Кислоты. Переработка отходов производства экстракционной фосфорной

Переработка отходов производства экстракционной фосфорной

Фосфорную кислоту в промышленности получают из фосфатов двумя методами: сернокислотным (экстракцион­ным, или мокрым) и электротермическим.

В качестве твердого отхода производства фосфорной кислоты сернокислотным способом образуется фосфогипс — сульфат кальция с примесями фосфатов. На 1 т Р₂О₅ в фосфорной кис­лоте в зависимости от используемого сырья получают от 3,6 до 6,2 т фосфогипса в пересчете на сухое вещество (7,5—8,4 т в пе­ресчете на дигидрат). В зависимости от условий получения фос­форной кислоты в осадке образуется дигидрат СаSО₄•2Н₂О, по­лугидрат СаSО₄•0,5Н₂О или безводный сульфат кальция, что и обусловливает соответствующие названия продуктов — фосфо­гипс, фосфополугидрат и фосфоангидрит. Эти отходы представ­ляют собой серый мелкокристаллический комкующийся порошок влажностью до 25—40% (в зависимости от условий получения фосфорной кислоты). В пересчете на сухое вещество они содер­жат до 94% СаSО₄. Основными примесями в них являются не­прореагировавшие фосфаты, полуторные оксиды, соединения фтора и стронция, неотмытая фосфорная кислота, органические нещества. В них присутствуют соединения марганца, молибдена, кобальта, цинка, меди, редкоземельных и некоторых других эле­ментов.

Основную массу образующегося фосфогипса в настоящее время сбрасывают в отвалы. Транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение связаны с большими капитальными и эксплуатационными затратами, достигающими 40% стоимости сооружения и эксплуатации основного производства, и осложня­ет работу заводов. Ниже рассмотрены внедренные методы и перспективные пути использования фосфогипса.

По агрохимической значимости для растений сере отводят четвертое место среди питательных элементов. В этой связи фосфогипс, содержащий до 22,1% серы и до 0,5% неотмытой фосфорной кислоты, может быть использован как содержащее серу и фосфор минеральное удобрение. Однако использование такого низкоконцентрированного удобрения экономически оправ­данно только на сравнительно небольших расстояниях от заво­дов, не превышающих 500 км.

Утилизация фосфогипса возможна в цементной промышлен­ности (в качестве минерализатора при обжиге и добавки к це­ментному клинкеру), для химической мелиорации солонцовых почв, для получения сульфата аммония, цемента и серной кисло­ты, элементной серы и цемента (или извести), извести и серной кислоты, гипсовых вяжущих материалов и изделий из них и по ряду других направлений.

Для использования в цементном производстве фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5%. Применение фосфогипса в этом производстве уменьшает расход топлива, по­вышает производительность печей и качество цементного клин­кера, удлиняет срок службы футеровки печей. Вместе с тем, широкомасштабное потребление фосфогипса в цементной про­мышленности сдерживается значительным содержанием таких регламентируемых для сырьевых материалов примесей, как во­дорастворимый Р₂О₅ и соединения фтора. С целью кондициони­рования фосфогипса в этой связи разработаны различные прие­мы его обработки (перед дегидратацией и гранулированием) водой, кислотами, щелочами, частично реализованные в производственной практике как в нашей стране, так и за рубежом.

Процесс переработки фосфоангидрита или природного гипса с получением серной кислоты и цемента осу­ществлен в промышленном масштабе в ряде стран (Австрия, ГДР, ПНР, ЮАР). Для получения цементного клинкера и диоксида серы приготовляют шихту, содержащую фосфоангидрит, кокс, песок и глину.

Разработанные схемы различаются в основном способом при­готовления шихты и некоторыми элементами аппаратурного оформления. Различают три способа приготовления шихты: су­хой, мокрый и комбинированный. При сухом способе этот про­цесс сводится к простому смешиванию компонентов, при мокром процесс ведут в присутствии воды. Комбинированный способ предусматривает мокрое приготовление шихты.

На ряде зарубежных предприятий налажено производство сульфата аммония из фосфогипса. Процесс основан на взаимодействии фосфогипса и карбоната аммония СаSО₄+ (NН₄)₂СО₃ = (NН₄)₂ SО₄+ СаСО₃.

Большое внимание уделяется процессам переработки фосфогипса в элементную серу и известь, в серную кислоту и известь. Для этого сульфат каль­ция подвергают восстановлению коксом или продуктами конвер­сии природного газа:

СаSО₄+2С = СаS+2СО₂,

СаSО₄+4СО = СаS+4СО₂,

СаSО₄+4Н₂ = СаS+4Н₂О.