авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Разработка технологии получения товарной продукции из техногенных отходов производства фосфора

-- [ Страница 1 ] --

УДК 661.63:662.613 На правах рукописи

БАТЬКАЕВ РАШИД ИБРАГИМОВИЧ

Разработка технологии получения товарной продукции из техногенных отходов производства фосфора

Специальность: 05.17.01. – Технология неорганических веществ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук.

Республика Казахстан

Шымкент, 2010

Работа выполнена в Южно-Казахстанском государственном университете им. М.О.Ауэзова Министерства образования и науки Республики Казахстан

Научные консультанты: Академик НАН Республики Казахстан

доктор технических наук, профессор

В.К.Бишимбаев

доктор технических наук, профессор

Ш.М. Молдабеков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Марконренков Ю.А.

доктор технических наук, профессор

Тлеуов А.С

доктор технических наук, профессор

Чернякова Р.М.

Ведущая организация: Казахский национальный технический

университет им.К.И.Сатпаева

Защита состоится ____ __________ 2010 г. в ___ часов на заседании Диссертационного Совета Д 14.23.02 в Южно–Казахстанском государственном университете имени М.О.Ауезова по адресу: 486050, г. Шымкент, пр. Тауке Хана,5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауезова по адресу:160012, г. Шымкент, пр. Тауке-Хана,5.

Автореферат разослан ___ _________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Анарбаев А.А.

Введение

Общая характеристика работы. В процессе развития промышленного производства одно из ведущих мест занимает проблема охраны окружающей среды и рациональное использование сырьевых ресурсов. Особенно остро стоят эти проблемы на предприятиях по производству фосфора.

Большое количество техногенных отходов создает технические и экологические проблемы их удаления и обезвреживания, приводит к значительным экологическим нагрузкам в результате эмиссии загрязняющих веществ.

Обращения с техногенными отходами включает следующие стадии движения: образование, сбор, временное хранение, транспортирование, переработка, обезвреживание и захоронение неутилизируемых остатков. Каждая стадия обращения с отходами оказывает позитивное или негативное влияние на всю систему управления отходами в зависимости от эффективности принимаемых решений. Управление техногенными отходами в основном сводится к организации их сбора, транспортирования и захоронения. Образующиеся техногенные отходы складируются на полигонах, многие из которых не отвечают требованиям экологической и санитарной безопасности. Такая практика удаления отходов приводит к длительному загрязнению окружающей среды, сравнимому по степени опасности с радиационным загрязнением. Так как отходы являются потенциальными вторичными материальными ресурсами, действующая система удаления техногенных отходов приводит к безвозвратной потере ценных вторичных материальных ресурсов, энергетических и земельных ресурсов. Окружающая среда подвергается негативному воздействию складированных отходов в течении десятков лет. С годами интенсивность этого воздействия не всегда уменьшается, а может иметь резкие периодические увеличения в результате изменения геологических, гидрологических и гидрогеологических условий. Необходимо учитывать, что со временем повышается вероятность нарушений в системе инженерной защиты, которая не рассчитана на эксплуатацию в течение десятка лет, а, следовательно, не может являться гарантией экологической безопасности таких объектов в длительном временном аспекте.

Актуальность проблемы. Перспективным методом защиты окружающей среды является переработка техногенных отходов с дальнейшим использованием их в производстве минеральных удобрений.

Несмотря на промышленную реализацию некоторых способов переработки бедных фосфорсодержащих шламов в производстве фосфора и значительный обьём исследований, выполненных в этой области учеными В.А. Ершовым., О.Г.Воробьёвым., Д.З. Серазетдиновым., А.А.Бродским, Н.Д.Талановым., Классеном П.В., В.К.Бишимбаевым., Ш.М.Молдабековым., Б.С.Шакировым и др., следует признать, что в производстве фосфора в настоящее время отсутствуют эффективные технологии по комплексной переработке техногенных отходов, и в частности, очистке шламов от фосфора и переработка бедных шламов на минеральные удобрения.

В связи с этим разработка и совершенствование комплексной технологии по переработке бедных по содержанию фосфора шламов, как в теоретическом, так и в прикладном аспекте, с одновременным решением вопросов охраны окружающей среды, позволяющих решить проблемы техногенных отходов, является актуальной, что и предопределило необходимость проведения настоящей работы.

