автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Термохимическая обработка фосфоритных окатышей в условиях подвижного слоя

КАЗАХСКИЙ ЯШЮ-ТЕЖШОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правок рукописи

АЛТЕЕВ ТулопбаЯ..

ТЕРМОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА «ХЯОРИГШХ ОКАЖНЕЙ • В УСЛОВИЯХ ПОДВШКОГО СЛОЯ

05.17.01 - Технология нсоргагегсзсетг секста

, АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисн'йниэ угонов сгогхзкп кандидата сгажгаосипс паук

Шггсге:!?-1993

\

Работа выполнена на Каратаускоы хниичесяоы заводе и в Казахском научно-исследовательском и проектном институте фосфорной промыаленности.

Научный руководитель: доктор химических наук, с.u.c.

Казова Райхан Ашшовна

Научный консультант: кандидат технических наук, с.н.с.

ПантасоЕ Кураанбек ТаЕааханбетович

Официальные оппоненты: доктор тех!шческих наук-,'с.и»с.

Юнусов Учкун Истиловнч

кавдцца? технических наук, доценг Оспанов Спабек Сарлкбекович

Ведущая организация: Еаыбыяское АО "Хиипрои"

Зецита состоится " /У " ^t&.p 1993 г. в Час. на заседании специализированного совета Д 058.06.01 Казахского хиыако-технояогического института по адресу: 486050, г.Скукен?, пр.Тауке хана, 5

С днссертацнеР иоено ознакомиться в библиотеке Казахскогб хкккко-технсяогического института

Диссертация разослана * ¿¿tyL*s ^ 1993 г.

Учений секретарь специализированного совета, К0!1двдвт технических наук,

доцент Д.САБЫРХАКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ!

Актуальность работа. Основиыгш проблемами в производства гелтого фосфора являзтся Еопросы термоподготовки материалов п )ационального использования сырьевых и тоштивко-энергетичэсяпз кгсурсопс, Это преаде всего связано с тенденцией обеднения фосфатного сырья по целевому компоненту % » нестаОильностьа п ¡еоднородностьа минералогического н химического состава фосфо-зитоа. Использование в процессе переработки сырья, содерзацэго ювкаонноо количество нелкпх фракций класса 0 * 5 ыа,приводи? с образованна больного количества первичного ялаыа в ваннах сонденсации, вредных Еыбросоз п т.д.» в связи с чей приыененпе .:елочи фосфоритов без предварительного окошковакия не цалесо -)бразно.

Существуйте способы подготовки спрья к зяектроаозгоияо фосфора характеризуются значительным недостатками, трэбущгп: :овершенствование процесса термической подготовки фосфоритов к технологическому переделу.

Кроне того, недостаточно сведений по твердофазноиу взал -лодействии фосфатсодерпацего сырья в процессе высокотеыпера -г урной обработки ояатьгаей и по азученио упрочняящнх факторов лсатьпзей, с точки зрения термохимических превращений гкпнералоз з фосфоритах.

Таким образом, разработка технологических рспениЛ по полутени» высококачественных фосфоритных ояатыпей и их тер^охтл! -?ескоП обработке в условиях пзодннакики подвязного слоя, прл рациональном и комплексной использовании сырьевых и тотгивно-гнергетических ресурсов является актуальной народно-хозяйст -венной задачей.

Исследования проведени в соответствия с плананп научпо-исследовательских работ Акедэмни наук Казахской ССР, отраслевыми программами по ребенка н£.учно-технических пробяги, нап -равляемых на выполнение Постановлений Совета Министров СССР о? 07.11.1584 г. Г- 1190 "0 ыерах по защите окру&агщеЛ среды о? загрязнений промыэленнкыи выбросами предприятий Министерства по производству минеральных удобрений и Министерства зашичос -кой промышленности, расположенных в Актобинской, Еаибылской и Шыикентской областях Казахской ССР" и от 23.CS.1936 г. г? 603

"О коренном улучшении сырьевых, гогшнвно-Енгргатическкх и других. мшераяьных ресурсов в 1285-1990 г.г. и на период до 2000 годе".

Пель к задач;; работы. Основной цеяьв работы является разработка научно-обоснованных технологических ро^аний, внедрение котор:лх позволив полутать высококачественные фосфориткыз окав процесса тер^охкмгшаской обработки в условиях газодина-*ц:к12 подписного слоя» при рациональном использовании сырьегых к топяквно-екергегэтеских ресурсов б производстве аелтого фосфора.

