VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Фосфогипс - многотоннажный отход производства фосфорной кислоты, используемой для производства концентрированных простых и сложных удобрений, таких как двойной суперфосфат, нитрофос, нитрофоска и др.

Фосфогипс представляет собой твердый осадок, образующийся при получении фосфорной кислоты. На Жамбылском заводе минеральных удобрений ТФ ТОО «Казфосфат» «МУ» фософрная кислота получается по сернокислотному (экстракционному) способу, заключающемуся в разложении природного фосфорита Каратау серной кислотой и в отделении образующейся твердой фазы сульфата кальция от раствора фосфорной кислоты .

В зависимости от технологических параметров экстракции (температуры и концентрации фосфорной кислоты) в осадок могут могут выпадать различные кристаллогидраты сульфата кальция: дигидрат, полугидрат и ангидрит. На заводе минеральных удобрений ТФ ТОО «Казфосфат» «МУ» осуществляется дигидратный метод производства фосфорной кислоты. Образующийся осадок (фосфогипс) состоит в основном из двуводного сульфата кальция (CaSO₄∙2H₂O) и содержит примеси неразложившегося фосфата, фосфорнокислых солей и силикатов [1,2].

Основным способом удаления фосфогипса на сегодняшний день является сброс в отвалы, что оказывает негативное влияние на окружающую среду.

В настоящее время на отвалах ТОО «Казфосфат» находится более 8.5 млн.тонн фосфогипса и его количество продолжает увеличиваться ежегодно примерно на 1 млн.тонн (в пересчете на дигидрат кальция).

По мере развития промышленности фосфосодержащих удобрений, вопросы использования фосфогипса становятся все более актуальными по следующим причинам:

- длительное время проблеме утилизации фосфогипса не уделялось должного внимания, что привело к образованию огромных запасов лежалого фосфогипса;

- транспортирование фосфогипса в отвалы и его хранение в них связано с большими капитальными вложениями и эксплуатационными затратами;

- для создания отвалов фосфогипса приходится отчуждать большие площади сельскохозяйственных земель;

- хранение фосфогипса в отвалах наносит вред окружающей среде в результате вымывания вредных веществ атмосферными осадками и за счет пыления.

Сравнительная оценка физико-химических свойств и структуры техногенных отходов Жамбылского региона показала, что наибольшие перспективы промышленной реализации имеет технология получения из лежалого фосфогипса гипсового вяжущего. Данный вариант утилизации фосфогипса наиболее перспективен и экономически привлекателен по ряду причин. Во-первых, гипсовое вяжущее – это строительный материал, при производстве которого расходуются минимальное количество энергии, причем невысокого потенциала. Во-вторых, сама технология получения гипсового вяжущего простая, капитальные затраты на строительство установки невелики, основными конструкционными материалами для оборудования установки являются черные металлы.

Проведенные мониторинговые исследования отвалов фосфогипса, расположеных на территории Жамбылского завода минеральных удобрений ТОО «Казфосфат», показали, что лежалый фосфогипс имеет идентичный химический и фазовый состав. Фосфогипс по химическому составу содержит в основном оксиды кальция, серы и кремния с примесью оксидов железа, алюминия, магния, фосфора, натрия и других (таблица1). По минералогическому составу фосфогипс в основном содержит минерал гипс и примеси кварца.

Таблица 1 – Результаты химического анализа проб фосфогипса ТОО «Казфосфат»

При получении гипсового вяжущего из отвального фосфогипса важно то, что в отвальном лежалом фосфогипсе за счет его уплотнения и выветривания содержание гигроскопической влаги ниже, чем в свежем фосфогипсе (таблица 2). Пониженная влажность фосфогипса будет способствовать снижению затрат энергоресурсов на стадии термообработки при получении фосфогипсового вяжущего.

В таблице 2 для сравнительной оценки представлены составы основных оксидов, которые в наибольшей степени влияют на процессы структурообразования вяжущих систем в строительных материалах.

Таблица 2 – Химический состав основных оксидов, содержащихся в фосфогипсе

Наличие оксидов CaO (C), SiO₂ (S), Al₂O₃ (A) в определенном соотношении определяют гидратационные свойства сырьевых компонентов, применяемых для изготовления вяжущих материалов в строительстве []. Наличие в отходах минералов, обладающих гидравлической активностью (C₃S, C₂S, C₂F и др.), и их гидратов определяет возможность получения из них вяжущих компонентов, аналогичных портландцементу.

Проведен расчет и сопоставление таких технологических характеристик исследуемых отходов, как модуль основности М_о= (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃) и модуль активности M_a=Al₂O₃/SiO_2.

При М_о>1 сырьевые компоненты относят к основным, при М₀