Высокоэффективная и ресурсосберегающая технология химического обогащения низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время с уменьшением пахотно-пригодных землей и ростом населения в мире обостряется продовольственная проблема. В связи с этим одним из приоритетных задач пищевой и сельскохозяйственной промышленности является обеспечение населения продовольствием. Поэтому в последнее время большое внимание уделяется производству минеральных удобрений -основному фактору выращивания высокого и качественного урожая сельскохозяйственных культур. После обретения независимости в нашей стране большое внимание уделяется подготовке качественного фосфатного сырья с применением новых технических решений и технологий на основе существующих сырьевых ресурсов. В частности, в рамках реализации проекта «Увеличение производства по обогащению существующего фосфатного сырья» на Кызылкумском фосфоритовом комбинате (КФК) увеличена мощность производства мытого обожженного фосфоконцентрата (МОФК) со средним содержанием Р2О5 26% до 716 тыс. т в год, позволяя обеспечить качественным фосфоритным сырьём предприятия, производящие фосфорные удобрения. В мире особое внимание уделяется разработке новых способов обогащения низкосортных фосфоритов, в этом аспекте наиболее важной задачей является разработка технологии получения высококачественного фосфоритного концентрата с использованием азотной и соляной кислот. При разработке технологии обогащения низкосортных фосфоритов этими кислотами необходимо обосновать ряд соответствующих научных решений, в том числе по следующим направлениям: разработка эффективных способов химического обогащения низкосортного фосфатного сырья; определение оптимальных условий процесса выделения нитратов и хлоридов кальция из промежуточных продуктов,образующихся при обогащении высококарбонатных фосфоритов азотной и соляной кислотами; разработка технологии получения экстракционной фосфорной кислоты, преципитата и фосфорных удобрений из качественного химически обогащенного фосфоконцентрата. Актуальность тематики диссертации определяется необходимостью выполнения научных исследований в данном направлении. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в указе и постановлении Президента Республики Узбекистан № УП-4707 от 4 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и постановления Кабинета Министров Республики Узбекистан № 8 от 22 января 2015 года «О дополнительных мерах по сокращению производственных затрат и снижению себестоимости продукции в промышленности», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка высокоэффективной и ресурсосберегающей технологии химического обогащения высококарбонизированных фосфоритов Центральных Кызылкумов азотной и соляной кислотами и переработки полученных фосфоритных концентратов в удобрительный преципитат и комплексные удобрения. Научная новизна исследования заключается в следующем: впервые показана возможность химического обогащения высококарбонизированных фосфоритов ЦК азотной кислотой с последующим выделением образующегося нитрата кальция путем фильтрации НКФС и промывки влажного фосфоритного концентрата циркулирующим раствором Са(1\Юз)2И водой. Установлена корреляционная зависимость изменения состава фосфоритных концентратов от нормы и концентрации азотной кислоты, весового соотношения фосфорита к 10 %-ному раствору нитрата кальция, промывной воде и кратности промывки и найдены оптимальные условия обогащения различных видов Кызылкумских фосфоритов; получены новые научные данные по выявлению влияния концентрации, нормы соляной кислоты и скорость вращения мешалки на процесс пенообразования при солянокислотном обогащении минерализованной массы, найдены оптимальные условия ведения процесса получения фосфоритных концентратов с высоким содержанием Р2О5 и низким значением кальциевого модуля; установлены отношении изменения состава удобрительных преципитатов от нормы, концентрации НС1, нормы осадителя Са(ОН)г и весового соотношения фосфорит: Н2О; разработана эффективная технология получения сложно-смешанных удобрений на основе активации обогащенных фосфоритов с аммонийными солями. Заключение Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются: 1. Проведены систематические исследования по химическому обогащению высококарбонизированных фосфоритов ЦК путем их обработки азотной кислотой при её нормах от 30 до 60% от стехиометрии в пересчете на СаО в фоссырье с последующим отделением нитрата кальция из нитрокальцийфосфатной пульпы циркулирующим раствором Ca(NO3)2, разделением жидкой и твердой фазы методом декантации и промывкой сгущенной части водой. Па основании проведенных опытов установлены следующие оптимальные условия процесса: концентрация раствора Ca(NO3)2 - 10%; весовое соотношение ФС: 10% р-р Ca(NO3)2=l :2,5, концентрация HNO3 - 52,5-57,0%, время отстоя 5-6 мин. При оптимальных условиях выход Р2О5 в фосфоритный концентрат составляет 54,62-54,92%, содержание в них Р2О5 -26,68-26,74%, а кальциевый модуль 1,78-1,81. Основными недостатками разработанного способа обогащения Кызылкумских фосфоритов являются: низкий выход целевого продукта (35-36%) и низкий выход Р2О5 (56-60%) в ХОФК, трудность утилизации слабого нитрокальцийфосфатнного раствора, являющегося побочным продуктом обогащения. 