Работа выполнялась согласно реализации Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы, утвержденной Указом Президента Республики Казахстан от 17.05.2003 года за № 1096; в соответствии с программой развития химической промышленности Республики Казахстан на 2006-2011 годы (I-этап 2006-2008 годы, II- этап 2009-20011 годы) утвержденной Приказом Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан 2005 года; Госбюджетной темы Университета им. М.Ауезова Б-ТФ-96-04-01 «Разработка технологии по переработке некондиционного сырья и отходов химических производств на целевые продукты».

Цель работы. Разработка теоретических основ, технологических и технических решений по снижению экологической нагрузки на окружающую природную среду при переработке техногенных отходов посредством их очистки от фосфора и широкомасштабного производства минеральных фосфорсодержащих удобрений, а также использования технологического газа, как топлива на технологические цели.

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач:

- анализ и обобщение известных способов извлечения фосфора из фосфорсодержащих шламов, с целью разработки теоретических основ извлечения фосфора из шламов различными технологическими приёмами.

- научное обоснование оптимальных технологических режимов в процессе извлечения фосфора из фосфорсодержащих шламов.

- разработка комбинированных схем извлечения фосфора из шламов и дальнейшее использование шлама в качестве сырья для получения комплексных удобрений.

- изучение процесса разложения фосфорсодержащего шлама различными кислотами и добавками с целью получения простого суперфосфата, двойного суперфосфата и удобрений различного назначения и качества.

- научное обоснование различных технологических и технических решений по комплексной очистке и утилизации технологического газа с разработкой экологических, экономически целесообразных схем и внедрение их в производстве фосфора.

Научная новизна работы. Впервые получены следующие теоретические результаты:

• Определены кинетические закономерности различных способов извлечения фосфора из «бедных» фосфорсодержащих шламов, позволившие определить оптимальные условия проведения технологических процессов, при которых наблюдается максимальная степень извлечения фосфора из шламов

• Определены кинетические закономерности разложения фосфорсодержащего шлама серной кислотой; смеси серной кислоты и фосфорной; с добавкой азотной кислоты; и добавкой фосфоритной муки, при которых выявлено, что для получения простого суперфосфата достаточно использовать серную кислоту с концентрацией 50%, а при получении более концентрированных удобрений необходимо использовать смесь серной и фосфорной кислот.

• Обоснована и экспериментально установлена возможность получения сложных минеральных удобрений посредством использования в качестве добавки в шлам полимеризованного красного фосфора или смеси его с кислотами.

• Теоретически обоснованы и определены основные физико-химические характеристики, характер и последовательность химических превращений при абсорбции парогазовой смеси. Посредством программного комплекса “Астра” проведено термодинамическое моделирование по определению влияния температуры и давления на распределение элементов между участниками реакций в системах P4-H20-CI2, P2O5-H2O, H2O-CI2, FeOCI-H2O, P4-O2-Н2О, Zn(OH)-H2S, ZnCI2-H2O-H2S, позволяющее установить, что серосодержащие компоненты газовой фазы переходят в соединения ZnS, а фосфорсодержащие компоненты в Zn3(РО4)2 и FeНРО4. Моделирование проведено в интервале температур 293-353К и давлении Р = 0,1МПа до 0,01 МПа.

Предложен технологический режим обработки парогазовой смеси, образованной после установки переработки шламов, в результате которого получен фосфор, очищенный от примесей мышьяка до 160 ррm.

Теоретически и экспериментально обосновано применение парогазовой смеси в технологии получения простого суперфосфата. Влажность парогазовой смеси до 20%обеспечивает надежное воспламенение и устойчивое горение с высокой полнотой сгорания. Использование парогазовой смеси позволяет не только снизить выбросы оксидов фосфора и серы, но и повысить КПД горелочного устройства за счет снижения потерь теплоты с уходящими газами.

Исследованы закономерности коррозии различных марок сталей в среде продуктов окисления парогазовой фазы и рабочих растворах, образованных при разложении шлама кислотами. Наибольшую стойкость в среде продуктов сгорания парогазовой смеси проявила хромоникелемолибденовая сталь Х17Н13М2Т.

