Відходи виробництва екстракційної фосфорної кислоти

Як твердий відхід віробництва фосфорної кислоти сірчанокислим способом утворюється фосфогіпс — сульфат кальцію з домішками фосфатів. На 1 т P₂0₅ у фосфорній кислоті в залежності від сировини, що використовується, одержують від 3,6 до 6,2 т фосфогіпса в перерахунку на суху речовину (7,5−8,4 т у перерахуванні на дигідрат). У залежності від умов одержання фосфорної кислоти в осаді утворюється дигідрат CaSO₄ * 2Н₂0, напівгідрат CaSO₄ * 0,5Н₂0 чи безводний сульфат кальцію, що й обумовлює відповідні назви продуктів — фосфогіпс, фосфополугідрат і фосфат-гідрит. Ці відходи являють собою сірий дрібнокристалічний комковатий порошок з вологістю до 25−40% (у залежності від умов одержання фосфорної кислоти). У перерахуку на суху речовину вони містять до 94% СaSO₄. Основними домішками в них є фосфати, що не відреагували, полуторні оксиди, сполуки фтору і стронцію, невідмита фосфорна кислота, органічні речовини. У них присутні сполуки марганцю, молібдену, кобальту, цинку, міді, рідкоземельних і деяких інших елементів.

Основну масу фосфогіпсу, що утворюється, в даний час скидають у відвали. Транспортування фосфогіпсу у відвали і його збереження зв’язані з великими капітальними й експлуатаційними витратами, що досягають 40% вартості спорудження й експлуатації основного виробництва, і ускладнює роботу заводів. В даний час у відвалах підприємств колишнього СРСР знаходиться близько 275 млн. т фосфогіпсу і його кількість продовжує збільшуватися щорічно приблизно на 10 млн. т (у перерахуванні на двогідрат). У цьому зв’язку вже давно виникла і продовжує збільшуватися необхідність використання цього відходу в народному господарстві. Нижче розглянуті впроваджені методи і перспективні шляхи використання фосфогіпсу.

Рисунок 1.2 — Схеми утилізації відходів виробництва екстракційної фосфорної кислоти:

Процес переробки фосфоангідрита чи природного гіпсу з одержанням сірчаної кислоти і цементу здійснений у промисловому масштабі в ряді країн (Австрія, Німетчина, Польша), значна увага його освоєнню приділяється й у нашій країні. Для одержання цементного клінкера і двооксиду сірки готують шихту, що містить фосфоангідрит, кокс, пісок і глину.

Розроблені схеми розрізняються, в основному, засобом готування шихти і деяких елементів апаратурного оформлення. Розрізняють три засоби готування шихти: сухий, мокрий і комбінований. При сухому засобі цей процес зводиться до простого змішування компонентів, при мокрому процес ведуть у присутності води. Комбінований спосіб передбачає мокре готування шихти, а для одержання двооксиду сірки і цементного клінкера використовують дегідратирований шлам. У цьому випадку шихта має більш однорідний склад, що поліпшує її наступну переробку. Крім того, поліпшуються санітарні умови виробництва.

Щорічно у світі скидається у відвал близько 80−100 млн. т фосфогіпсу, на що витрачається приблизно стільки ж засобів, скільки на видобуток природного гіпсового каменю в такій же кількості. Тому дуже важливою є проблема одержання високоміцних гіпсових в’яжучих матеріалів і будівельного гіпсу на базі фосфогіпсу. У ряді закордонних країн (Японія, Франція, Бельгія й ін.) фосфогіпс досить широко використовують для цих цілей (обсяг його світового споживання в цьому напрямку складає близько 2,5% від виробництва).

Одним з можливих, як уже відзначалося, і важливих напрямків утилізації фосфогіпсу є його використання для хімічної меліорації солонцевих ґрунтів, причому особливо на содових солонцях, де його меліоративний ефект є найкращим Асиміляція фосфогіпсу солонцевими ґрунтами приводить до утворення сульфату натрію, що вимивається легко з них. Доза внесення фосфогіпса складає 6−7 т/га. Потреба у фосфогіпсі для цієї мети складає більш 2,2 млн. т, однак широке його використання стримується необхідністю будівництва установок підсушки і грануляції, тому що великий вміст вологи у фосфогіпсі ускладнює роботу механізмів для його внесення в ґрунт. Споживання фосфогіпса в 80-і роки в сільському господарстві СРСР складало щорічно близько 1,4 млн.т. Економічні розрахунки показують, що кожен карбованець, витрачений на меліорацію солонців, окупається двома-трьома карбованцями в залежності від зони зволоження, властивостей солонців і прийомів меліорації, які використовуються.

У нашій країні і за кордоном розроблено декілька напрямів використання фосфогіпсу, нижче наводиться їх економічна ефективність в розрахунку на 1 т відходу:

Таблиця 1.1 — Економічна ефективність використання фосфогіпсу.