Способ переработки фосфогипса и устройство для его осуществления

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФОГИПСА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец: КОВДЕРКО ВЛАДИМИР ЭДУАРДОВИЧ; МАЛЯВКО ЛЕОНИД ПЕТРОВИЧ (BY); ФОМЧЕНКОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ Изобретение относится к области переработки отходов химической промышленности, а конкретно отвалов фосфогипса - остаточного продукта при производстве фосфорных удобрений. Большие объмы отходов, наличие в них редкоземельных элементов и стронция (в дальнейшем РЗЭ),фтористо-водородной, серной, фосфорной кислот, а также их солей представляют собой весьма значимый объект в двух аспектах: 1) как довольно крупное антропогенное месторождение гипса и РЗЭ; 2) как серьзный источник загрязнения окружающей среды. Заявляемый способ позволит комплексно освоить всю перерабатываемую массу без создания вторичных отвалов. Это делает возможным не только решать экологические проблемы без существенных затрат, но и получать значительную прибыль за счт реализации вторичных продуктов. Техническая задача предлагаемого способа переработки фосфогипса заключается в создании безотходной технологии, включающей получение товарного гипса, концентрата редкоземельных элементов, освобождение продуктов передела от технологических кислот с последующей их нейтрализацией, использование технической воды по замкнутому варианту. Устройство для переработки фосфогипса включает емкость для сбора тяжелой фракции, устройство подачи исходного материала, мкость для водно-гравитационной сепарации, где роль мешалки в отличие от прототипа выполняет тангенциально встроенный гидромонитор со щелевой насадкой. мкость для водно-гравитационной сепарации выполнена с патрубком для слива легкой фракции в емкость-отстойник, которая соединена последовательно при помощи трубопровода с емкостями для очистки от кислот. 014877 Изобретение относится к области переработки отходов химической промышленности, а конкретно отвалов фосфогипса - остаточного продукта при производстве фосфорных удобрений. Большие объмы отходов, наличие в них редкоземельных элементов и стронция (в дальнейшем РЗЭ), фтористоводородной, серной, фосфорной кислот, а также их солей, представляют собой весьма значимый объект в двух аспектах: 1) как довольно крупное антропогенное месторождение гипса и РЗЭ; 2) как серьзный источник загрязнения окружающей среды. Заявляемый способ позволит комплексно освоить всю перерабатываемую массу без создания вторичных отвалов. Это делает возможным не только решать экологические проблемы без существенных затрат, но и получать значительную прибыль за счт реализации вторичных продуктов - гипса и концентрата РЗЭ. Предлагаемое в качестве изобретения устройство относится к области водно-гравитационной сепарации гранулированных, порошкообразных и кусковых материалов. В конкретном случае оно предназначается для получения из отвального фосфогипса товарного мономинерального гипса и концентрата РЗЭ. Известен способ частичной утилизации фосфогипса извлечением из него РЗЭ химическим способом (Фосфогипс и его использование / В.В. Иваницкий, П.В. Классен, А.А. Новиков и др. - М.: Химия,1990 (IV кв.). - 224 с., ил.). Способ довольно сложный, дорогой, а главное, небезопасный для окружающей среды. Известен способ утилизации фосфогипса путм термического его разложения с получением фосфоизвести и диоксида серы. Из фосфоизвести химическим путм извлекают РЗЭ, а также получают фосфомел. Диоксид серы может быть использован для получения серной кислоты (Андрианов A.M. и др. // Труды НИУИФ. - М.: НИУИФ, 1983, вып. 243. - с. 144-151). Известен способ переработки фосфогипса, содержащего соединения фосфора и лантаноиды, включающий выщелачивание фосфогипса серно-кислым раствором с переводом фосфора и лантаноидов в раствор выщелачивания и получением осадка гипса, отделение осадка гипса от раствора выщелачивания,выделение концентрата лантаноидов из раствора выщелачивания и отделение концентрата лантаноидов от маточного раствора, отличающийся тем, что выщелачивание фосфогипса ведут с получением пересыщенного по лантаноидам раствора выщелачивания, отделение осадка гипса от раствора выщелачивания осуществляют до обеспечения остаточной влажности не более 20%, после чего гипс обрабатывают основным соединением кальция до рН более 5, концентрат лантаноидов выделяют кристаллизацией, маточный раствор контролируют на содержание примеси фосфора и при величине произведения содержания примеси фосфора в растворе и остаточной влажности осадка гипса ху 180, где х - содержание примеси фосфора в маточном растворе в пересчете на Р 2 О 5, г/л, у - остаточная влажность осадка гипса, %,маточный раствор направляют на стадию выщелачивания, а при величине произведения ху 180, маточный раствор предварительно подвергают очистке (описание изобретения к патенту РФ на 2337879,опубликовано 10.11.2008). Известен способ переработки фосфогипса, включающий смешивание фосфогипса с добавкой, содержащей известь, и водой, гранулирование, отличающийся тем, что добавка содержит известь гашеную или негашеную тонкоизмельченную и дополнительно доломитовую муку при размере частиц добавки до 6 мкм, после гранулирования проводят сушку холодным воздухом при температуре 15-20 С при следующем соотношении