Новизна разработанных технических и технологических решений подтверждены тремя авторскими свидетельствами СССР, десятью патентами Республики Казахстан, девятью инновационными патентами Республики Казахстан.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- результаты термодинамического анализа возможности использования природного и технологического газа для восстановления фосфора из шламов.

- результаты кинетических исследований комбинированных схем извлечения фосфора из фосфорсодержащего шлама.

- результаты кинетических исследований разложения фосфорсодержащего шлама серной кислотой, смесью серной и фосфорной, добавкой азотной кислоты и фосфоритной муки для получения фосфорсодержащих удобрений.

- результаты кинетических исследований возможности использования красного фосфора и совместное использование различных кислот для получения сложных минеральных удобрений.

- результаты кинетических исследований термообработки фосфорсодержащего шлама с получением элементарного фосфора и простого суперфосфата.

- результаты термодинамического моделирования абсорбции компонентов технологического газа в системах P4-H2O-CI2, P2O5-H2O, H2O-CI2, FeOCI-H2O, P4-O2-H2O, ZnCI2-H2O-H2S, Zn(OH)2-H2S, в температурном интервале температур 293-353К при давлении 0,1-0,01 МПа.

- результаты влияния различных технологических факторов и новых технологических решений, позволяющих оптимизировать режим охлаждения технологических газов с целью извлечения фосфора с минимальным содержанием примесей мышьяка.

- результаты исследований и разработки технологических решений по утилизации и сжиганию парогазовой смеси.

- результаты исследований коррозионной активности сталей в среде продуктов сжигания парогазовой смеси.

- результаты опытно-промышленных и промышленных испытаний разработанных технологических решений по созданию комплексной технологии утилизации техногенных отходов производства фосфора с получением товарных продуктов.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всесоюзном совещании “Развитие фосфорной промышленности в пятилетке” (Чимкент, 1986г.); Всесоюзной конференции “Фосфаты-87” (Ташкент, 1987г); Всесоюзной конференции “Современные машины и аппараты химических производств” (Чимкент,1988г.); Международной научно-технической и учебно-методической конференции “Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования” (Шымкент, 1993г.); Научно - технической конференции “Интенсификация процессов хлорирования и восстановительно-возгоночных технологий” (Шымкент, 1994г.); Международной конференции “Процессы и аппараты химической технологии” (Шымкент, 2001г); Международном симпозиуме “Химическая наука как основа развития химической промышленности Казахстана в ХХI веке», (Алматы,2001г); Международной научно-практической конференции “Проблемы химической технологии неорганических, органических, силикатных и строительных материалов и подготовки инженерных кадров” (Шымкент, 2002г.); ХVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003г.); Международной научно-практической конференции Ауезовские чтения-4 (Шымкент, 2004г.); Международной научно-практической конференции «Современное состояние и проблемы электротермических высокотемпературных процессов химической технологии и металлургии» (Шымкент, 2004г.); Международной научно-практической конференции «Научное наследие Е.Букетова, посвященное 80 летию со дня рождения Е.Букетова» (Петропавловск 2005г.); Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Электротермия 2006» (Санкт-Петербург,2006г); Международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность урбанизированных территорий в условиях устойчивого развития» (Астана,2007г.); Международной научно-практической конференции «Проблемы и пути устойчивого развития горнодобывающих отраслей промышленности» (Хромтау,2007г.); Международной научно-практической конференции «Процессы, машины и аппараты промышленных технологий», посвященной 50-летию кафедры «Техника нефтегазохимического комплекса (МАХП), Шымкент, 2006г.; Международной научно-практической конференции «Химия в строительных материалах и материаловедение в ХХI веке», (Шымкент, 2008г.);

Публикации. По теме диссертации опубликовано 80 научных работ, в том числе 3 авторских свидетельства и 19 патентов РК, 14 индивидуальных научных статей, 15 научных статей опубликованы за рубежом. Материалы диссертации послужили основой при издании монографии: “Физико-химические основы и технология очистки и утилизации печного газа производства фосфора”- Алматы: Fылым.2001г.

Практическая ценность.

Разработана технология получения простого суперфосфата из «бедных» фосфорсодержащих шламов, которая внедрена на предприятии ТОО «Кайнар».

