного фосфогипса
Наименование
Показатель кислотности pH 1:5
Показатель кислотности рН 1:10
через 16 часов
через 3,5 суток
через 5,5 суток
через 10,5 суток
через 17,5 суток
через 16 часов
через 3,5 суток
через 5,5 суток
через 10,5 суток
через 17,5 суток
Проба №1
6,75
6,82
6,70
6,73
6,52
6,66
6,68
6,63
6,58
6,49
Проба №2
7,42
7,33
7,36
7,35
7,29
7,31
7,13
7,22
7,21
7,18
Проба №3
7,16
7,02
6,92
6,82
6,74
6,98
6,84
6,76
6,68
6,62
Проба №4
7,56
7,10
6,94
6,96
6,93
7,20
6,94
6,80
6,85
6,80
Проба №5
6,68
6,66
6,64
6,51
6,37
6,50
6,43
6,48
6,41
6,36
Проба №6
7,66
7,55
7,38
7,32
7,35
7,47
7,37
7,30
7,21
7,31
Таблица №2
Суточная водная вытяжка нейтрализованного фосфогипса в соотношении 1:10 после 5 суток дозревания
Наименование
Проба №2
Проба №3
Проба №4
Проба №6
рН
7,21
7,08
7,07
7,66
Са, %
0,58
0,58
0,58
0,58
Mg,%
0,017
0,017
0,017
0,017
Fe,%
0,00013
0,00013
0,00033
0,00031
Al,%
0,001
0,0011
0,001
0,0011
Р<sub>2</sub>0<sub>5</sub>, %
0,0043
0,0007
0,00025
0,0022
F, %
0,0086
0,0068
0,0071
0,0085
S0<sub>3</sub>, %
1,26
1,26
1,18
1,29
С1, %
0,0008
0,0007
0,001
0,0007
Содержание общих фторидов в нейтрализованном продукте укладывается в интервал (0,27 - 0,39)%, водорастворимых фторидов - (0,014 - 0,019)%.
Общий кальций в нейтрализованном продукте составляет (14,10 - 15,37)%, магний - (0,25 - 0,30)%, железо - (0,093 - 0,11)%, алюминий - (0,091 - 0,13)%, калий - (0,059 - 0,075)%, натрий - (0,027 - 0,038)%.
Биотестирование с помощью низших ракообразных - дафний водных вытяжек нейтрализованного продукта подтвердило их нетоксичность; соответственно, подтвержден V класс опасности нейтрализованного фосфогипса, полученного в заявляемом устройстве.
Таким образом, заявляемое устройство нейтрализации фосфогипса эффективнее прототипа за счет его упрощения, достигаемого включением процесса нейтрализации фосфогипса с получением продукта V класса опасности непосредственно в технологическую схему производства ЭФК. Повышается эффективность и экологическая безопасность собственно производства ЭФК, так как отход производства ЭФК - фосфогипс - нейтрализуется непосредственно в цехе производства ЭФК с получением продукта V класса опасности. Фосфогипс - продукт IV класса опасности -эффективно утилизируется с получением продукта V класса опасности, который может найти применение в качестве фосфорсодержащего удобрения.