компонентов, %: фосфогипс 70-73, указанная известь 4-6, доломитовая мука 1,8-2,2, вода 19-24 (описание изобретения к патенту РФ 2309130, опубликовано 27.10.2007). Целью является проведение процесса переработки фосфогипса при значительном снижении энергозатрат и сохранении экологической безопасности его производства и применения. Заявляемый в качестве изобретения способ переработки фосфогипса предусматривает промышленное использование всей отвальной массы без дополнительной нагрузки на окружающую среду. Напротив, экологическая ситуация будет постоянно улучшаться, поскольку масса фосфогипса и занимаемая им площадь будут уменьшаться. Известно множество устройств для разделения рыхлых материалов на контрастные фракции водногравитационным способом. К ним относятся винтовые сепараторы, гидро- и воздушные циклоны, скрубер-бутары, концентрационные столы, контактные чаны, оборудованные мешалками, отсадочные машины и др. Абсолютное их большинство используется при разработке россыпных месторождений полезных ископаемых, обогащении руд и углей. Значительно реже они используются при утилизации промышленных отходов. Не обнаружены примеры использования обсуждаемых устройств для утилизации отвального фосфогипса. Это затрудняет выбор прототипа из внушительного списка аналогов, различающихся в большинстве случаев конструктивно, а не по назначению. Наиболее близкое устройство к заявляемому по назначению и конструктивно (прототип) раскрыто в описании изобретения к авторскому свидетельству SU 1535628, опубликовано 15.01.90, бюл.2. Устройство предназначено для промывки минерального сырья, глинистых материалов. Оно представляет собой цилиндрическую мкость с коническим днищем, оборудованным сливом для периодического удаления тяжлой фракции. Легкая фракция в виде водной суспензии удаляется через верхний слив. Над конической частью мкости размещается мешалка, рабочий орган которой представляет перфорирован-1 014877 ное кольцо на перфорированной крестовине, жстко связанной с полым валом. На верхнем конце вала имеются сальник для подачи воды и привод на электродвигатель. Плотность гипсовой составляющей отвальной массы равна 2,32 г/см, плотность минералов, образующих концентрат, - 3,28 г/см. Кроме этого, концентрат представлен разнозернистой, но в целом более крупнозернистой фракцией отвальной массы. Гипсовая составляющая равномерно-зернистая и настолько тонкозернистая, что при взмучивании в воде образует суспензию наподобие меловой. Это позволяет получать товарный гипс и концентрат РЗЭ в простейших устройствах, подобных описанному выше. Техническая задача изобретения заключается в создании безотходной технологии переработки фосфогипса, включающей получение товарного гипса, концентрата редкоземельных элементов, освобождение продуктов передела от технологических кислот с последующей их нейтрализацией, использование технической воды по замкнутому варианту; использовании простейших, но достаточно эффективных устройств. Основной технический результат достигается тем, что в способе переработки фосфогипса путм водно-гравитационной сепарации получают мономинеральный товарный гипс и концентрат редкоземельных элементов. Для его осуществления не требуется нестандартное дорогостоящее оборудование,специальные технологии, предварительная подготовка материала со значительными энергетическими затратами. Наконец, он довольно легко может быть включн в существующую технологическую схему производства фосфорных удобрений, сделав его безотходным. Дополнительный технический результат заключается в образовании газообразного тетрафторида кремния, а также смеси гипса и простого суперфосфата при химической очистке технологической воды,что обеспечивает получение дополнительных полезных продуктов и повышение рентабельности заявляемого способа. Основной и дополнительный результаты обусловлены, прежде всего, применением водногравитационной сепарации и непрерывной химической очисткой воды, чем обеспечивается многократное е использование. Достижение основного и дополнительного технических результатов обеспечивается тем, что побочный продукт производства фосфорных удобрений - фосфогипс прямо с конвейера или из отвалов подвергают сепарации в водной среде с использованием известных устройств, позволяющих получать контрастные фракции благодаря различным плотностям и размерам частиц исходного материала. В известном устройстве (прототипе) размешивание рыхлого материала с образованием суспензии из лгкой фракции производится специальной мешалкой из перфорированной трубы, приводимой в действие автономной силовой установкой, размещнной на верхнем конце цилиндрической мкости. Это сопряжено с необходимостью обслуживания и ремонта привода, также с дополнительным расходованием энергии. Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство для переработки фосфогипса включает емкость для сбора тяжелой фракции, устройство подачи исходного материала, мкость для водно-гравитационной сепарации, где роль мешалки в отличие от прототипа выполняет тангенциально встроенный гидромонитор со щелевой насадкой. мкость для водно-гравитационной сепарации выполнена с патрубком для слива легкой фракции в емкость-отстойник, которая соединена последовательно при помощи трубопровода с емкостями для очистки от кислот. На чертеже показана принципиальная схема устройства для утилизации фосфогипса предлагаемым способом, где 1 - емкость для водно-гравитационной сепарации; 2 - транспортер; 3 - тангенциально встроенный гидромонитор; 4 - центробежный насос; 5 - емкость для сбора тяжелой фракции; 6 - емкость-отстойник; 7 - патрубок; 8 - емкость для нейтрализации плавиковой кислоты; 9 - емкость для нейтрализации серной и фосфорной кислот; 10 - трубопровод; 11 - межсекционная перегородка. Водно-гравитационная сепарация отвального фосфогипса осуществляется в мкости (1), состоящей из двух частей: верхней цилиндрической и нижней конической. Промываемый материал поступает в не, например, по ленточному транспортру (2). Размешивание рыхлой массы до образования гипсовой суспензии производится тангенциально встроенным гидромонитором (3), расположенным, например, в 10-20 см выше конической части мкости. Сопло гидромонитора предлагается щелевое, секторного типа, с углом развода, например, 45. Водяная струя такой конфигурации обеспечит наиболее эффективное циклоническое вращение поступающего материала во всей толще воды, включая нижнюю коническую часть мкости. Е объм рассчитывается исходя из суточной производительности установки при среднем выходе тяжлой фракции 5%.-2 014877 Гидромонитор питается от центробежного насоса (4). Таким образом, благодаря тому, что плотность гипсовой составляющей отвальной меньше плотности минералов, образующих концентрат РЗЭ, в конической части мкости (1) накапливается тяжлая фракция (концентрат РЗЭ), которая периодически сбрасывается в мкость (5). Перед этой операцией останавливают насос и жидкость над осадком сливают в емкость-отстойник (6) через патрубок (7), оборудованный, например, запорным устройством. Лгкая фракция благодаря малым размерам кристаллов гипса образует суспензию, которая постоянно сбрасывается в многосекционный отстойник (6), где путем отстоя накапливается практически мономинеральный гипс. В (1) также осуществляется отмыв всей массы фосфогипса от технологических кислот (серной,фосфорной, фторводородной) и других водорастворимых примесей. Из (6) вода поступает в (8), где она, проходя через реагент, освобождается известным способом от плавиковой кислоты в результате образования газообразного SiF4. В (9) вода, проходя через реагент, освобождается известным способом от серной и фосфорной кислот с образованием простого суперфосфата. Этот материал (суперфосфат) без передела может использоваться в качестве удобрения. Очищенная вода может использоваться для следующего цикла. мкости и трубы (10) должны быть защищены от действия кислот. Для контроля за количеством тяжлой фракции в конической части мкости (1) можно вмонтировать, например, смотровое стекло, обеспечивающее обзор смежных частей мкости - конической и цилиндрической. В качестве основного элемента устройства (установки) - мкости (1) - можно использовать половину железнодорожной нефтеналивной цистерны, покрытую изнутри кислотоупорным материалом. В качестве отстойников можно использовать железобетонные лотки, применяемые для укладки труб больших диаметров. Вс остальное может быть изготовлено даже в небольших ремонтных мастерских. Пример осуществления способа Гидросистема, включающая рабочую мкость (1), с патрубком (7) отстойник (6), емкости для нейтрализации кислот (8, 9) и трубопроводы (10), заполняется технической водой. В емкость (8) загружается кусковой реагент, например песок для извлечения плавиковой кислоты, а в отстойник (9) - реагент для нейтрализации серной и фосфорной кислот, например известняк. Включают насос и после раскручивания воды в (1) подают отвальную массу. После заполнения конической части мкости (1) тяжлой фракцией останавливают насос, сливают суспензию гипса из (1) через патрубок (10), удаляют тяжлую фракцию в (5). Затем операции повторяют. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ переработки фосфогипса, заключающийся в том, что рыхлую массу фосфогипса подают в заполненную водой рабочую мкость, состоящую из верхней цилиндрической и нижней конической частей, и перемешивают, при этом образующуюся суспензию лгкой фракции постоянно сбрасывают в отстойник, при заполнении конической части мкости тяжлой фракцией прекращают перемешивание, выпускают тяжлую фракцию, после отстоя суспензии в отстойнике извлекают мономинеральный гипс, а воду, содержащую технологические кислоты, очищают. 2. Устройство для переработки фосфогипса, включающее устройство подачи исходного материала,мкость для водно-гравитационной сепарации с устройством перемешивания, выполненную со сливным патрубком, емкость-отстойник и емкость для сбора тяжелой фракции, при этом устройство дополнительно содержит соединенные при помощи трубопроводов мкости для нейтрализации кислот, а в качестве устройства перемешивания используется тангенциально встроенный гидромонитор с щелевой насадкой. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щелевая насадка гидромонитора выполнена в форме сектора с углом 45. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средством для подачи исходного материала является транспортер. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что емкость-отстойник выполнена с количеством секций не менее двух. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что перегородки между секциями кроме первой выполнены водопроницаемыми.