Способ утилизации фосфогипса

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Ковдерко Владимир Эдуардович Малявко Леонид Петрович Половиков Николай Владимирович(72) Авторы Ковдерко Владимир Эдуардович Малявко Леонид Петрович Половиков Николай Владимирович(73) Патентообладатели Ковдерко Владимир Эдуардович Малявко Леонид Петрович Половиков Николай Владимирович(57) Способ утилизации фосфогипса, заключающийся в том, что рыхлую массу фосфогипса подают в заполненную водой рабочую емкость, состоящую из верхней цилиндрической и нижней конической частей, и перемешивают с помощью тангенциально встроенного гидромонитора со щелевой насадкой в виде сектора с углом 45, при этом образующуюся суспензию легкой фракции, представляющей собой мономинеральный гипс, постоянно сбрасывают в двухсекционный отстойник, где накапливают мономинеральный гипс, при заполнении конической части емкости тяжелой фракцией, представляющей собой концентрат редкоземельных элементов, прекращают перемешивание, выпускают тяжелую фракцию в отстойник под рабочей емкостью, после отстоя суспензии в двухсекционном отстойнике извлекают мономинеральный гипс, а воду, содержащую технологические кислоты, очищают и возвращают в процесс. Изобретение относится к области переработки отходов химической промышленности,а конкретно отвалов фосфогипса - остаточного продукта при производстве фосфорных удобрений. Большие объемы отходов, наличие в них редкоземельных элементов и строн 12699 1 2009.12.30 ция (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 серьезный 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 счет реализации вторичных продуктов - гипса и концентрата РЗЭ. Предлагаемое в качестве изобретения устройство относится к области водногравитационной 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 1. Способ довольно сложный, дорогой, а главное, небезопасный для окружающей среды. Известен способ извлечения РЗЭ из фосфогипса (частичная утилизация) микробиологическими методами 2. Способ требует специфических условий для жизнедеятельности микроорганизмов, создает новые экологические (биологические) проблемы, что затрудняет его применение в промышленных масштабах. Известен способ утилизации фосфогипса путем термического его разложения с получением фосфоизвести и диоксида серы. Из фосфоизвести химическим путем извлекают РЗЭ, а также получают фосфомел. Диоксид серы может быть использован для получения серной кислоты 3. По полноте утилизации отвальной массы наиболее близким к заявляемому способу является способ растворения фосфогипса в воде. При этом нерастворимый осадок представляет собой концентрат РЗЭ 4. Экспериментальные работы показали высокую эффективность способа в части довольно полного извлечения в концентрат РЗЭ. Однако из-за низкой растворимости гипса (2 г/л) и длительности растворения (5 мес при проведении эксперимента) способ не нашел применения. Кроме того, весь сульфат кальция и другие водорастворимые компоненты сбрасываются с технологическими водами, создавая угрозу загрязнения поверхностных и подземных вод. Но главный недостаток способа состоит в том, что теряется вся масса химически осажденного гипса, являющегося самостоятельным полезным компонентом отвальной массы, по сути, крупным техногенным месторождением, не требующим расходов на разведку и освоение. По данным 4, выход легкой фракции из отвальной массы Гомельского химического завода составляет 95-97 ,практически полностью состоящей из кристаллического тонкозернистого гипса, пригодного для непосредственного использования при производстве сухих штукатурок, гипсокартона и гипсового цемента. С точки зрения решения поставленной задачи способ нельзя принять за прототип. Попытки использования отвального фосфогипса Гомельского химического завода на Минском гипсовом заводе (ныне ОАО БЕЛГИПС) без предварительной переработки закончились неудачей. В заводском архиве имеются заключения о невозможности выпуска потребительской продукции из предложенного сырья. Фосфогипс, обработанный предлагаемым в качестве изобретения способом, при лабораторных испытаниях показал безоговорочную пригодность в качестве сырья для производства гипсовых изделий и вяжущих(гипсового цемента) 5. Заявляемый в качестве изобретения способ утилизации 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 водно-гравитационным способом. К ним относятся винтовые сепараторы, гидро 2 12699 1 2009.12.30 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) описано в 6. Оно представляет собой цилиндрическую емкость с коническим днищем, оборудованным сливом для периодического удаления тяжелой фракции. Легкая фракция в виде водной суспензии удаляется через верхний слив. Над конической частью емкости размещается мешалка, рабочий орган которой представляет перфорированное кольцо на перфорированной крестовине, жестко связанной с полым валом. На верхнем конце вала имеются сальник для подачи воды и привод на электродвигатель. По данным 4, плотность гипсовой составляющей отвальной массы равна 2,32 г/см 3,плотность минералов, образующих концентрат, - 3,28 г/см 3. Кроме этого, концентрат представлен разнозернистой, но в целом более крупнозернистой фракцией отвальной массы. Гипсовая составляющая равномернозернистая 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 утилизации фосфогипса, включающей получение товарного гипса, концентрата редкоземельных элементов, освобождение продуктов передела от технологических кислот с последующей их нейтрализацией, использование технической воды по замкнутому варианту, и в использовании простейших, но достаточно эффективных устройств. Задача решается за счет того, что способ утилизации фосфогипса заключается в том,что рыхлую массу фосфогипса подают в заполненную водой рабочую емкость, состоящую из верхней цилиндрической и нижней конической частей, и перемешивают с помощью тангенциально встроенного гидромонитора со щелевой насадкой в виде сектора с углом 45, при этом накапливающуюся в конической части емкости тяжелую фракцию, представляющую собой концентрат редкоземельных элементов, периодически отбирают, образующуюся суспензию легкой фракции, представляющей собой мономинеральный гипс,постоянно сбрасывают в двухсекционный отстойник, где накапливают мономинеральный гипс, а воду, содержащую технологические кислоты, очищают и возвращают в процесс. В известном устройстве размешивание рыхлого материала с образованием суспензии из легкой фракции производится специальной мешалкой из перфорированной трубы, приводимой в действие автономной силовой установкой, размещенной на верхнем конце цилиндрической емкости. Это сопряжено с необходимостью обслуживания и ремонта привода, также с дополнительным расходованием энергии. В предлагаемом устройстве роль мешалки будет выполнять тангенциально расположенный гидромонитор в 10-20 см выше конической части емкости. Сопло предлагается щелевое секторного типа с углом развода 45. Водяная струя такой конфигурации обеспечит циклоническое вращение поступающего материала во всей толще воды, включая нижнюю коническую часть емкости. Ее объем рассчитывается исходя из суточной производительности установки при среднем выходе тяжелой фракции 5 . На фигуре показана принципиальная схема и устройство для утилизации фосфогипса предлагаемым способом. Водно-гравитационная сепарация отвального фосфогипса осуществляется в емкости 1, состоящей из двух частей верхней цилиндрической и нижней конической. Промываемый материал поступает в нее по ленточному транспортеру 2. Размешивание рыхлой массы до образования гипсовой суспензии производится тангенциально встроенным гидромонитором 3. С целью лучшего перемешивания и сепарации 3 12699 1 2009.12.30 материала, сопло насадки гидромонитора выполнено в виде секторальной щели с углом 45. Гидромонитор питается от центробежного насоса 4. Таким образом, в конической части емкости 1 накапливается тяжелая фракция (концентрат РЗЭ), которая периодически сбрасывается в емкость 5. Перед этой операцией необходимо остановить насос и жидкость над осадком слить в емкость 6 через патрубок 10, оборудованный запорным устройством. Легкая фракция, благодаря малым размерам кристаллов гипса, образует суспензию, которая постоянно сбрасывается в двухсекционную емкость-отстойник 6, где путем отстоя накапливается практически мономинеральный гипс. В емкости 1 также осуществляется отмыв всей массы фосфогипса от технологических кислот (серной, фосфорной, фторводородной) и других водорастворимых примесей. Из отстойника 6 вода поступает в емкость 7, где она освобождается от плавиковой кислоты. В емкости 8 вода освобождается от серной и фосфорной кислот с образованием гипса и простого суперфосфата. Этот материал без передела может использоваться в качестве удобрения. Очищенная вода используется для следующего цикла. Следует иметь в виду, что емкости 1, 5, 6, 7, 8 и трубы 9 должны быть защищены от действия кислот. Для контроля за количеством тяжелой фракции в конической части емкости 1 необходимо вмонтировать смотровое стекло. В качестве основного элемента устройства (установки) - емкости 1 - можно использовать половину железнодорожной нефтеналивной цистерны, покрытую изнутри кислотоупорным материалом. В качестве емкости-отстойника можно использовать железобетонные лотки, применяемые для укладки труб больших диаметров. Пример осуществления способа. Гидросистему, включающую рабочую емкость 1, насос 4, емкости 6, 7, 8 и трубопроводы 9, заполняют технической водой. В емкость 7 загружают кусковой реагент для извлечения плавиковой кислоты, а в емкость 8 - реагент для нейтрализации серной и фосфорной кислот. Включают насос и, после раскручивания воды в емкости 1, подают отвальную массу. После заполнения конической части емкости 1 тяжелой фракцией останавливают насос, сливают суспензию гипса через патрубок 10 в емкость-отстойник 6, удаляют тяжелую фракцию в емкость 5. Затем операции повторяют. Основной технический результат достигается тем, что в способе утилизации фосфогипса путем 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 включен 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 водно-гравитационной сепарации и непрерывной химической очисткой воды, чем обеспечивается многократное ее 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. Технический результат устройства заключается в упрощении его конструкции, снижении металлоемкости, повышении надежности и увеличении срока службы. 12699 1 2009.12.30 Источники информации 1. Иваницкий В.В., Классен П.В., Новиков А.А. и др. Фосфогипс и его использование. М. Химия, 1990 ( кв.). - 224 с ил. 2..,.,., - .,., .. . ., 1989. 3. Андрианов и др. ТР.НИУИФ.- М. НИУИФ, 1983. Вып. 243. - С. 144-151. 4. Установить закономерности распределения и концентрацию редких земель, редких и рассеянных элементов в отходах промышленности и обосновать целесообразность их промышленного извлечения. Заключительный отчет о научно-исследовательской работе.Мн. ИГН НАНБ, 1995 ( госрегистрации 19942383). 5. Сообщение Главного инженера ОАО БЕЛГИПС Володько (копия прилагается). Прим. ОАО БЕЛГИПС был представлен гипс, подготовленный нами заявляемым способом. Непосредственно на гипсовом заводе никакой доработки не производилось. 6. А.с. СССР 1535628, МПК В 03 В 5/00, 1990. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5