V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Фосфогипс - отход производства фосфорных удобрений экстракционным способом, образуется в процессе сернокислотной переработки природного фосфатного сырья и представляет собой преимущественно двуводный сульфат кальция с небольшим количеством примесей, представленных алюмосиликата­ми, сульфатами, фосфатами, фторидами и тяжелыми металлами [1, 2].

Отвал (накопитель) сухого фосфогипса ТОО «Казфосфат» МУ предназначен для склади­рования обезвоженного фосфогипса и работает по системе «заполнение-обезвоживание - разработка».

В связи с ужесточением природоохранных требований по снижению загрязнения подземных вод на ЖЗМУ были введены в эксплуатацию специальные экранированные карты (4 карты) шламонакопителя и внедрена бессточная схема гидроудаления фосфогипса. Вода, транспортирующая фосфогипс, из карт с помощью специальных устройств отводилась в экранированные пруды дополнительного отстаивания, затем насосами подавалась на производство для повторного использования при транспортировке фосфогипса.

Для складирования сухого фосфогипса за пределами производственной площадки ЖЭМУ в 1975г. был построен экранированный отвал фосфогипса, который в настоящее время является центральным отвалом и представляет собой вытянутую насыпь площадью 26 га и максимальной высотой около 30м. Кроме этого, на открытом грунте, без экранирования располагаются правый отвал, площадью 4,37 га, и левый отвал площадью 18 га. На этих отвалах складировался фосфогипс, образованный на ЖЗМУ до 1975 года в котлованах открытых полей фильтрации [3,4].

В настоящее время накопленный и осушенный фосфогипс из карт автотранспортом вывозится на верхнюю площадку центрального отвала.

В 2001г. производство аммофоса на ЖЗМУ было переведено на «сухое» удаление фосфогипса и построена система сухого удаления, состоящая из ленточных конвейеров, связывающих узлы приема фосфогипса и перегрузки его в автотранспорт для складирования на центральном отвале [5].

С 1995 года центральный отвал только заполняется фосфогипсом, отгрузка его сельхозпотребителям сократилась до 2-3 тыс. т/год.

Проведенный подсчет накопленных к настоящему времени отходов фосфогипса показал, что ориентировочный объем фосфогипса на отвалах и шламонакопителе ЖЗМУ ТОО «Казфосфат» составляет более 8,5 млн.тонн.

С апреля 2012г. в рамках грантового финансирования МОиН РК сотрудниками КазНТУ имени К.И.Сатпаева в соответствии с планом работ по НИР составлена «Программа мониторинговых исследований отвалов фосфогипса, расположенных на территории Жамбылского завода «Минеральных удобрений» ТОО «Казфосфат».

В рамках Программы в мае 2012г. выполнены полевые работы: 1) по картированию и уточнению границ отвалов фосфогипса; 2) по отбору проб фосфогипса на данном участке.

Для составления карты отвала фосфогипса был использован аэрофотоснимок участка проведения полевых работ в пределах территории ЖЗМУ ТОО «Казфосфат». Привязка аэрофотоснимка осуществлялась путем съемки координат репперных точек с помощью портативного спутникового навигатора GPS Garmin Oregon.

С целью изучения гранулометрического состава в различных точках отвала были отобраны пробы фосфогипса (с поверхности и из грунта), отличающиеся по периодам его складирования и глубине залегания.

Схема 1. План отбора проб фосфогипса из грунта, расположенных на отвале завода ТОО «Казфосфат» МУ

Схема 2. План отбора проб фосфогипса из куч, расположенных на отвале завода ТОО «Казфосфат» МУ

На схемах 1и 2 показано месторасположение точек отбора проб фосфогипса из грунта (GR), в этих же точках были отобраны пробы с поверхности отвала. Для обозначения координат точек отбора введены следующие аббревиатуры: KF OV – верхняя площадка центрального отвала; KF HP - откос отвала со стороны завода «Химпром»; KF AS – откос отвала со стороны р.Асса; KF LYa – левый отвал; KF PYa – правый отвал; KF TBO – откос отвала над свалкой строительных отходов и ТБО; KF NK – «кучи» фосфогипса, расположенные вдоль подъездных путей.

Гранулометрический состав отобранных проб фосфогипса приведен в таблице 1 и 2.

В таблице 1 показано процентное содержание фосфогипса для различных фракций выполненных ситовым анализом. Из табличных данных видно, что фракции 1,0мм составляют в фосфогипсе – 66,3 %., фракций 0,25 мм - 31.0 %. Мелкодисперсные фракции 0,25 мм анализированы пипеточным методом (таблица 2) и представлены преимущественно фракцией 0,25 мм и 0,001-0,005мм.