Разработана технология комплексного извлечения фосфора из фосфорсодержащего шлама с дальнейшим использованием шлама в качестве готового минерального удобрения.

Разработана и внедрена в производство технология извлечения фосфора из «бедных» фосфорсодержащих шламов. Технологическая новизна предлагаемой технологии позволила получить фосфор с содержанием мышьяка 50-70 ррm, что отвечает по качеству лучшим мировым стандартам.

Исследованы и апробированы в промышленных условиях способы понижения солесодержания в оборотной воде при промывки фосфорсодержащих шламов.

Разработана технология утилизации парогазовой смеси, образующейся в процессе переработки фосфорсодержащего шлама. Исследован процесс сушки и прокалки простого суперфосфата парогазовой смесью, при котором установлено, что сжигание парогазовой смеси, в смеси с природным необходимо осуществлять в соотношении от 2:1 до 8:1; при которых обеспечивается полнота сжигания смеси в топочной камере и уменьшается концентрация коррозионных компонентов в продуктах сгорания.

На основании результатов выполненных исследований разработана и апробирована на ТОО «Кайнар» технология извлечения фосфора из фосфорсодержащих шламов (Заключение о выдачи предпатента 2007/0493.1; 2007/0653.1; 2007/0645.1)

Разработана и внедрена на предприятии ТОО «Кайнар» технология получения фосфорсодержащих удобрений (Патент №21858, заключение о выдачи предпатента 2007/0648.1; 2007/0589.1)

Разработан способ извлечения редкоземельных элементов из фосфорсодержащих шламов (Патент № 50079; 515881).

Разработан способ подготовки фосфатного сырья с использованием технологических газов в качестве теплоносителя (Предпатент № 32545; 36393; 31927)

Разработана и апробирована на ТОО “Кайнар” технология выделения фосфора из отходящих газов с пониженным содержанием мышьяка (А.С. СССР №1623104).

Разработаны и апробированы на ТОО “Кайнар” способы понижения солесодержания в оборотной воде при промывки фосфорсодержащих шламов. При непрерывном обновлении оборотной воды накопление растворимых компонентов в системе конденсации снижается в 8 раз.

Разработаны и апробированы на ТОО “Кайнар” в промышленном масштабе технологические схемы утилизации технологического газа при сушке простого суперфосфата и термоподготовке фосфатной мелочи (Патенты РК № 31927, 36393, 32545).

Разработаны и выданы ТОО «Кайнар» исходные данные для промышленного проектирования завода по выпуску минеральных удобрений из фосфорсодержащих шламов производительностью 30,0 тыс. тонн в год.

Разработаны и выданы ТОО “Кайнар” исходные данные для проектирования опытно-промышленных установок по извлечению фосфора из фосфорсодержащих шламов методом дистилляции производительностью 10,0 тонн в месяц.

Аппаратурно-технологическая схема очистки технологических газов была представлена на экспозиции ВДНХ, и удостоена бронзовой медали.

Основная часть

1 Современное состояние утилизации техногенных отходов в производстве фосфора

Представлена аналитическая оценка современного состояния решаемой проблемы, дается обоснование необходимости проведения настоящей научно-исследовательской работы, сведения о метрологическом обеспечении исследования. Показана актуальность, цель и задачи работы, научная новизна и научные положения, выносимые на защиту, связь темы диссертации с планами отраслей науки и производства, практическая значимость и степень практической реализации результатов работы.

Проанализированы существующие технологические процессы утилизации и переработки фосфорсодержащих шламов с целью извлечения элементарного фосфора. Анализ показал, что в настоящее время нет комплексной технологии утилизации техногенных отходов, образованных в результате складирования «бедных» по содержанию фосфора шламов и «коттрельного» молока на предприятиях по производству фосфора. Имеются способы переработки шламов на шламовую фосфорную кислоту, но в связи с тем, что данный способ является энергоемким и требует значительных затрат на его очистку от примесей, в настоящее время он не применяется. «Коттрельное» молоко, складированное в шламонакопителях на предприятиях по производству фосфора, в настоящий период не утилизируется и создает определенную угрозу окружающей среде. Были проведены ряд опытно- промышленных испытаний по получению минеральных удобрений из первичных шламов, но промышленного освоения они не получили из-за сложного аппаратурного оформления и дороговизны теплоносителя.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.