Введение к работе
Актуальность темы. Истощение и дальнейшее снижение содержания фосфора в активной сырьевой базе фосфатных руд страны и отсутствие новых месторождений богатых фосфатов приведет к тому, что сырьевая база России к 2015 г. не обеспечит потребности производства получения фосфора. В то же время Россия богата залежами бедных фосфатных руд, которые в настоящее время не имеют практического применения. Традиционный способ переработки фосфатных руд в нашей стране использует обогащенную метод флотации руду, которая затем подвергается кислотному разложению. Поэтому этот способ является экологически вредным.
Обеспечение в дальнейшем внутреннего рынка фосфором, возможно следующим образом:
Разработкой способа переработки бедных фосфатов, поскольку сложный и нестабильный состав бедных руд, наличие в них большого количества полиминеральных сростков не позволяют применить к ним существующие в крупнотоннажной технологии схемы;
Созданием малотоннажной технологии получения высококонцентрированных соединений фосфора с минимальным количеством балласта на местах потребления и не зависящей от привозных реагентов. Крупные производства становятся нерентабельными, из-за отдаленности месторождений и места потребления от основных транспортных путей;
Разработкой экологически чистого способа переработки. Особенно это важно для регионов с повышенными природоохранными требованиями. В частности, для Бурятии, которая находится в водосборном бассейне озера Байкал, но имеет множество малых и точечных месторождений бедных фосфатов.
Поэтому исследование теплофизических параметров плазменной переработки бедных фосфатных руд в совмещенном реакторе является актуальным, так как оно позволяет разработать плазменный способ переработки, которая отвечает всем перечисленным требованиям.
Целью работы является исследование теплофизических параметров плазменной переработки бедных фосфатных руд.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
Определить состав и степень извлечения фосфора из бедного фосфата в пропан-бутановой и аргоновой атмосферах в зависимости от температуры с помощью программного комплекса «Terra»;
Рассчитать образование фосфорной кислоты в зависимости от температуры и мольного соотношения воды и фосфорсодержащих соединений.
Разработать и создать экспериментальную установку для обработки порошковых материалов в совмещенном плазменном реакторе.
Исследовать тепловые и электрические и характеристики реактора
совмещенного типа с магнитным управлением дуги.
5. Провести эксперименты по плазменной переработке апатитовой руды Ошурковского месторождения в атмосфере пропан-бутана.
Научная новизна работы:
Осуществлено термодинамическое моделирование процессов плазменной переработки бедной фосфатной руды в пропан-бутановой атмосфере.
Получен водный раствор фосфорной кислоты за счет взаимодействия фосфорсодержащих соединений, образующихся при возгонке апатитовой шихты, с водным распылом.
Впервые достигнуто полное извлечение фосфора из бедной апатитовой руды экологически щадящим способом в плазменном реакторе совмещенного.
Практическая значимость. С помощью плазменного метода переработки возможно полное извлечение фосфора из бедной фосфатной руды экологически чистым способом. Плазменная переработка обеспечивает комплексную переработку бедного Ошурковского апатита - извлечение фосфора и получение из минеральной составляющей теплоизоляционной ваты.
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты термодинамического моделирования: температура и состав фосфорсодержащих соединений при полном извлечении фосфора при плазменной переработке бедного фосфата в атмосфере пропан-бутана; температура и соотношение воды с фосфорсодержащими соединениями при образовании фосфорной кислоты.
Тепловые и электрические характеристики реактора совмещенного типа, которые определяют оптимальный режим работы экспериментальной установки по плазменной переработке бедной фосфатной руды.
Результаты физико-химических анализов продуктов плазменной переработки бедного апатита.
Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается использованием современного сертифицированного оборудования и методик измерения. Теплофизические расчеты, проведенные с помощью программного комплекса «Terra», подтверждаются результатами экспериментальных исследований и результатами физико-химического анализа продуктов плазменной переработки бедных апатитов.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались на международных, российских и региональных конференциях: I Международной научной конференции «Молекулярная биология, химия и физика неравновесных систем» (Иваново-Плес, 2002 г.); III Международной научной конференции «Радиационно - термические эффекты и процессы в неорганических материалах» (Томск, 2002 г.); IX Международном симпозиуме «Высокочистые металлические и полупроводниковые материалы и сплавы» (Харьков, 2003 г.); IX
Всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003 г.); II Международной научно - практической конференции «Энергосберегающие и природоохранные технологии» (Улан -Удэ, 2003 г.); III Международной научно - практической конференции «Энергосберегающие и природоохранные технологии» (Улан -Удэ, 2005 г.); Научной конференции преподавателей, научных работников и аспирантов ВСГТУ (Улан-Удэ, 1999 - 2011).
По материалам диссертации опубликовано 3 статьи в журналах рекомендованных Высшей аттестационной комиссией РФ.
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в проведении моделирования с использованием программных пакетов «Terra» и «Rectangle»; в проектировании, создании, пуске и отладке работы экспериментальной установки, а также в оптимизации ее электрических и тепловых параметров и проведении экспериментов по плазменной переработке фосфатной руды, расчетов и обработке результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 102 страницах машинописного текста и содержит 19 таблиц, 39 рисунков и библиографический список из 100 наименований.
