Введение к работе
Актуальность работы. Элементный фосфор в промышленном масштабе получают восстановлением его из фосфоритов в присутствии углерода и флюсов в электротермической печи.
Неоднородно;ть химического и минералогического состава, наличие карбонатов, сланцев, органических веществ в фосфатном сырье бассейна Каратау приводит при электровозгонке к образованию наряду с чистым продуктом фосфорного шлама - фосфора, загрязненного различными минеральными примесями, количество которого растет и достигает 1/3 общего производства фосфора. При сжигании фосфорного илама в конусных или циклонных аппаратах и гидратации полученных оксидов получается, так называемая, шламовая фосфорная кислота (ШФЮ. Переработка последней на фосфорные соли практически невозможна из-за присутствия примесей, обуславливающих резкое снижение производительности процесса и качество конечного продукта (растворимые принеси, соединения железа, алюминия, магния, фосфористая кислота), а также ухудшении экологической ситуации производства (спонтанное окисление элементного фосфора, образование новых твердых отходов, соединений мыаьяка).
Вышеприведенными причинами, а также постоянным возрастанием доли шламов в производстве фосфора определяется актуальность темы диссертационой работы, посвященной разработке эффективных технологий очистки растворов и утилизации отходов в производстве фосфорных солей на основе изучения механизмов реакций окисления и ингибирования в фосфор- и мншьяксодержавдах растворах, очистки и обезвреживания фосфорнокислых технологических растворов.
Работа выполнена в лаборатории неорганического синтеза ордена Трудового Красного Знамени Института химических наук имени А.Б.Бектурова НАН РК в соответствии с координационным планом НАН РК:"Разработать технологический процесс получения триполифосфата натрия, отвечающего требованиям ГОСТа из шламовой фосфорной кислоты и выдать исходные данные для промышленного, освоения процесса" (Постановление Государственного комитета СССР по науке и технике от 2 июля 1980 г. N 301, приложение 1, 1980-82 г.г., N госрегистрации 01815011199) и по хоздоговорной теме с Шымкентским производственным объединением "Фосфор" (1983-1991 г.г.).
Цель работы. Основной целью работы является создание новых технологий очистки растворов и утилизации отходов на основе физи_-
ко-химических, технологических исследований взаимодействий в сложных гетерогенных системах, содержащих катионы ряда металлов, соединения фосфора (0,1, III, V) и мышьяка (III), внедрение которых внесет значительный вклад в интенсификацию производства фосфорных солей за счет вовлечения шламовых кислот, повышения качества продукции и улучшения условий труда.
Для достижения поставленной цели были определены некоторые термодинамические характеристики низших кислот фосфора и их солей; изучены их физико-химические характеристики (вязкость, электропроводность) в зависимости от ряда факторов (ТС, С); изучен механизм реакции окисления Н3Р03азотной кислотой и последовательность цепной радиационно- стимулированной реакции окисления арсенита; изучена реакция ингибирования окисления элементного фосфора и созданы способы повышения эффективности ингибирования; разработаны и внедрены в производство средства подачи специальных растворов в очаг спонтр'^ного окисления элементного фосфора; изучены природа примесей ШФК, их влияние на скорость фильтрации растворов ортофосфатов натрия (РОФН); разработаны новые способы очистки ШФК и РОФН от недоокисленных форм фосфора и примесей катионов металлов, которые были испытаны в опытно-промышленных условиях и внедрены в производство триполифосфата натрия; изучены миграция твердой части примесей в технологическом цикле переработки шламов и физико-химические основы их переработки на целевые продукты; разработаны эффективные способы обезвреживания и утилизации твердых отходов и проведены опытно-промышленные испытания.
Личный вклад, автора состоит в формировании научного направления и постановке исследований, обобщении результатов, активном участии во всех этапах исследований, экспериментальном решении поставленных проблем, анализе и интерпретации полученных результатов. Автор непосредственно участвовал в составлениии технической документации и практической реализации всех разработок.
Научная новизна. Физико-химический анализ некоторых свойств
низших форм фосфора, обобщение данных по механизму их окисления и ингибировпния с учетом современных представлений выполнены впервые. В этой Ічасти к числу наиболее важных результатов работы, имеющих научную новизну, относятся: исследования механизма реакции окисления азотной кислотой; новый способ очистки фосфорной кислоты в присутствии адсорбентов-катализаторов;
исследование механизма и кинетики цепной радиацион-но-стимулированной реакции окисления арсенита молекулярным кислородом под давлением.