В соответствен с пъ—апзлопаннш поставлены сдздущне за -дачи исследований:

- определение оптимальных технологических параметров высо-коте^пергтурной обработки фосфоритных окатыаей в условиях газо-динаыики подвижного слоя иетодоы планирования хн:^:ко-'гехнологических окспзряьгентов и исследование изменения фязнко»-х1йическ«;х свойств окапаей в процессе тернохжической обработке.;

- построение даагра&&щ "состав-свойство" системы '"фторапа-■г:;т-»свзрц-доло1.к?и методом ыодеякровашя на ЭВИ;

- разработка технологических основ торыохн1&чоско'й обра -ботки фосфоритных окатьлей;

- совзр::енствованпо суцзетвуЕщнг технологий производства' и термообработки фосфоритных окатшзй для фосфорного пролзвод' *• ства.

Картавя новизна. Работа содоркит научно-обоснованнна тех-кэяогитаекпа рзеения, напрзвяоннио на разработку усовор=гнсг --ьо ватаг: способов гор^ообрабоиш фосфоряташ: окатгкзй. При его«

шервиг:

- проведено шдеякрованпе к опкшкзацая процесса тераохх-елзчгсхой обработка фосфоритных окатызэй в условиях газоданаюжп

поденного слоя; п

- внполнен дявграуныЯ анализ твердофазного взаимодействия в сксте^з "фтор£паткт-кБарц-доло:,г»1?м с точки зрения упрочнения, обеефгориваннк к двкарбонпзац;!и фосфоритных .скаткзей;

- проведен анализ моделей процессов декарбонизации и обес-ф? оривакнк;

г исследовано влитие добавок, являззцгхся техногенная! отходам рьзявчньк производств, на прочностннз характеристики фосфоритных окетшей;

усовершенствованы суцествущие технологи« производства фосфоритных окатышей н их термообработки.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Г.. Разработаны технологические основы термохимической обработки* окатьшей фосфоритов в условиях газодинамики подвижного слоя с-определение!.! оптимальных параметров процессов декарбонизации. и обесфторивания.

2. Разработаны параметры технологического процесса получения высококачественных углеродсодернащнх фосфоритных окатъпзй.

3. Разработан и предложен способ нзиельчения и терстческой обработки фосфоритных окатышей содерващях углеродистый материал, позволявший сэкономить до ЪО%> природного газа на I т готовой продукции в процессе получения окатьгпей до ICS металлургического кокса и около 5*7% электроэнергии при производстве I т селтого фосфора.

4. Разработай,! способ»! по пов*г:о!?из термостойкости фосфоритных онатызея сииггсшга пклавкделения в процессе их трзкс -портировки, за счет введения з них добавок.

Ь. Разработан, испытан и внедрен в производство способ термо-хииической обработки и получения фосфоритных окатк~зА, содержащих до 15% фосфатнокреунистых сланцев на технологической линии с обжиговой мапиной ОК 520/5355 с последущей переработкой их в печах PK3-4Q Ф Ка^былского ПО "XMunpoii",

6. Реализация разработанной технологии позволила получить эколого-экономический эффект в cyiae 386,450 тес.руб. (в цэ -нах до IS90 года).

Апробация работы. Основное положения и результаты работы бул:: доложены я обсуждены на всесоюзных конференциях "йюико-хякэтоо-кие основы переработки бедного природного сырья и отходов про -• . ыыэленности при получении жаростойких материалов" (Сыктывкар, I9B9 г.), "Проблемы рационального использования фосфатного сырья и интенсификации технологических процессов" (Черкассы,198У г.), Республиканской конференции "Цазац т!л£ тане рылым тану" (Ална-Ата, 1920 г.), выездном заседании научно-технической комиссии по массообиенной колонной аппаратура при АН СССР'Интенсифяяацая техники производства фосфора и термической фосфорной кислоты" (г.Чимкент, 1991 г.), а такса на отраслевых и региональных совещаниях работников фосфорной прошзленности.

Структура п объем работа. Диссертация состоит ез страниц вавннописного текста, таблиц, 18 рисунков,

прглоееннй в наименований отечественной и зарубекной

литературы.

