О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. - 145 c.
Глава 5. Экологическая характеристика производств
5.13. Комплексное использование фосфатного сырья.
В процессе обогащения фосфатных руд, содержащих
минералы апатитовой группы, образуется большая масса отходов. Например, на 1 т
апатитового концентрата получают 0,6-0,7 т нефелинового концетрата. Одним из
важнейших путей утилизации таких отходов является их комплексная переработка в
соответствии с разработанной в СССР технологией, обеспечивающей получение ряда
ценных и дефицитных продуктов: соды, поташа, цемента, глинозема.
В соответствии с этой технологией нефелиновый
концентрат в порошкообразном виде спекают с известняком или мелом:
При последующем выщелачивании спёка водой
образовавшиеся алюминаты натрия и калия переходят в раствор. Затем водную
пульпу подвергают фильтрованию от нерастворимых силикатов кальция, которые
направляют в цементное производство, а фильтрат, содержащий Na2SiO3 - на автоклавное обескремнивание при давлении 0,6-0,7
МПа:
Образующийся осадок после дальнейшего отстаивания
пульпы в сгустителе в виде шлама возвращают на спекание, а осветленный раствор
подвергают карбонизации газами печей спекания:
Для получения глинозема осадок Аl(ОН)3
отфильтровывают и подвергают кальцинации. В фильтрате (карбонатных щелоках)
кроме Na2CO3 и K2CO3 содержится определенное количество K2SO4 и бикарбонатов натрия и калия, что обусловлено
присутствием SO2 в газах
печей спекания и режимом процесса карбонизации. Для предотвращения коррозии
аппаратуры кислые соли при помощи гидроксида натрия (каустической соды) переводят
в углекислые:
Для получения нужного количества щелочей часть
карбонатных щелоков подвергают каустификации:
Отфильтрованный и промытый шлам, полученный при
каустификации, направляют на спекание. Содержащиеся в карбонатных щёлоках соли
выделяют затем методом политермического разделения, основанным на их различной
растворимости при разных температурах (рис. 8).
Рис. 8. Схема переработки
карбонатного щелока из нефелина
Карбонатный щелок, нейтрализованный щелочью (для
перевода кислых солей в нейтральные), после карбонизации для освобождения от
остатков Аl2O3 и
выделения осаждённого Аl(ОН)3 подают на I стадию
упаривания, где из него выделяется 25-30 % соды. После отделения кристаллов
соды маточник №1 смешивают с маточником №2, получаемым на II
стадии упаривания, и этот раствор охлаждают до 35 0С. В процессе
охлаждения в осадок выпадает K2SO4, который
затем отделяют от раствора, поступающего на II стадию упаривания, в результате
которой выделяют остальные 70-75 % имеющейся в карбонатном щелоке соды.
Отделённые на обеих стадиях упаривания осадки соды смешивают и обезвоживают.
Часть маточника №2, не пошедшую на смешение с
маточником №1, подают на III стадию упаривания, в результате которой
кристаллизуется смесь двойной соли Na2CO3 ∙ K2CO3, Na2CO3 и K2SO4. Осадок отделяют от суспензии и передают на
растворение в нейтрализованном карбонатном щелоке, а жидкую фазу охлаждают для
выделения K2CO3 ∙
1,5H2O, который затем отфильтровывают и высушивают. Маточник
№3 возвращают на III стадию упаривания и частично выводят из системы в
виде поташного раствора (~50 % K2CO3).
Эксплуатационные затраты на получение перечисленных
продуктов по описанной технологии на 10-15 % меньше затрат при раздельном их
производстве. Кроме того, при определенных условиях может быть исключен сброс
производственных сточных вод.
Разработан и безупарочный способ переработки
карбонатных щелоков, при котором путём их карбонизации и высаливания аммиаком
можно выделить в осадок в виде NaHCO3 до 97 % Na2CO3 и до 85 % K2CO3. Кроме того, по этому способу получается аммиачная вода,
являющаяся жидким удобрением.
Значительный интерес представляет разработка процессов
совместной переработки нефелина и фосфогипса. В этом случае наряду с получением
глинозема, цемента, соды и поташа может быть выделен SO2 с дальнейшим использованием его для получения серной
кислоты или серы. Суть процесса может быть выражена уравнением:
Наряду с
этим могут быть получены цемент и сульфаты калия и натрия. Таким образом,
замена известняка на фосфогипс в процессе комплексной переработки нефелина
может позволить не только комплексно использовать апатитовое сырье, но и
способствовать утилизации твердых отходов производства экстракционной фосфорной
кис лоты.
|