2. Разработана усовершенствованная технология химического обогащения Кызылкумских фосфоритов методом их разложения пониженной нормой азотной кислоты с последующим добавлением к нитрокальцийфосфатной пульпе циркулирующего раствора нитрата кальция (ЦРНК), нейтрализацией полученной НКФС аммиаком до значения рН=3, выделением из неё Ca(NO3)2 путем фильтрации и промывкой влажного фосфоритного концентрата вначале ЦРНК, затем водой. Установлена зависимость изменения содержания Ca(NO3)2 и кальциевого модуля от нормы HNO3, соотношения ФС:р-р Ca(NO3)2 и температуры промывной воды. С целью снижения СаОвадн в виде Са(МО3)2 в ХОФК до минимального его содержания промывки влажного фосфоконцентрата рекомендуется осуществлять по схеме, широко используемой при промывке фосфогипса в производстве ЭФК. Для промывки фосфоконцентрата используется второй и третий фильтраты предыдущего цикла, а в последнем (3-я промывка) - воду. Основными преимуществами данного способа промывки являются: достижение более полного извлечения Ca(NO3)2 из фосфоконцентрата и получение относительно концентрированного его раствора. При трёхкратной схеме промывки фосфоконцентрата при весовых соотношениях ФС : р-р Ca(NO3)2, соответственно равными 1,0:1,60; 1,0:2,29; 1,0:2,97 и норме HNO3 50%, получаются ХОФК следующего состава (вес. %): РгОбобщ. 25,90-26,11; Р2О5>ч;в по лим. к-те 11,92-12,32; Р2О5уСв. по тр. Б 8,16-8,48; СаОобЩ 39,94-41,13; СаОусв 19,12-19,37; СаО^ 0,34-1,08; СО2 2,29; N 0,17-0,55; СаО : Р2О5 = 1,53-1,59. При этом степень отмывки Ca(NO3)2 возрастает с 96,52 до 98,92%. 3. Результаты опытов по обогащению высококарбонизированных фосфоритов ЦК азотной кислотой на лабораторной модельной установке полностью подтвердили данные лабораторных опытов. Па укрупненной опытной установке АО «Самаркандкимё» проведены испытания технологии азотнокислотного обогащения Кызылкумских фосфоритов, в результате которых установлены основные технологические параметры. Составлен материальный баланс процесса и разработан технологический регламент производства. Выпущены опытные партии ХОФК по 200 кг соответственно для нормы HNO3 40 и 50%. 4. Проведено исследование по выявлению влияния концентрации, нормы, скорости подачи соляной кислоты и скорости вращения мешалки на процесс ценообразования при солянокислотном обогащении минерализованной массы (ММ). Найдены оптимальные условия обогащения: норма НС1 50-60% от стехиометрии в пересчете на СаО, её концентрация не менее 25%; скорость подачи НС1 0,728-1,092 г/мин; скорость вращения мешалки 1000 об/мин. При нейтрализации солянокислотной пульпы суспензией гидроокиси кальция или аммиаком с последующим отделением из системы хлорида кальция путем фильтрации кальцийхлориднофосфатного раствора и промывкой твердой фазы циркулирующим растворомСаСЬ показана принципиальная возможность получения фосфоритных концентратов состава (вес. %): Р2О5 22,74; СаО 39,00; СО2 3,52; С1 0,78; СаО : Р2О5 = 1,72 из ММ и Р2О5 26,36; СаО 40,07; СО2 3,60; С1 0,79; СаО : Р2О5 = 1,52 из ФМ. 5. Установлены оптимальные технологические параметры процесса получения удобрительного преципитата на основе ХОФК из ММ: норма и концентрация НС1 соответственно 100 и 25-32%; норма осадителя Са(ОН)2 100-110%; весовое соотношение осадок: П2О= 1:2,5 и 1:2,0. При этом степень преципитирования в зависимости от условий опытов находится в пределах 94,79-97,41. Состав полученных преципитатов меняется (вес. %): РгОбобщ от 26,02 до 26,47; Р2О5ух.в по лим. к-те от 22,24 до 22,73; Р205водн от 1,02 до 1,28; СаООбЩ от 28,01 до 29,41; СаО>св от 24,18 до 25,20; СаОводн. от 1,20 до 1,30; С1 от 0,96 до 1,10. Па основе смешения ХОФК с аммонийными солями получены сложносмешанные NP удобрения с содержанием суммы питательных компонентов от 27,60 до 41,71 %. Определено, что гранулы всех марок удобрений имеют достаточную прочность (от 3,02 до 4,31 МПа). 6. Проведены технико-экономические расчеты химического обогащения высококарбонизированных фосфоритов ЦК с помощью азотной и соляной кислот. Показано, что себестоимость одной тонны ХОФК, содержащего 26% Р2О5 на основе азотно- и солянокислотного обогащения составляют 213104 и 203959 сум, что соответственно на 28016 и 37161 сум дешевле в сравнении с МОФК-26.