Утилизация отходов при производстве фосфорной кислоты

Фосфогипс используется для производства гипсовых вяжущих добавок к цементу, строительных изделий, в сельском хозяйстве для гипсования солончаковых почв. Большая часть фосфогипса складируется в отвалы. Экстракционная кислота используется для получения фосфорных удобрений. Для других целей используется концентрированная фосфорная кислота, которую получают электротермическим методом. Он основан на восстановлении фосфора из фосфатов в электродуговых печах с последующим окислением элементарного парообразного фосфора (Р₄) до его оксида. Основными примесями, препятствующими прямому использованию фосфогипса вместо природного гипса в строительстве, являются соединения фтора и Р₂О₅. В России и странах СНГ в настоящее время в отвалах находится более 40 млн. т фосфогипса и ежегодно образуется около 10 млн. т этого отхода. Фосфогипс помимо загрязнения окружающей среды наносит большой экономический ущерб, поскольку до 10% себестоимости фосфорной кислоты приходится на затраты по его транспортировке и хранению. Шламохранилища занимают огромные площади земель, необходимых сельскому хозяйству.

●Авторами предлагаются следующие технические решения. Для извлечения фосфогипс обрабатывают слабым раствором серной кислоты с последующим выделением гидроксидов РЗЭ при обработке раствора выщелачивания газообразным аммиаком [Пат. РФ N 2104938]. Извлечение сульфата калия достигает 95-97%. В результате получается концентрат РЗЭ с извлечением 40-60%, карбонаты кальция (стронция) и кристаллический сульфат калия. Карбонаты кальция (стронция) могут применяться в сельском хозяйстве для раскисления почв, сульфат калия - эффективное и ликвидное удобрение, концентрат РЗЭ относится к дефицитным продуктам. Таким образом, фосфогипс утилизируется полностью с получением ценных компонентов.

●В качестве другого пути извлечения РЗЭ из фосфгипса и его обесфосфоривания предлагается разработанная технология микробиологического выщелачивнаия с использованием ассоциаций микроорганизмов, состоящих из нескольких видов тионовых или ацидофильных тионовых бактерий из авторской Коллекции живых культур, адаптированных к фосфогипсу для активного перевода в жидкую фазу фосфора, РЗЭ и других составляющих. Микроорганизмы культивируются на питательных средах, накапливаются и подаются на выщелачивание в чановом режиме. В процессе участвуют бактерии в активной фазе роста. При использовании ассоциации ацидофильных тионовых бактерий биовыщелачиванием в раствор переводится 50-70% редкоземельных элементов и до 94% фосфора при расходах серной кислоты значительно более низких, чем при известных кислотных способах вскрытия фосфогипса. Полученный раствор направляется на дальнейшую переработку по известным технологиям, обесфосфоренный кек биовыщелачивания с низким (до 0,08%) содержанием P₂O₅ также направляется на переработку по известным технологиям для доизвлечения остаточных количеств редкоземельных элементов, получения сульфата калия, смеси карбонатов кальция и стронция и использования остатков в стройиндустрии. Способ позволяет повысить экономичность процесса утилизации фосфогипса за счет упрощения технологии переработки с пятикратным снижением расхода серной кислоты, ускорить и удешевить дальнейшие стадии получения товарной продукции из продуктивных растворов и обезвреженных кеков биовыщелачивания. Следует отметить, что микробиологическое выщелачивание с использованием бактериального комплекса тионовых бактерий имеет дополнительные преимущества, заключающиеся в возможности ведения процесса без дополнительной подачи серной кислоты за счет естественного подкисления реакционной среды и при весьма умеренной аэрации пульпы. Кроме того, использование разработанных авторами ассоциаций микроорганизмов позволяет вести процесс в водной среде, в дезагрегированном состоянии, без явлений вторичной цементации. На разработанную биотехнологию утилизации фосфогипса подана заявка на изобретение 2011-11 GD01 БД ВИНИТИ.

●Разработана технология получения композиционного материала строительного назначения на оснвое фосфогипса-дигидрата методами заливки и прессования. В качестве связующего использована смола карбамидоформальдегидная смола марки КФЖ - относительно недорогая, доступная, используемая в мебельной, деревообрабатывающей промышленности. В значительной степени выбор ее был обусловлен и тем фактором, что остатки P₂O₅, содержащиеся в фосфогипсе, играют роль катализатора отверждения смолы.

●В нашей стране и за рубежом разработано несколько направлений использования фосфогипса, ниже приводится их экономическая эффективность в расчете на 1 т отхода: