Утилизация отходов производства термической фосфорной кислоты

Тер­мическое восстановление трикальцийфосфата проводят при по­мощи углерода (кокса) в электропечах с введени­ем в шихту кремнезема в качестве флюса:

Са₃(РО₄)₂+5С+2SiO₂ = Р₃+5СО+Са₃Si₂О₇.

При получении 1 т получаемого фосфора в электропечи образуется 0,1-0,5 т феррофосфора, 0,05-0,35 т пыли и 7,5-11 т силикатного шлака, а также около 50 кг ферросодержащих шламов.

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 Са₃(РО₄)₂ и Fе₂О₃ фос­фиды железа (Fе₂Р, Fе₃Р) периодически сливают из печи. При застывании их расплава образуется чугуноподобная масса — феррофосфор, выход которого зависит от содержания в исход­ной руде оксидов железа. Феррофосфор 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 электрофильтрах при очистке печных газов, может быть использована как минеральное удобрение, так как она содержит до 22% усвояемого Р₂О₅ и К₂О (иногда до 15%).

Утилизация шлаков. Электротермическая возгонка фосфора сопровождается образованием больших количеств огненно-жидких шлаковых расплавов, содержащих в среднем 38-43% SiO₂, 2-5% А1₂О₃, 44—48% СаО, 0,5—3% Р₂О₅, 0,5—1% МgО, 0,5-1% Fе₂О₃ и другие компоненты. Только на одном из предприятии их образуется около 2 млн. т/год.

Разработаны процессы получения гранулированных шлаков, шлакового щебня, шлаковой пемзы, минеральной ваты, литых и других строительных изделий и ма­териалов из шлаковых расплавов.

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 при взаимодействии расплавленных шлаков с водой или водяным паром, схематично могут быть представлены следую­щими уравнениями:

СаF₂+Н₂О+SiO₂ = 2НF+СаО∙SiO₂,

Са₃Р₂+ЗН₂О+3 SiO₂ = 2РН₃+ 2СаО∙SiO₂,

CaS+Н₂О+SiO₂ = Н₂F+ СаО∙SiO₂.

Кроме того, в таких процессах содержащийся в шлаке фос­фор образует с кислородом воздуха Р₂О₅, дополнительные ко­личества которого получаются, возможно, еще и при окислении РН₃.

Перечисленные процессы протекают, например, при перера­ботке расплавленного фосфорного шлака в шлаковую пемзу с применением струйных вододутьевых аппаратов.

Наиболее легкую шлаковую пемзу получают при переработ­ке расплавленных шлаков бассейновым способом.

Гранулированные фосфорные шлаки можно использовать как активную минеральную добавку к цементной шихте (до 15%). Их применение в цементной промышленности позволяет сни­зить расход топлива на 6-7%. Шлакопортландцемент на основе фосфорных шлаков интенсивнее приобретает в изделиях прочность, которая превышает прочность обычных цементов. Экономически целесообраз­ным являются и производства из фосфорных шлаков шлакового щебня, минеральной ваты, шлакоситалловых и других изделий. Использование фосфорных шлаков, таким образом, позво­ляет повысить рентабельность основного производства и полу­чить дополнительную продукцию без затраты дорогого и дефи­нитного сырья.

Возможные пути утилизации фосфорных шлаков не ограничиваются пе­речисленными направлениями. В США, например, фосфорные шлаки ис­пользуют для известкования почв. В связи с важностью извлечения редко­земельных элементов при переработке фосфатного сырья в последние годы значительное внимание уделяется вопросам химической переработки фосфор­ных шлаков с получением ряда ценных продуктов и концентратов редкозе­мельных элементов.

При выщелачивании шлаков электротермического производства фосфора азотной кислотой может быть получен дисперсный диоксид кремния и раствор нитрата кальция, перерабатываемый в известково-аммиачную селитру, с одновременным получением соединений редкоземельных элементов их экстрак­цией трибутилфосфатом и реэкстракцией водой с последующим осаждением аммиаком в виде гидроксидов. Обработка таких шлаков соляной кислотой обеспечивает возможность получения концентрата редкоземельных элементов.