ОСНОВНОЕ С0|Д£РВШВ РАБОТЫ.

I. Определение оптимальных параметров декарбонизации н обесфторивання фосфоритов в условиях газодинамики подеикного своя.

Изучение оптимальных условий терыо-хниической обработки фосфоритных окатшей проведено по методу планирования хишзко-технологичзских экспериментов. Высокотеыпературнуэ обработку иатераала проводили в оахтной печа с газораспределительной ре-сзткой с подвявныа корпусом, в которой ыодеяировали проховде-ние иатериааа через зоны обезвовнвания (сусла;), об сига и ох -лавденая.

Выполнены исследования термохшшческой обработки сыесп фосфоратог, иестороадений Аксай (подзеыный) и Еанатас, при различных регашах:

а) Составлена чатырехфакторная ыатрица планирования экспз-риызнтов на пяти уровнях, с изучением влияния температуры обги: (X,), продогеитеяьности (. У?), скорости воздуха ( ) и высоты слоя гмтериаяа на степень декарбонизации окатышей из фосфоритов иесторовдений Аксай и Жанатас.

На основании которых получено обобщенное уравнение по ые-тоду Протодьяконева Ы.Ы., описываюцее влияние всех факторов на степень декарбонизации фосфоритных окатышей. Незначимые функции Уз* ааыенявтсяв обобщенной уравнении на значение генерального среднего О кассива экспериментальных данных» равное 66.2, и уравнение яыеет вид: л

и (-3>5/#'*х<2 + ШРХгЖШ-ё' •У* ' рм

66,2 Ш где: - степень декарбонизации, %\

* , ... - факторы.

На основании уравнения (I) определены оптимальные условия тераообработкя окатышей из фосфоритов ыесторовдений Аксой в Еанат&с.

Определены оптимальные условия обвига окаткззй фосфоритов: температура 1050 - П00°С, продолсительность 20-30 гдш., класс окатуаеЯ 15-18 «и, содереанио фракции 0,063 кн з фосиуке 70 -

©той степень декарбонизации составляет £8—99%. (рис.1)

щ

Р5\ Çâ

Щ. 85 ' О

Lo-

wo ■ 95 ез 85

4-t-

tics

2

о SS о р.

а к о

«=С (¡а л

S к о

s«

о

g 50

Температура, °С

s<? 7â га {&

Тонина полоза, %

-Х-Х-

? /г JS 20 Класс грануд, га

Продолжительность обс;га,;~-::

Рис. I. Частные зависимое?!! степени рекарбонизация

окатызей из фосфоритов AitcafS (I) и Нанвтас (2) от различных факторов.

б) В условиях газодинамики подвижного слоя определены оплшальные условия обесфторнвания фосфатного материала. Опыта прсзедены с сырьем следующего хигя!чосиого состава (v.ac.%) : P2Os - 22,2; Caû- 35,5; Щ- 24,2; tyû- 2,7; СО- 6,2; f£2û3 - 1,3; /" - 2,6; //44- 1,0; M- 0,22; #û,Û + /СгО - 0,52; S^ - 0,2. Содержание фракции г-зназ 0,(5 trj -54^.

Составлена матраца аланпровання и распределения уровней факторов частных функций, а такге анализ их значимости.

Выявлено, что с увеличением температуры возрастает с?зпзи:> обесфторивакия* При более высоких температурах происходя? до- -формация кристаллической рзезткп фт-ррзпзтпта п процосе удаго!Пл фтора протекаем яегчз.

Частные функции обобщены в уравнение, описывающее влияние всех факторов ( Л/ , , ...) на степень обесфторивання

(6,28)2- 40285-Х*)-' Коэффициент корреляции уравнения (2) & в 0,87.

По обобщенному уравнении (2) определены оптимальные уело -бия: температура П50°С, продолжительность 30 ыин., класс окатышей 15 км, высота слоя 50 мы, скорость теплоносителя 0,35 ы/с.

■ При втих условиях степень обесфторивання составляет 12,3$.

в) Проведено исследование прочности обоквенных окаткпей из фосфоритов Аксай и Еанатас по матрице планирования экспериыен-тов.

На основании -частных функций получено обобщенное уравнение влияния всех исследуемых факторов на прочность оооакенных ока-тшэй при с сатин: .

