EA014877B1 - Способ переработки фосфогипса и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области переработки отходов химической промышленности, а конкретно отвалов фосфогипса - остаточного продукта при производстве фосфорных удобрений. Большие объёмы отходов, наличие в них редкоземельных элементов и стронция (в дальнейшем РЗЭ), фтористо-водородной, серной, фосфорной кислот, а также их солей представляют собой весьма значимый объект в двух аспектах: 1) как довольно крупное антропогенное месторождение гипса и РЗЭ; 2) как серьёзный источник загрязнения окружающей среды. Заявляемый способ позволит комплексно освоить всю перерабатываемую массу без создания вторичных отвалов. Это делает возможным не только решать экологические проблемы без существенных затрат, но и получать значительную прибыль за счёт реализации вторичных продуктов. Техническая задача предлагаемого способа переработки фосфогипса заключается в создании безотходной технологии, включающей получение товарного гипса, концентрата редкоземельных элементов, освобождение продуктов передела от технологических кислот с последующей их нейтрализацией, использование технической воды по замкнутому варианту. Устройство для переработки фосфогипса включает емкость для сбора тяжелой фракции, устройство подачи исходного материала, ёмкость для водно-гравитационной сепарации, где роль мешалки в отличие от прототипа выполняет тангенциально встроенный гидромонитор со щелевой насадкой. Ёмкость для водно-гравитационной сепарации выполнена с патрубком для слива легкой фракции в емкость-отстойник, которая соединена последовательно при помощи трубопровода с емкостями для очистки от кислот.

Description

Изобретение относится к области переработки отходов химической промышленности, а конкретно отвалов фосфогипса - остаточного продукта при производстве фосфорных удобрений. Большие объёмы отходов, наличие в них редкоземельных элементов и стронция (в дальнейшем РЗЭ), фтористоводородной, серной, фосфорной кислот, а также их солей, представляют собой весьма значимый объект в двух аспектах: 1) как довольно крупное антропогенное месторождение гипса и РЗЭ; 2) как серьёзный источник загрязнения окружающей среды. Заявляемый способ позволит комплексно освоить всю перерабатываемую массу без создания вторичных отвалов. Это делает возможным не только решать экологические проблемы без существенных затрат, но и получать значительную прибыль за счёт реализации вторичных продуктов - гипса и концентрата РЗЭ.

Предлагаемое в качестве изобретения устройство относится к области водно-гравитационной сепарации гранулированных, порошкообразных и кусковых материалов. В конкретном случае оно предназначается для получения из отвального фосфогипса товарного мономинерального гипса и концентрата РЗЭ.

Известен способ частичной утилизации фосфогипса извлечением из него РЗЭ химическим способом (Фосфогипс и его использование / В.В. Иваницкий, П.В. Классен, А.А. Новиков и др. - М.: Химия, 1990 (IV кв.). - 224 с., ил.). Способ довольно сложный, дорогой, а главное, небезопасный для окружающей среды.

Известен способ утилизации фосфогипса путём термического его разложения с получением фосфоизвести и диоксида серы. Из фосфоизвести химическим путём извлекают РЗЭ, а также получают фосфомел. Диоксид серы может быть использован для получения серной кислоты (Андрианов А.М. и др. // Труды НИУИФ. - М.: НИУИФ, 1983, вып. 243. - с. 144-151).

Известен способ переработки фосфогипса, содержащего соединения фосфора и лантаноиды, включающий выщелачивание фосфогипса серно-кислым раствором с переводом фосфора и лантаноидов в раствор выщелачивания и получением осадка гипса, отделение осадка гипса от раствора выщелачивания, выделение концентрата лантаноидов из раствора выщелачивания и отделение концентрата лантаноидов от маточного раствора, отличающийся тем, что выщелачивание фосфогипса ведут с получением пересыщенного по лантаноидам раствора выщелачивания, отделение осадка гипса от раствора выщелачивания осуществляют до обеспечения остаточной влажности не более 20%, после чего гипс обрабатывают основным соединением кальция до рН более 5, концентрат лантаноидов выделяют кристаллизацией, маточный раствор контролируют на содержание примеси фосфора и при величине произведения содержания примеси фосфора в растворе и остаточной влажности осадка гипса х-у<180, где х - содержание примеси фосфора в маточном растворе в пересчете на Р₂О₅, г/л, у - остаточная влажность осадка гипса, %, маточный раствор направляют на стадию выщелачивания, а при величине произведения х-у>180, маточный раствор предварительно подвергают очистке (описание изобретения к патенту РФ на № 2337879, опубликовано 10.11.2008).

Известен способ переработки фосфогипса, включающий смешивание фосфогипса с добавкой, содержащей известь, и водой, гранулирование, отличающийся тем, что добавка содержит известь гашеную или негашеную тонкоизмельченную и дополнительно доломитовую муку при размере частиц добавки до 6 мкм, после гранулирования проводят сушку холодным воздухом при температуре 15-20°С при следующем соотношении компонентов, %: фосфогипс 70-73, указанная известь 4-6, доломитовая мука 1,8-2,2, вода 19-24 (описание изобретения к патенту РФ № 2309130, опубликовано 27.10.2007). Целью является проведение процесса переработки фосфогипса при значительном снижении энергозатрат и сохранении экологической безопасности его производства и применения.

Заявляемый в качестве изобретения способ переработки фосфогипса предусматривает промышленное использование всей отвальной массы без дополнительной нагрузки на окружающую среду. Напротив, экологическая ситуация будет постоянно улучшаться, поскольку масса фосфогипса и занимаемая им площадь будут уменьшаться.

Известно множество устройств для разделения рыхлых материалов на контрастные фракции водногравитационным способом. К ним относятся винтовые сепараторы, гидро- и воздушные циклоны, скрубер-бутары, концентрационные столы, контактные чаны, оборудованные мешалками, отсадочные машины и др. Абсолютное их большинство используется при разработке россыпных месторождений полезных ископаемых, обогащении руд и углей. Значительно реже они используются при утилизации промышленных отходов. Не обнаружены примеры использования обсуждаемых устройств для утилизации отвального фосфогипса. Это затрудняет выбор прототипа из внушительного списка аналогов, различающихся в большинстве случаев конструктивно, а не по назначению.

Наиболее близкое устройство к заявляемому по назначению и конструктивно (прототип) раскрыто в описании изобретения к авторскому свидетельству 8И 1535628, опубликовано 15.01.90, бюл. № 2. Устройство предназначено для промывки минерального сырья, глинистых материалов. Оно представляет собой цилиндрическую ёмкость с коническим днищем, оборудованным сливом для периодического удаления тяжёлой фракции. Легкая фракция в виде водной суспензии удаляется через верхний слив. Над конической частью ёмкости размещается мешалка, рабочий орган которой представляет перфорирован

- 1 014877 ное кольцо на перфорированной крестовине, жёстко связанной с полым валом. На верхнем конце вала имеются сальник для подачи воды и привод на электродвигатель.

Плотность гипсовой составляющей отвальной массы равна 2,32 г/см, плотность минералов, образующих концентрат, - 3,28 г/см. Кроме этого, концентрат представлен разнозернистой, но в целом более крупнозернистой фракцией отвальной массы. Гипсовая составляющая равномерно-зернистая и настолько тонкозернистая, что при взмучивании в воде образует суспензию наподобие меловой. Это позволяет получать товарный гипс и концентрат РЗЭ в простейших устройствах, подобных описанному выше.

Техническая задача изобретения заключается в создании безотходной технологии переработки фосфогипса, включающей получение товарного гипса, концентрата редкоземельных элементов, освобождение продуктов передела от технологических кислот с последующей их нейтрализацией, использование технической воды по замкнутому варианту; использовании простейших, но достаточно эффективных устройств.

Основной технический результат достигается тем, что в способе переработки фосфогипса путём водно-гравитационной сепарации получают мономинеральный товарный гипс и концентрат редкоземельных элементов. Для его осуществления не требуется нестандартное дорогостоящее оборудование, специальные технологии, предварительная подготовка материала со значительными энергетическими затратами. Наконец, он довольно легко может быть включён в существующую технологическую схему производства фосфорных удобрений, сделав его безотходным.

Дополнительный технический результат заключается в образовании газообразного тетрафторида кремния, а также смеси гипса и простого суперфосфата при химической очистке технологической воды, что обеспечивает получение дополнительных полезных продуктов и повышение рентабельности заявляемого способа.

Основной и дополнительный результаты обусловлены, прежде всего, применением водногравитационной сепарации и непрерывной химической очисткой воды, чем обеспечивается многократное её использование.

Достижение основного и дополнительного технических результатов обеспечивается тем, что побочный продукт производства фосфорных удобрений - фосфогипс прямо с конвейера или из отвалов подвергают сепарации в водной среде с использованием известных устройств, позволяющих получать контрастные фракции благодаря различным плотностям и размерам частиц исходного материала.

В известном устройстве (прототипе) размешивание рыхлого материала с образованием суспензии из лёгкой фракции производится специальной мешалкой из перфорированной трубы, приводимой в действие автономной силовой установкой, размещённой на верхнем конце цилиндрической ёмкости. Это сопряжено с необходимостью обслуживания и ремонта привода, также с дополнительным расходованием энергии.

Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство для переработки фосфогипса включает емкость для сбора тяжелой фракции, устройство подачи исходного материала, ёмкость для водно-гравитационной сепарации, где роль мешалки в отличие от прототипа выполняет тангенциально встроенный гидромонитор со щелевой насадкой. Ёмкость для водно-гравитационной сепарации выполнена с патрубком для слива легкой фракции в емкость-отстойник, которая соединена последовательно при помощи трубопровода с емкостями для очистки от кислот.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для утилизации фосфогипса предлагаемым способом, где

- емкость для водно-гравитационной сепарации;

- транспортер;

- тангенциально встроенный гидромонитор;

- центробежный насос;

- емкость для сбора тяжелой фракции;

- емкость-отстойник;

- патрубок;

- емкость для нейтрализации плавиковой кислоты;

- емкость для нейтрализации серной и фосфорной кислот;

- трубопровод;

- межсекционная перегородка.