Таблица 1. Гранулометрический состав фосфогипса (ситовый анализ)

Фракции, мм	Фосфогипс, %
1.0 0.5 0.25	66.3 2.7 31.0

Таблица 2. Гранулометрический состав фосфогипса (пипеточный метод)

Фракции, мм	Вещество, %
	Фосфогипс
0,25 0,1-0,05 0,005-0,01 0,01-0,005 0,005 0,005-0,001	24,0 0,96 3,64 36,0 10,4 25,0

Область грубодисперсных систем от 10^-5-10^-7см имеет большое практическое значение, так как многие отрасли промышленности используют порошки, суспензии и эмульсии, в частности, в химической промышленности в виде порошков применяют наполнители, пигменты, стабилизаторы и т.д. Одним из существенных признаков дисперсной фазы и является размер частиц, который определяет возможность длительного, устойчивого существования технических суспензий и эмульсий, технологические приемы их переработки [6].

Для определения размера и распределения частиц фосфогипса был использован метод седиментационного анализа суспензии, так как седиментационный анализ суспензий и эмульсий является одним из наиболее распространенных методов дисперсионного анализа [7].

Принцип седиментационного анализа состоит в экспериментальном определении скорости оседания частиц дисперсной фазы в какой-либо дисперсионной среде и последующему установлению характера распределения

частиц по размерам и степени дисперсности [8,9].

Оседание частицы в вязкой среде происходит под действием силы тяжести, равной ее кажущемуся весу Р:

(1)

где г - радиус частицы;

D, d - плотности вещества частицы и среды;

g - ускорение силы тяжести.

Оседанию противодействует сила трения, величина которой определяются по закону Стокса:

P (2)

где η - вязкость среды

и - скорость движения частицы.

Стационарный режим оседания начинается с момента времени, когда сила тяжести уравновешивается силой трения, приравнивая правые части уравнения 1 и 2, находим значение радиуса частицы:

(3)

где h - высота оседания

t - время оседания.

(4)

Уравнение (3) справедливо лишь для шарообразных частиц, двигающихся равномерно и с небольшой скоростью в среде, которую можно рассматривать как безграничную по отношению и падающей частице [10].

Зная время t₁, можно посчитать размер наименьшей частицы среди полностью выпавших частиц по уравнению (3). Построив зависимость Q₀ = f (г) получим интегральную кривую распределения (рисунок 1), каждая ордината которой указывает на процентное содержание частиц. Для получения дифференциальной кривой разность двух значений Q₀ надо отнести к разности r двух соответствующих радиусов, рассматривая отношение Q/r=f (r) можно построить дифференциальную кривую (рисунок 2).

По результатам экспериментальных данных были построены интегральная кривая распределения (рисунок 1) и дифференциальная кривая (рисунок 2).

Рис.1. Интегральная кривая распределения частиц фосфогипса

1– левый язык отвала, из кучи № 1; 2 – верхняя площадка отвала, из кучи

№ 1; 3 – правый язык отвала, из грунта № 1.

Риc.2. Дифференциальная кривая распределения частиц фосфогипса

1– левый язык отвала, из кучи № 1; 2 – верхняя площадка отвала, из кучи

№ 1; 3 – правый язык отвала, из грунта № 1.

Как видно из рисунков интегральных и дифференциальных кривых распределения частиц фосфогипса по размерам незначительно (1,7-9∙10^-6 м). Наивероятнейший размер частиц находится в пределах 3-5∙10^-6 м и определяется преимущественно размерами кристаллов фосфогипса.

Таким образом, проведенный седиментационный анализ фосфогипса, отобранного из карт отвалов ТОО «Казфосфат» «МУ» показал, незначительное отличие размера частиц (1,7-9∙10^-6 м), что свидетельствует об однородности фракционного состава, наивероятнейшими размерами частиц фосфогипса являются частицы с размером 3-5∙10^-6 м.

ЛИТЕРАТУРА

1 Иваницкий В.В., Классен П.В., Новиков А.А. и др. Фосфогипс и его использование. М.: Химия, 1990.

2 Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс. Исследование и применение. Ташкент: Фан, УзССР, 1980.

3 Химический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1983.

4 Михеенков М. Структурообразование, свойства и применение прессованного фосфогипса. LAP Lambert Academic Publishing, 2011.

5 Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л., «Химия», 1972.

6 Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., «Химия», 1976.

7 Ходаков Г. С., Юдкин Ю. П. Седиментационный анализ высокодисперсных систем. — М., 1981.

8 Болдырев А.И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1983.

9 Левченков С.И., Четверикова В.А. Учебно-методическое пособие по курсу «Физическая и коллоидная химия» для студентов биолого-почвенного факультета РГУ. Часть 4. Коллоидная химия. – Ростов-на-Дону: РГУ, 1996.

10 Тургумбаева Х.Х. Ауа алқабты қорғаудан зерттеу жұмысының әдістемелік нұсқауы «Суспензияның седиментациялық талдауы». – Алматы, 2005.

Код для цитирования: Скопировать