где: Уо$./7/>. - прочность окатышей, кг/окатш; переменные

фактору.

Наиболее сильнодействущиии факторами явяяотся температура обсига и фракционный состав окатышей. Увеличение температуры до П50°С приводит к значительному повышению прочности ока-тьшэй (140 кг/окатш), что объясняется цементирующим влиянием образующейся связки в агих условиях.

ib обобщенному уравнений определены оптимальные условия получения наиболее прочных окотызей: температура II50°C-, класс окатызой 15 mi, тонина поиола фосыуки более '/0%, кл. -0,063 продолеительность термообработки 20-30 ыин.

b о тих условиях достигается прочность 250-280 кг/окатьш. <

При анализе выявлена идентичность оптимальных условий упрочнения обвита фосфоритных окатышей по основным параметрам. Различие в значениях прочности обусловлены разнообразием хииико-иинераяогичаского состава фосфоритов.

2. Кинетический анализ модели процесса термической обработки фосфоритных окатыаей.

Дгя изучения кинетики гетерогенных процессов, протекавших

в твердофазных смесях, разработан !гетод,вкяячасщ!й кинетпчаский анализ обобщенной модели процесса и расчет правых изотерулчэскоЧ кинетики» на основании данных матричных экспериментов, получаемых при ыногофазнон моделировании хищно-тахнояо ги че с ко го ок -спергшэнта.

К!1нетаческие параметры термообработки фосфоритных окаткпэй получены в результате обобщенного уравнения и рассчитаны по .мат -рице планирования экспер:а;знтов, при изучении оптпнальипх условий, на основании частичных функций.

¿/у , ... « ^ -) . описываем тип -

к!о отдельных факторов на степень декарбонизации.

¡¡о значите факторам корректировали обобщенное уравненлэ с использованием для расчета нзокинетпческих кривых для пяти значений температур. Яннзтическле кринка твердофазного взапмодоЛстеля описали уравногп!т.я Ерофоэва-Кслгагоровз.

(4)

ы -"лотг 7- £ • (5)

О^гур'с = / _ е -46542, ^ 43098 (б)

^/025'с ~ • /- у/'"39 (7)

7— £ • (8)

где - степень декарбонизация.

Кинетические зависимости стзпек:! деггарбсштзацгщ оггатг~зЛ "з с;;зси фосфоритов ;;зсторо~док::Я Аксай и Панзтес» з соотнопо-кпп 1:1, представлены на рис.2.

Дпффзрзнцированиеи уравнвЕ2!й опрэделзна спорость дспарбо-нмзгц:::; из снеси фосфоритного сырья в интервале пзучазг^нх температур для различной степени превращения. При термообработка окатыгей максимальная скорс сть декарбонизации достигается при оС = 0,4-0,5 и температура 1150°С.

При 700-900°С происходит пэрзход процесса дакарбонпзащ:: фосфоритов кз кинетической в дпффузношуз область я диютнру-ется диссоциацией вторичного кальцита, образовавшегося при разложении долоыита. В диапазона температур 1ССО-1150°С прсцзсс днкитярузтея диффузионные затруднениями.

Рис. 2. Кинетические за-декарбонизации окетыгзй из фосфоритов Аксай и Еанатас (I : I): I - 700°С; 2 - 800; 3 -900; 4 - 1025; 5 - И50.

г 4 М 28 зо Продолжительность, triH.

Зависимость ¿/¿^ — iii:£3? два учасгпа, отпзчеИ^й

пзрзгоду на кинетической в дкффузкоинуэ область (по зиачзнжи анергии октпвацяи). Прз 600-1000°С онзргпя акташщи составила 156,43 КДЕ/козь.

Дяя вссх случаев изучаемо: фосфоритов шямсна практически полная аналогия киюткчзскнг ваконохоряоетей.

3. З&зиЕО-хкуичэские исследования ^ер^зпгзекпх превращений в фосфоритных окатшах.

Б^гполнзш д£23иво~хн1кгееские исследования сизся фосфоритов Аксай к Жанатас, при соотноезнип 1:1, используекке для получения окатьезй на Каратаускоа хигическоа заводе.

Минералогический состав фосфоритов показывает,ч?о фосфатное велфстЕО представлено фторкербоиатапатятоц типа франколйта, В заметной количестве в пробах присутствуй? кварц к долот?.

