ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. ПРОИЗВОДСТВО НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

В химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье.

Д. И. Менделеев

Химическая промышленность одна из ведущих отраслей тяжелой индустрии. Ассортимент химической продукции насчитывает десятки тысяч наименований. Наиболее крупнотоннажные отрасли это производство кислот, солей, аммиака, соды, минеральных удобрений и некоторых других продуктов. Без удобрений и химических средств защиты растений человечество не может прокормиться, обеспечить себя продуктами питания [33|.

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ

Сырьем для получения фосфорных удобрений и других соединений фосфора служат апатитовые и фосфоритовые руды. Основным полезным соединением фосфатных руд является СафРО.фг, входящий в состав минералов апатитовой группы с общей формулой ЗСаз(РО<4)2Х СаХг, где X может быть F-, С1~ или группа ОН-.

Общее мировое потребление фосфатного сырья в настоящее время составляет более 150 млн тонн в год, из них около 90% расходуется на производство удобрений, кормовых добавок и пестицидов. Фосфор, как известно, является одним из основных элементов жизни и связан с энергообменом в клетке. Разведанные мировые запасы фосфатного сырья составляют около 26 млрд тонн, в том числе в России около 8 млрд тонн. Прогноз показывает, что разведанных запасов фосфора будет достаточно не более чем на 150 лет. Поэтому ученые уже сейчас думают о более рациональном использовании имеющихся фосфатных руд и возможности их добычи из мирового океана в будущем.

Апатитовый концентрат является основным сырьем для получения большинства фосфорных удобрений в нашей стране. Его получают из апатитонефелиновых руд Хибинского месторождения, которые методом флотации разделяют апатитовую и нефелиновую фракции.

Химический состав хибинского фторапатита (%): СаО 55,5; Р205 42,3; F 3,8.

В структуре минерала кальций изоморфно замещается стронцием, марганцем, кадмием, церием, иттрием и другими элементами. Апатит перерабатывают, разлагая его минеральными кислотами. Наиболее широко распространен серно-кислотный способ вскрытия апатита, позволяющий использовать более 90% фосфора и до 50% фтора. В ряде случаев для разложения применяют смесь серной и азотной кислот или только азотную кислоту. Редкоземельные элементы и стронций, замещающие кальций, извлекаются при азотно-кислом вскрытии фосфатного сырья. Разложение апатита серной и азотной кислотами или их смесью дает возможность получать как простые, так и сложные фосфорные удобрения: суперфосфат, двойной суперфосфат, аммофос, нитрофоску и др.

Одной из основных стадий производства сложных удобрений является получение фосфорной кислоты.

Экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК) получают разложением апатита или фосфорита серной кислотой с образованием фосфорной кислоты и фосфогипса по реакции:

Ca5(P04)3F + 5H2S04 + ПН2СМЗЩРО4 + 5CaS04 xnH20 + HF.

Выделяющийся в результате реакции HF далее взаимодействует с соединениями кремния и водой с образованием SiF4 в газовой фазе и H2SiF6 в жидкой.

Принципиальная технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты в дигидратном режиме

Рис. 10.1. Принципиальная технологическая схема производства экстракционной фосфорной кислоты в дигидратном режиме

В зависимости от условий проведения процесса различают дигид- ратный метод получения ЭФК (п = 2), полугидратный (п = 0,5) и ангидридный (« = 0). В промышленности нашли распространение первые два метода, причем дигидратный встречается чаще. Принципиальная технологическая схема производства ЭФК в дигидратном режиме представлена на рис. 10.1.

Нейтрализацией ЭФК аммиаком с последующей упаркой, сушкой и грануляцией получают наиболее распространенное сложное удобрение аммофос, смешением его с КС1 - аммофоску.

Наиболее полно все компоненты фосфатного сырья используются при азотно-кислотной переработке (рис. 10.2).

Помимо получения фосфорных удобрений, при переработке фосфатного сырья утилизируют соединения фтора (это вызвано в первую

Технологическая схема азотно-кислотной переработки апатита

Рис. 10.2. Технологическая схема азотно-кислотной переработки апатита: (Р.З. редкоземельные элементы) очередь санитарными требованиями ввиду высокой токсичности всех соединений фтора, особенно газообразных) и фосфогипс. Полностью извлекать фтор из апатита не удается, и полезно используется только 30 -50% от его общего содержания. Фтор извлекается:

  • — путем улавливания фтора из газовой фазы на стадии получения ЭФК и ее упаривания;
  • — осаждением в виде фторсиликата натрия или калия из ЭФК.

С производством экстракционной фосфорной кислоты связано образование одного из самых крупнотоннажных отходов химической промышленности фосфогипса. Он представляет собой дигидрат сульфата кальция и содержит ряд примесей, в том числе фосфаты и фториды.

Промышленной практикой доказаны техническая возможность и экономическая целесообразность использования фосфогипса в следующих направлениях:

  • — в сельском хозяйстве для химической мелиорации солонцовых почв вместо природного гипса;
  • — в цементной промышленности в качестве минерализатора при обжиге и как добавка к цементному клинкеру при помоле;
  • — для производства гипсовых вяжущих и изделий из них;
  • — для получения цемента;
  • — для получения серной кислоты, извести и т. д.

В промышленном масштабе фосфогипс также перерабатывается на сульфат аммония и мел.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >