Введение к работе
Актуальность проблемы. В эпоху научно-технической революции, когда отходы быстро развивающейся промышленности загрязняют окружающую среду и занимают всё большие земельные площади, особую остроту и актуальность приобрела проблема охраны окружающей среды. В частности вредное воздействие на природу оказывают многотоннажные отходы фосфогипса, являющегося неизбежным спутником производства экстракционной фосфорной кислоты, фтористые соединения, образующиеся в производстве первичного алюминия и фосфорных удобрений, пыль клинкерных печей цементных заводов и т.д.
Создание новых методов переработки вышеперечисленных отходов, исследование физико-химических основ протекающих процессов, разработка технологии утилизации вторичных продуктов дает возможность, с одной стороны превратить основные производства в которых образовались отходы в экологически чистые, а с другой стороны, рассматривать отходи как техногенное сырье для получения ряда ценных веществ (фтористого натрия, криолита, сульфатов калия и др.).
Исследования в области переработки фосфогипса позволят использовать его в качестве регулятора срока схватывания цемента и мелиоранта взамен природного гипса.
Совершенствование технологии улавливания фтористых газов, которые выделяются в производстве алюминия, фосфорной кислоты и фосфорных удобрений, с применением шелочно-кремнеземистых растворов с различным силикатным модулем предусматривает практически полное извлечение из них фтора с получением фтористого натрия.
Создание технологии переработки твердых'фтористых отходов производства алюминия открывает новью пути получения дефицитных и дорогостоящих фтористых солей (криолита и др.).
Внедрение новых методов переработки пыли, улавливаемой электрофильтрами клинкерных печей цементных заводов, расширит сырьевую базу производства дешёвых строительных изделий.
Проведение доочистки газов после электрофильтров клинкерных печей цементных заводов мокрым способом по новой технологии позволит получать сульфатные соли щелочных металлов преимущественно калиевого типа.
В диссертационной работе поставлены и решены вышеуказанные задачи, имеющие актуальное значение для совершенствования существующих производств, создания благоприятных экологических условий и повышения экономической эффективности промышленных предприятий.
-Id-
Работа выполнена в соответствии с НИР Института общей и неорганической химии НАЛ РА.
Цель работы и задачи исследования. Разработка и создание экономичных эффективных методов переработки фосфогипса, фтористых твёрдых отходов, фторсодержащих газов и пыли клинкерных печей цементных заводов с предотвращением их попадания в окружающую среду и с одновременным получением из них ряда ценных материалов.
Для выполнения поставленной цели были решены следующие основ-ные^задачи:
-
Разработка интенсивного способа сушки, дегидратации фосфогипса с получением гранулированного гипса.
-
Использование нового абсорбента - щелочно-кремнеземистого раствора с различным силикатным модулем - для улавливания фтористых газов с получением фтористого натрия.
-
Исследование ряда солевых систем, содержащих фтористые соединения, создание теоретической основы переработки твердых фтористых отходов с получением вторичного криолита.
-
Изучение механизма твердения композиции, состоящей из пыли клинкерных печей цементных заводов и высококремнеземистых добавок, разработка технологии строительных изделий без введения извне вяжущего материала.
-
Создание рациональной технологии доочистки газов, отходящих после электрофильтров, мокрым способом раствором соды или поташа.
Научная новизна. Определены термодинамические параметры реакции дегидратации фосфогипса, изучена кинетика его дегидратации и разработан интенсивный способ сушки и грануляции с получением материала, используемого взамен природного гипса для регулирования сроков схватывания цемента и в качестве мелиоранта.
Впервые показано, что добавка раствора метасиликата натрия к сырому фосфогипсу полностью предотвращает выделение фтористых газов при его сушке и дегидратации. Установлены оптимальные условия этого процесса.
Исследована система//«.ї-На.&Од-Нг.о и а^5.>} -лі*.?- Нго при 25 и 40С, что позволило разработать технологию выделения чистого фтористого натрия из фторсодержащих газов алюминиевой промышленности. Использование раствора, метасиликата натрия в качестве абсорбента фтористых газов, выделяющихся в производстве алюминия, взамен традиционно применяемого раствора соды значительно повышает
- d? -
степень улавливания фтора.
Разработан новый способ переработки твердых фтористых отходов
алюминиевой промышленности с полным извлечением фтора, натрия и зна
чительного количества алюминия. йг _ г- с- и
Изучение взаимной четверной системы 2. А& ,<оНй.Ц ^ з1 ~~ L при 50 и 75С позволило установить области кристаллизации криолита, что послужило основой для выделения его из растворов, полученных после переработки твердых фтористых отходов щелочно-кремнеземистым раствором.
Впервые установлено, что при переработке пыли клинкерных печей на строительные изделия в присутствии высококремнеземистых добавок образуется щелочной гидроалюмосиликат, кристаллизация которого придает изделиям необходимую прочность.Показано, что при использовании раствора соды или поташа с концентрацией более 31 г/л по А^пыль теряет свойство прилипать к твердым поверхностям, что позволяет проводить мокрую очистку выбросных газов клинкерных печей , не нарушая гидродинамики процесса.
Практическая ценность. В результате многочисленных испытаний, проведенных в лабораторном и промышленном масштабах,и исследования физико-химических основ протекающих процессов решены следующие народно-хозяйственные задачи:
1. Внедрение технологии сушки и грануляции фосфогипса,
Технология сушки и грануляции фосфогипса испытана на Опытном заводе Института общей и неорганической химии НАН РА.
Полученные результаты положены в основу проектирования промышленной установки.
На основании полученных данных спроектировано, построено и эксплуатируется производство сушки и грануляции фосфогипса на Гомельском химическом заводе производительностью 540 тыс.т в год.
Для подавления фтора в фосфогипсе впервые использован раствор метасиликата натрия, в присутствии которого при сушке фосфогипса фтор не выделяется в газовую среду.
Пригодность получаемого сухого гранулированного фосфогипса в качестве регулятора срока схватывания цементного клинкера испытана в промышленном масштабе на Брянском и Сухоложском цементных заводах и
Еыпущено более 10 тыс.т цемента, удовлетворяющего требованиям ГОСТ-а.
2. Внедрен новый эффективный абсорбент фтора - раствор метасили
ката натрия - взамен традиционно используемого раствора соды.
- Опробование и внедрение нового абсорбента проведено на заводе
КАНАЗ в применении к отходящим из электролизной ванны фторсодержащим
-ч-
газам в количестве 12400 м3/час.
Установлено, что в аппарате типа газ-лифт при прочих равных услс виях степень улавливания фтора раствором метасиликага натрия увели- | чивается в среднем на 4,52% по сравнению с улавливанием, проводимым ! раствором соды.
Разработана технология выделения чистого фтористого натрия из \ раствора, полученного после поглощения заводских фтористых газов I раствором метасиликата натрия. I
З^Бнедренйё^новой технологии комплексной переработки твердых j фтористых отходов алюминиевой промышленности с полным извлечением фтора, натрия и значительного количества алюминия и с получением вторичного криолита. На Опытном заводе ИОНХ НАН РА получена установоч- \ нал партия криолита, удовлетворяющего требованиям ГОСТ-а.
4. Разработка способа использования пыли, улавливаемой электро- \ фильтрами клинкерных печей, в сочетании с высококремнеземистыми до- j бавками для получения строительных изделий без применения вяжущего ; извне.
Успановлены оптимальные технологические параметры процессов, обеС' печивающих наиболее высокие показатели качества изделий.
Показано, что в качестве гидравлической добавки можно использо- j вать отходы туфовых карьеров, вулканические шлаки, перлит, кварце- і вый песок, опоку, отходы металлургических и ряда других производств. ;
По разработанной технологии получен кирпич, который полностью I удовлетворяет требованиям ГОСТ-а, но примерно в 2 раза прочнее и во ! столько же раз дешевле силикатного кирпича, получаемого по традиционной технологии.
Разработана технология получения стеновых блоков (40x18x18 см)
и перегородочных плит, которые примерно в 1,5 раза прочнее, чем получаемые по традиционной технологии с применением цемента.Кооперативом "Анипет" внедрена технология стеновых блоков и перегородочных плит.
- На. основе полученных данных по разработанному способу Институтом
"Союзстромэкология" (г.Новороссийск) спроектирована технологическая
линия по производству силикатного кирпича производительностью 30 мин. шт. в год.
- Разработанный способ внедрен на Гулкевическом заводе силикатного кирпича.
о. Разработка нового метода доочистки газов, отходящих из электрофильтров клинкерных печей, от пыли мокрым способом, позволяет полностью предотвратить попадание пыли в атмосферу.
- Иолузаводские испытания проведены на Опытном заводе ИОНХ НЛП РЛ
и получены исходные данные для проектирования промышленной установки.
- В настоящее время поступили предложения о поставке указанных тех
нологий соответствующим цементным компаниям Китая.
Решение перечисленных народно-хозяйственных задач позволяет не только обезвредить ряд промышленных отходов, но и переработать их в качестве вторичного сырья с получением ценных материалов.
Тезис защиты. Создание на основе научных предпосылок новых способов переработки вредных отходов различных производств и разработка технологий получения из техногенного сырья новых ценных материалов.
Апробация работы.Основные результаты работы докладывались:
по утилизации фосфогипса: на заседаниях Межведомственной комиссии по использованию фосфогипса в СССР в ГИПРОХИМ (г.Москва), ежегодно, начиная с 1972 г. по 1981 г.; на Ученом совете НШС/Ш для согласования исходных данных проектирования строительства промышленных установок (г.Москва), 1980 г.; на технологическом совещании в МХП СССР (г.Москва), I98I-I982 г.г.;
по утилизации фтористых отходов: на техническом совещании в Тульском филиале ГИПРОХИМ по выдаче исходных данных для проектирования (г.Тула), 1979г.; на Всесоюзном симпозиуме по химии неорганических
фторидов (г.Москва), 1981 г.; на Первом Международном конгрессе по химии и химической технологии (г.Тегеран), 1993 г.; на Шестой Закавказской научно-технической конференции по адсорбции и хроматографии (г.Ереван), 1984 г.;
- по утилизации пыли цементных заводов: на Общем собрании ОХН АН Арм.ССР (г.Ереван), 1982 г.; на Первой Закавказской научно-технической конференции в области охраны окружающей среды (г.Батуми), 1986 г.; на научно-практической конференции "Природа-город-человек" (г.Ереван), 198(3 г.; на техническом совете Института "Союзстромэкология" (г.Новороссийск), 1989 г.; на Президиуме НАН РА (г.Ереван), 1993 г.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 45 научных публикациях, в том числе в 20 авторских свидетельствах СССР и патентах РФ.
Структура диссертации в форме научного_ доклада. Доклад состоит из введения, 5 глав с изложением и обсуждением основных результатов и основных выводов, содержит ь5 стр. машинописного текста, і 6 рисунков, /3 таблиц.