Высокотемпературный рантгенофазовый анализ позволил уста ■ иовкть, что кз!мненик состава фосфоритов вышеуказанных иесто «-ровдекиРнденткчны. С увеличением температуры обкаруecho изиене

ние фосфатного вещества с переходом во фторапатитовуэ структуру.

Рентгенофазкый анализ проводили на установке ДРОН-2 ыето*-доы поропке с ыедныы антккатодон. Интенсивность отражений оце* нйеадк по рескть'бельной шкале.

Терьшческий ьнаикз проводили на дер»ватографа системы flay йкк-Лзулкк-ЭрдоЯ в а«а>сфера воздуха п чувствительности ДГА-1/

ТГ-5СЗ; i;? . Зтаяонои слузил прокаленный опепд алзмпнпя.

Тпр:п:чэск:;о превращения нзучзнн методой зксскотсипзратур-гюго ргптгонофазкого анализа, с помец&з Енсохотейпературиог? пристален УРВТ-2000°С крентгокзсскеау аппарату ДРОН-2, в пктер-сало температур 20-1200°С.

4. Диаграмма псэс?аг)-епоПстпон фосфатно-спяахаткз-парбонатнж систси.

Методом спмплекс-репзтчатого планирования гмогофакторного химического эксперимента получена диаграмма "соетап-СЕоЛетЕа" систем "фторапатит-кварц-доломп1?", компоненты которой прэде -тазляя? ссбойБрпродкыз млкералы.

Составлена матрица планирования ^роххоьлокэнтаой системы для получения модели четвертого порядка (таблица 2). Вход спс-теш задан значениями вззаапскягх пгрвкзктсс (содержание пса -понентоэ У i , з , кодированных координатах п млссопгг

процо|».тах).

Таблица 2.

Матрица планирования для получения приближения четвертойГстепени поверхности отклика

РЗ !_Компоненты доли ед.__t Индекс

пп ? ? Jf 1 Хг 1 *Ks ! коэффициента

I. I 0 0 &

2. . 0 1 , 0 Уз

3. 0 0 I

4. . 1/2 1/2 0 ¿h

5. 1/2 0 1/2

6. 0 Г/2 1/2

7. 3/4 1/4 0 ¿¿/А?

В системе 4 ■¿&Й'Расск0ТРаН0

влияние состава системы, состоящей из природных матеркалоз на прочность гранул, ииещеэ большое прикладное значение при получении высококачественных окатылеЯ для электротермического извлечения фосфора. Исходные минералы составляя? оснознуо массу компонентов фосфоритов СЬ-'^'О^; ^¿Л

20-2o£; CaMp(M3)t. Ю-201.

На изотерическом разрезе 1000°С показано поле, где дос -тагазтся какашальное значение прочности на скатие 191 кг/кг. С увеличением содержания кварца и доломита выявлено закономерное снижение прочности окатышей от 190 до 20 кг/окатьшей, за счет возникновения внутренних напряжений в структуре окатыаа.

Увеличение карбонатсодереацаго компонента в "доломитном углу" приводит к образованно значительного количества пор и иикротрецин, сниЕахгдих скелетную прочность гранул со 190 до ЬО кг/окатышей {рис.3).

Уг

Рис. 3. Изотермический разрез 1000°С (а) и И50°С (б) ссстеиы

Са^ЩЪ-Щ- СаМр(Ой3)2 по прочности.

Изучение взаимодействия в поле I показало, что в основной протокавт реакции кальциевого ыетафосфосиликата, талька, бто -ручного кальцита, диоксида, фосторнта и ряда флпидов (диоксид углерода, воде). Вода в системе появляется за счет структурной перестройки минералов, содереащнх гидронсилионы как другую структурную воду (например гидроксоний и др.)

На изот«р4Ш»г8ском разрезе систекы П50°С область I несколько растаряется (рис.36) и прочность

ранул составляет 302 кг/оя.