Водно-гравитационная сепарация отвального фосфогипса осуществляется в ёмкости (1), состоящей из двух частей: верхней цилиндрической и нижней конической.

Промываемый материал поступает в неё, например, по ленточному транспортёру (2). Размешивание рыхлой массы до образования гипсовой суспензии производится тангенциально встроенным гидромонитором (3), расположенным, например, в 10-20 см выше конической части ёмкости. Сопло гидромонитора предлагается щелевое, секторного типа, с углом развода, например, 45°. Водяная струя такой конфигурации обеспечит наиболее эффективное циклоническое вращение поступающего материала во всей толще воды, включая нижнюю коническую часть ёмкости. Её объём рассчитывается исходя из суточной производительности установки при среднем выходе тяжёлой фракции 5%.

- 2 014877

Гидромонитор питается от центробежного насоса (4). Таким образом, благодаря тому, что плотность гипсовой составляющей отвальной меньше плотности минералов, образующих концентрат РЗЭ, в конической части ёмкости (1) накапливается тяжёлая фракция (концентрат РЗЭ), которая периодически сбрасывается в ёмкость (5). Перед этой операцией останавливают насос и жидкость над осадком сливают в емкость-отстойник (6) через патрубок (7), оборудованный, например, запорным устройством. Лёгкая фракция благодаря малым размерам кристаллов гипса образует суспензию, которая постоянно сбрасывается в многосекционный отстойник (6), где путем отстоя накапливается практически мономинеральный гипс. В (1) также осуществляется отмыв всей массы фосфогипса от технологических кислот (серной, фосфорной, фторводородной) и других водорастворимых примесей.

Из (6) вода поступает в (8), где она, проходя через реагент, освобождается известным способом от плавиковой кислоты в результате образования газообразного δίΡ₄. В (9) вода, проходя через реагент, освобождается известным способом от серной и фосфорной кислот с образованием простого суперфосфата. Этот материал (суперфосфат) без передела может использоваться в качестве удобрения. Очищенная вода может использоваться для следующего цикла. Ёмкости и трубы (10) должны быть защищены от действия кислот.

Для контроля за количеством тяжёлой фракции в конической части ёмкости (1) можно вмонтировать, например, смотровое стекло, обеспечивающее обзор смежных частей ёмкости - конической и цилиндрической.

В качестве основного элемента устройства (установки) - ёмкости (1) - можно использовать половину железнодорожной нефтеналивной цистерны, покрытую изнутри кислотоупорным материалом. В качестве отстойников можно использовать железобетонные лотки, применяемые для укладки труб больших диаметров. Всё остальное может быть изготовлено даже в небольших ремонтных мастерских.

Пример осуществления способа

Гидросистема, включающая рабочую ёмкость (1), с патрубком (7) отстойник (6), емкости для нейтрализации кислот (8, 9) и трубопроводы (10), заполняется технической водой. В емкость (8) загружается кусковой реагент, например песок для извлечения плавиковой кислоты, а в отстойник (9) - реагент для нейтрализации серной и фосфорной кислот, например известняк. Включают насос и после раскручивания воды в (1) подают отвальную массу. После заполнения конической части ёмкости (1) тяжёлой фракцией останавливают насос, сливают суспензию гипса из (1) через патрубок (10), удаляют тяжёлую фракцию в (5). Затем операции повторяют.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ переработки фосфогипса, заключающийся в том, что рыхлую массу фосфогипса подают в заполненную водой рабочую ёмкость, состоящую из верхней цилиндрической и нижней конической частей, и перемешивают, при этом образующуюся суспензию лёгкой фракции постоянно сбрасывают в отстойник, при заполнении конической части ёмкости тяжёлой фракцией прекращают перемешивание, выпускают тяжёлую фракцию, после отстоя суспензии в отстойнике извлекают мономинеральный гипс, а воду, содержащую технологические кислоты, очищают.
2. 2. Устройство для переработки фосфогипса, включающее устройство подачи исходного материала, ёмкость для водно-гравитационной сепарации с устройством перемешивания, выполненную со сливным патрубком, емкость-отстойник и емкость для сбора тяжелой фракции, при этом устройство дополнительно содержит соединенные при помощи трубопроводов ёмкости для нейтрализации кислот, а в качестве устройства перемешивания используется тангенциально встроенный гидромонитор с щелевой насадкой.
3. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щелевая насадка гидромонитора выполнена в форме сектора с углом 45°.
4. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средством для подачи исходного материала является транспортер.
5. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что емкость-отстойник выполнена с количеством секций не менее двух.
6. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перегородки между секциями кроме первой выполнены водопроницаемыми.