Применением коллоидно-химических представлений для изучения трансформации свойств свежеосажденных фосфатов установлена общность механизмов образования новых конденсированных фаз в производстве солей: твердых отходов, накипей, фосфатных шламов и др. . Впервые установлено условие образования и устойчивости коллоидных фосфатов примесных металлов, полученых при нейтрализации шламовых . фосфорных кислот. Получены новые данные по влиянию различных"технологических факторов, поверхностно-активных и вспомогательных веществ на значения , -потенциала фосфатной суспензии.
Разработаны новые способы получения триполифосфата натрия, предусматривающие'глубокую очистку от примесей металлов.
Новизна исследований защищена 9 авторскими свидетельствами (СССР), 2 патентами России, 2 патентами и 3 предпатентами Республики Казахстан, 2 положительным! решениями по заявкам.
Практическая, ценность. На ШЛО "Фосфор" в печном цехе внедре- ны стационарная установка для ингибирования окисления фосфора (1988 г.), специальный пожарный автомобиль (1989г.) и огнетуши- k тель фосфора (а.с: 1643020 СССР) на ЖПО "Химпром" (1990г.) с экологическим эффектом.
Способ получения триполифосфата натрия (а.с. 1495293 СССР), предусматривающий частичную нейтрализацию шламовой фосфорной кислоты для выделения растворенных примесей катионов, внедрен на ШЛО "Фосфор" с экономическим эффектом 264967 руб/год (цены 1987 Г.).
Проведены укрупненные испытания по.обезвреживанию и"! утилизации известкового шлама для получения фосфоритовых окатышей, агломерата и коксовых брикетов (а.с. 1798Л0О СССР; а.с7 1756225 СССР; пред.патент РК N3) и выданы рекомендации для внедрения в производство.
Разработанные и внедренные способы очистки ШФК и РОФН от примесей можно использовать в производстве других фосфорных солей и кормовых средств.
Термодинамические характеристики и значения физико-химических свойств (плотность, вязкость, электропроводность) низших кислот фосфора и их натриевых солей, могут использоваться как справочные данные. Способ очистки фосфорной кислоты (а.с. '912636 СССР) внедрен в производство.
Основные положения, которые выносятся на защиту: новый систематический подход к изучению реакции окисления в фосфор- и мшьяксодержащих жидких средах; радикальный механизм окисления низших форм фосфора if иьшьяка в растворах под действием сильных окислителей (f-излучения, концентрированной азотной кислоты); прогнозирование_свойсгв фосфатов с применением методов электрофореза при изучении коллоидно-химических взаимодействий в сложны* гетерогенных системах; оптимизация параметров процессов и разработка технологических основ очистки растворов и утилизации конденсированных фаз; ног-*іе технологии и способы очистки растворов, утилизации отходов в производстве фосфорных солей.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсужда
лись на республиканской научно-практической конференции "Проблемі
развития фосфорной промышленности Каратау-Дламбулского территори
ально-производственного комплекса" (Джамбул, 1980г.), на V, V]
Всесоюзных конференциях по фосфатам (Ленинград, 1981 г. и Ал
ма-Ата, 1984г.), на Республиканской конференции по химии природны:
солеи и удобрений (Джамбул,1983 г., Караганда,1985 г.), на Всесо
юзной конференция по „технологии неорганических веществ и мине
ральных удобрений (Львов,1988'г.), на Всесоюзном совещании "Фос
фаты - 86" (Чимкент.1986 г.), на Всесоюзном симпозиуме по охраш
окружающей среды (Самарканд,1988 г.), на IV Всесоюзной науч
но-технической конференции по проблемам рационального использова
ния фосфатного сырья- и интенсификации . технологических процессої
(Чимкент. 1989 г.}, на XIII Всесоюзной конференции по химичесш
термодинамике и калориметрии (Красноярск, 1991 г.), на Мехдуна
родной конференции'по экологическим проблемам (Алматы, 1993 г.)
на 1 Международном конгрессе по химии и химической технологи
(Тегеран, Иран,1993 г. У. ' - '
Публикации. По результатам проведенных исследований опубли
.ковано:. одна-монография, 71 работа, в том число _3 статьи, тезис
.28 научных докладов на Международных и Республиканских конферек циях; имеется 18 изобретений, в том числе:'. 9 а.с. СССР, 2 патент
.России,- З'.предпатента и 2 'патента Республики Казахстан и 2 поло жительных решения'по заявкам. ' . - ~
' Объем работы. Диссертация ростоит из введения, б глав, общи выводов, списка литературы; включающего 328 источников республи канских и зарубежных авторов и приложения: Табл.ill , рис.115
. Общий объем, работы 553 ' страниц машинописного текста.