По аналогии с изотермическим разрезе« Ю00°С здесь обра -уется з проиезуточных продуктах фосфос:шгеата перегонного сос-ава, минерал, типа бритолита, диопсид, куспидин. Установлено, то при образовании до У0& кальциевого метафосфосиликата проч-ость достигается в области ыакснмуыа 280-300 кг/ок. Образовано плавней минерализаторов - талька;

022 - тремолита к др. способствует знаси -

ельноыу возрастания прочности от 1804-190 кг/пт до 290+300 кг/шт. процессе взаимодействия свеяеобразованного талька с проиеву-очныя фторстеритом возможна серпентизацяя:

+з//2/?-+Щ3ЗгЛ(Щ (П)

(12)

Получэны полные длаграыгц "состав-степень декарбонизации" рпс.4).

Щ $102

СаЩ<еорг Оа„СЩРг

Рис. 4. Изотерический разрез Ц00°С (а) п П50°С (б) системы ~ по

декарбонизации*

Сопоставительный анализ изотерических разрезов показал, го об—ш для них является увеличение степени декарбонизации

Ч- спстеиэ благе к "бикарноуу" ребру

составляет при 1000°С 98-99^, а при П50°С~100£. В 1-ой и 2-о( областях взаимодействие протекает с образованней трецолнта п кальцита.

По етой схеыз вдет образование вторичного кальцита.

Область 3 характеризуется образованиен кальциевого ь;зта-фосфоскяикста

- + (к

Область 4, отвечавшая реальному составу фосфоритовых руд Каратау характеризуется сравннтельно низкой степаньо декарбонизации 90-93«. Это обусловлено тем, что б расплаве образуй -цепося треыолита захватываются частицы кедоразло^квзегося вторичного кальцита, который образуется в объеиз окатыаа в вн де точечных включений.

В результате взаимодействия промежуточной фазы, треиолиз со вторичный кальцитом, возможно образование днопсида.

В области диаграз-оды соответствусщей реальному составу фосфоритов наиболее полно протекает реа'кция образования на границе контакта "фгорапатит-кварц" кальциевого фосфоскликатг

5. Диагракный анализ обесфторивания фосфоритов в термохк^ческих условиях.

Получены полные диаграммы "состав-ст;?тзнь обесфтори:зни: при 600, 900, 1000, П50°С в системе, фторапатит-кварц-долои Сопоставительный анализ изотермических разрезов показал в ди кашке изменение степени обесфторивания при изучаемых темпер турах. При 900 и 800°С максимальная область характеризуется степень» обесфториванкя в среднем 4,7 и 5,2Й соответственно.

Сопоставительный анализ изотермических разрезов 1025 к

1150°С (рпс.5) показпезо?, что шкспт;ады:ая гтэпзкь обзсфторл-ваюя достигается при И50°С я составляет о срзднеы 15,53.

Са13(ЩЛ

а)

Рпс. 5. Изотор^чэсхаЯ разрез Ю25°С (а) а П50°С (Щ

систем

обзефториванпэ.

Полное обосфторчвэкпэ фосфорита з услопппх тсргогн/п^гс-по'Л обработки окатанного фосфорита вздостаяп», тая как об - • раэуэтеп устойчивые фосфорсодержащие соединения: купсадин, фторфлогопит п силофосфзт, содерааций а анионной части нон фтора [^У .

Взаимодействие при 1025 и П50°С протекает по схсуэ

2Са„(Р04\£ У- /£5/4

б. Влияние добавь^» являещлхся отхода«:! производств, на прочностиыз показатели фосфоритных окатьсей.

В связи с теь, что набавдается дефицит в топливно-энергетических ресурсах проведены исследования по совершенствовании технологии получения высококачественных фосфоритных окаткгей, за счет введения добавок, являвшихся отходаьа как фосфорного,

так и других производств, создающих экзотермический или укрегип юциП эффект в процессе термообработки.

В частности исследован процесс совместной грануляции предварительно смешанной н размолотой мелочи фосфорита с 2-10Й уг -леродистого материала.

Это позволило снизить расход газа - теплоносителя почти I два раза и температуру в зоне обсига с 1050-1150°С до 740-320°С за счет сннкения тонины помола материала класса 0,05-0,065 мм до 50-65« и получить окатыши с прочностью на сватие более 250 кг/ок. (рис.6,7). Кроме того, при производстве келтого фосфора в руднотерыической печк окндается снижение расхода дефицитного металлургического кокса до 10"% н электроэнергии в пределах 5-П.

