Разработка способов переработки низкосортных Кызылкумских фосфоритов с использованием нитрозных газов

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире при создании эффективных технологий в отраслях химической промышленности, в том числе производства минеральных удобрений, особое внимание уделяется на проведение исследования и разработке технологии, предусматривающие наиболее полного и рационального использования собственных сырьевых ресурсов каждой страны. При этом уделяется больше внимания на разработке способов, опирающихся на использование дешевых, доступных химических реагентов, а по мере возможности, на применение отходов химической и горнодобывающей промышленности. В сегодняшний день во всем мире в проводимых научных исследованиях и создаваемых новых технологиях по добычи и переработки фосфоритовых руд особое внимание уделяется на разработки, позволяющие получать из сравнительно бедных фосфоритов более эффективные и качественные фосфоконцентраты. Они используются в новых производствах различных (простых и сложных) минеральных удобрений, направленные на создание нетрадиционных и ресурсосберегающих технологии переработки минерального фосфатного сырья. В сегодняшний день в республике одним из основных направлений развития химической промышленности является разработка наиболее эффективных технологий комплексной переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов (ЦК), являющиеся основной сырьевой базой предприятий, производящих минеральные удобрения. В этом направлении созданы научные основы получения эффективных и качественных фосфорных удобрений из низкосортного сырья и отходов производства, позволяющие модернизировать, диверсифицировать и вывести на качественно новый уровень данной отрасли. Исходя из третьего направления стратегии развития Республики Узбекистан, в котором отмечены важные задачи, направленные на опережающее «развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов», «освоение выпуска принципиально новых видов продукции и технологий» и «дальнейшее укрепление продовольственной безопасности страны, расширение производства экологически чистой продукции», определены важнейшие задачи. В этом аспекте, разработка новых экологически эффективных способов переработки низкосортных фосфоритов с выбросными нитрозными газами и получение на их основе азотфосфоркальциевого концентрата является актуальной и имеет особое значение. Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Указах Президента Республики Узбекистана №4707 от 7 марта 2015 года «О программе мер по обеспечению преобразований, модернизаций и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и №УП- 4947 от 7 февраля 2017 года «Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах» и Постановлении Президента Республики Узбекистан от23 августа 2017 года ПП-3236 «О программе развития химической промышленности на 2017-2021», а также в других нормативно-правовых документах, принятых в данной сфере. Целью исследования является разработка экологически эффективной способа получение азотфосфоркальциевого концентрата (АФКК) на основе переработки низкосортных фосфоритов (НФ) и выбросных нитрозных газов (ВНГ). Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем: впервые создан экологический эффективный способ переработки низкосортных фосфоритов ЦК выбросными нитрозными газами, позволяющий получить азотфосфоркальциевый концентрат улучшенными свойствами; выявлено наличие в низкосортных фосфоритах две составные части, отличающиеся по химической природе, чувствительные к изменению pH среды, обосновывающие существующие и вновь разрабатываемые способы их переработки; выявлены закономерности процесса с определением оптимальных технологических параметров по полученным новым научным сведениям растворимости и механизмов взаимодействия нитрозных газов и низкосортных фосфоритов в водной среде; выявлено в составе фосфорита полное разложение эндокальцитного составляющего по сравнению с апатитовой формой фосфатного сырья при переработки НФ с ВНГ и после его периодов хранения; выявлено использования в качестве азотфосфоркальциевого удобрения продуктов переработки НФ с ВНГ на их прорастание хлопковых семян. Заключение На основе проведенных исследований полученными основными научными и практическими результатами являются следующие: 1. Термодинамическим и графико-аналитическим способами исследован процесс поглощения НГ водой в системе «NO2-H2O» и выявлено, что образующийся раствор обладает достаточной кислотной и окислительной активностью и пригоден для переработки кислотноразлагаемых труднорастворимых веществ, минералов и руд. 2. Изучена растворимость компонентов в системах «СаСОз-ЫСЬ-НгО» и «Саз(РО4)2-МО2-Н2О», установлено протекание ионообменной разлагающей реакций между компонентами, продуктами реакций являются СОг, гидродигидрофосфаты и нитрит-нитратные соли кальция. В системах «СаСОз-МСЬ-Н2О» и «Саз(РО4)2-МО2-Н2О» выявлено влияние количества, скорости подачи НГ, соотношения компонентов Т: Ж, изменения pH среды на растворимость твердой фазы - СаСОз и Саз(РО4)г в лабораторных условиях 3. Исследованием процесса переработки различных видов НФ (13-18% Р2О5) в системе «фосфорит-ГЮг-НгО» и использованием в качестве жидкой фазы циркулирующий отработанный раствор (ЦОР) установлено протекание декарбонизации карбонатных составляющих фосфорита, повышения содержания Р2О5 и активирование фосфатных составляющих. 4. Исследованием усвояемости Р2О5 по лимонной кислоте, по трилону Б, по водорастворимой форме и изменения кальциевых модулей (СаО/РзСЬ) шламового отхода, пылевидной фракции и рядовой руды доказано достаточной степени улучшения качественных характеристик конечного продукта переработки НФ с ВНГ повышения содержания Р2О5 от 15,3 до 22,0%, уменьшения СаО/Р2О5 от 2,67 до 1,45. 5. Исследованием процесса поглощения ВНГ с низкой концентрацией водными суспензиями фосфоритов в реальных производственных условиях установлена полная воспроизводимость результатов лабораторных исследований и получен конечный продукт - азотфосфоркальциевый концентрат, а также снижение содержания ВНГ в атмосферу от 0,7% - 1,0% до 0,015%. Это соответствует экологическим нормам выброса (ПДК 0,02%) НГ в окружающую среду и указывает на экологическую эффективность разработанного способа (Патент Республики Узбекистан № 04343 2012 йил). 6. Для детального и точного слежения за происходящими составными изменениями в исходном и конечном продуктах при переработки НФ в твердом состоянии продукты, полученные после переработки фосфоритов НГ, проведены исследования методом микрозондового анализа на микроанализаторе JcolJXA - 8800R и ЭДС LinklSIS показано, что при переработке и после его прекращения процессы взаимодействия между компонентами продукта в течении 10-15 дней продолжаются. При этом обнаружено отсутствие эндокальцитного составляющего из-за его полного разложения, а фосфатная часть в продукте присутствует только в апатитовой форме в гидратированном состоянии (гидро- и дигидрофосфатов кальция). 7. Разработан способ переработки НФ с ВНГ в водной среде, определены параметры и составлена технологическая схема получения АФФК, нитрит-нитрата кальция. Предлагаемый способ позволяет использовать забалансовых низкосортных фосфатных руд и токсичных ВНГ в производстве и снижает себестоимости 1 тонны азотной кислоты на АО «Навоиазот» на 77901,4 сумов 8. Результаты проведенных исследований являются новыми теоретическими и практическими данными по технологии неорганических веществ, обогащения минерального сырья и экологии. 9. Исследованы агрохимические свойства полученных продуктов, выявлено агрохимическая эффективность, позволяющая использовать продукта переработки в качестве азотфосфоркальциевого удобрения.