Результаты исследований по совместной грануляции фосфоритной мелочи с 2-72 борогипса, являщегося отходом борнокислотно! производства, позволили получать ¿прочнеинэ структуры окатышей за счет образования при температурах 1100-П80°С шлаковой связ! мееду составляющими борогипса и фосфатного сырья. Это обеспе -чквает получение окатышей с прочностью: на удар более 95£ со --дерканкя фракции + 5 мм, на истирание до 4,0£ содержания фракции - 0,5 мм и на слатие более 290 кг/ок.

Необходимо отметить, что введение углеродсодереащего материала и борогипса при грануляции позволит-сократить образование мелочи в процессе транспортировки и хранении прокаленных ока -тылей.

Одним из способов повышения удельной производительности является охлавденне окатышей до 300°С, а' затем до Ю0-150°С со скоростью 200-50град/мин., при значении модуля кислотности окатышей 0,5-1,1 с ввдерекой в замкнутом объеме в течении ЗО-бОмш

Это позволяет повысить выход годного продукта с 96,0» до 97,6 - 9855.

С целью повышения качества окатышей исследован процесс гр* нуляции фосфатного сырья с введением 0,2-0,5^ водного раствора полиэлектролита К-9 в количестве 0,15-4,5 кг на I т фоссырья.

Это позволило, получить сырые гранулы с термостойкость: в пределах 220-270°С и прочностью на истирание 3,6-4,4^, по выходу материала класса-0,5 мм, после их термообработки.

Для сниеения водопоглощения окатьшей, повышения их проч -

тэ к

о •

СП .

п я а со к ки к о Х»оЗи ►Э ЛП5 ЕЧ ГО 33 О "3 О 83

хапя»: ПОР о сз-о ТЗ О

О О ►З £3 »3

ой осс О ОЧЗ и

о к о к

0 ойо

• ГО О Ю к

Об сл. го сяытз а а:

1 и елз го ОВ схк X

» О ОТ5 К 0:3>9 О М

81 ??

г я о о» г о о гз а о о

• о о •йтн ковш нули а гов охз о гая с V

- О Е> i i

Расход природного газа, ну^/т

¡5 Й £ 5; ^

Прочность окатышей, кг/окат.

Выход годных окатыззй, Й

Степень декарбонизации, %

ftJ с а.

^ I

о Я О

Ч »

О' т) к

О *С»

к о

р й

я ~

ш °

в ч о о

о

й е>

ч

а и С)

3

о

Расход природного газа, ни3/*

Прочность окатшей, кг/окау.

& £

Выход окатьией, %

Ч &

3

Степень дэкарбонизацзд, %

о о

■ I

О 13

§ й

§ 5

V

•з

о

ё §

я о

в *з о

о. §

к о

и }а

Н "Й § Й сэ

О

«

о

о вг

ности на истирание и иорозоустойчивость охлаждение окатыпай с 250 до 180°С ведут водным раствором полнкора К-4, продукта неполного щелочного оыыяения промышленных отходов волокна "нит -рок" К-9 М.

Исдользованвд водорастворимых полиыеров вышеуказанных продуктов позволяет повысить степень очистки газов от оксдда фосфора, фгореодорода и высокодиспарсных пылевидных частиц.

Так ве установлено, что воздействие на обовненныз окатыши паром, до влажности 0,3-0,5^, и вздергивание в атмосферных условиях в точении 7-12 часов приводит к снивенм» пылевыделеки в процессе транспортировки в 2-4 раза.

7. Технологические основы термохимической обработки ' сырья в условиях газодинамики подвесного слоя.

В процессе исследований по выявлению влияния добавок на прочностные показатели окатъппей были проведены исследования пс введении в фосиихту из фосфоритов ыестороедений Аксай и Еана -тас до 1555 фосфатно-крешистых сланцев (ФКС) и разработаны тех нологнческие основы термохимической обработки окатышей в уело вкях газодинамики подвикного слоя.

Установлено, что влияние ФКС на повышение качества окатышей и снижение температуры в зоне обкига шкет быть объяснено повышенным содерсанием в фосшкхте, в сравнении с фосыукой из ] Аксей и Канзтас, от 0,6 до 1,2Й 2

Увеличение прочности обоккенных окатьшей происходит за с*

- уменьиения количества пор.образугщкхся при газовыделеш в процессе обжига из-за снигения карбонатности фосфатного сыр!

- снижения вязкости, температуры начала деформации и пла; ления фосфатного сырья, вследствин чего происходит более поен( заполнение пор еидкой фазой.

Разработанные технологические основы тердагикической обр боткн фосфоритных окатьией использованы при провэдекяи опытно промышленных испытаний по наработке фосфоритных окатьшей.

Б ходе освоения технологической линии с обкиговой маткно 0К - 520/656 Ф Каратауского химического завода, принятой в о г: сплуатацию в декабре 1989 г., выявляется ряд вопросов по ка -честву окатшзей из фосфоритов ыесторовденкй Аксей к Канатас, соотношении 1:1.

Из-за несоответствия прочностных характеристик нормативно-техническим документациям были проЕедены исследования по повы -пению юс качества за счет введения в фосшихту до ФКС. Это юзволило повысить прочность окатышей до норм технологического регламента и снизить температуру обжига на 50-Ю0°С.

Полученные в процессе термохимической обработки фосфоритные окатышг, содержащие ФКС, были переработаны в руднотермичес-ких печах РКС-48 Ф цехов If 3 и )? 8 Жамбылского ПО "Химпром".

Анализ.полученных нами данных статистических материалов позволил сделать вывод о том, что по сравнению с процессом производства фосфора из кускового фосфорита при переработке окатышей произошло снижение расходных норм электроэнергии на 0,4 -1,0 мВт/ч, фосфатного сырья и кокса на I т желтого фосфора на 0,9 и 0,1 т, соответственно. Кроме того, снижаются содержание концентрации вредных компонентов и объем отходящих печных газов до 500 нм3 вместо 3000-3200 нм3/т, , а такие органических соединений в фосфоре на 700-900 РРМ при работе печей в регла -ментном режиме.

Таким образом, в результате термохимической обработки фосфоритных окатышей в условиях газодимнамики подвижного слоя в промышленных условиях позволяет получить окатыши с показателями прочности на удар более 93% и на истирание менее Ъ%. Одновре -менно снижаются вредные выбросы в окружающую среду.

Внедрение данной технологии позволило достичь эколого -экономический эффект в сумме 386,450 тыс.рублей, при производстве 48,5 тыс.тонн желтого фосфора из "окатьшей.

ВЫВОДЫ

I. Научно обоснованы и внедрены технологические реиения по усовершенствованию технологии производства фосфоритных окатьшей, путем термохимической обработки их в условиях газодинамики подвижного слоя, позволяющие повысить прочностные харак -теристики окатышей до норм технологического регламента, выход фосфора на 5-JO& п^ сравнению с переработкой кускового фосфорита и снизить объем печных газов до 500 нм3, вместо 3000-320-0 нм3 на I тонну желтого фосфора, содержание органических соединений в фосфоре на 700-900 РР,Ч при работе печей в регламентном режиме и вредных компонентов в газовых выбросах.

- та -,

2. Методом планирования многофазного химико-технологического оксперимента изучено влияние температуры, продолвительнос-ти, крупности материала (класса окатышей), тонины помола фос -муки (содержание фракции-0,063 м«) на степень декарбонизации, обесфторивания и прочность окатышей из фосфоритов месторождений Аксай и Канатас. Определены оптимальные условия упрочняю -щегося обкига фосфоритных окатышей: температура обкига 1100 -

продолжительность 20 мин.; тонина помола 70-75^ фосму-ки фракции - 0,С53 мы; класс окатышей 18-20 мы. Степень декарбонизации в этих условиях 96-99^. Получены обобщенные модели.

3. Проведены исследования по введении в фосфатное сырье различных добавок,создающих экзотермический или укрепляющий эффект в процессе термообработки окатышей, с целою частичного решения вопроса рационального использования топливно-энергетических ресурсов. В частности, в качестве добавок использовалис углеродсодеркаций материал, борогипс, фосфатно-кремнистые слан цк, водный раствор полиэлектролита К~9, пар и др.

4. Кинетический анализ обобщенных моделей для различных фосфоритов позволил определить кинетические параметры и особен ности процесса декарбонизации. В широком диапазоне температур 850-1150°С получено семейство кривых изотермической кинетики, дифференцированием которых определены скорости процессов в зависимости от степени реагирования, температуры, крупности ма -териала и других параметров. В интервале изучаемых температур процесс обкига фосфоритов контролируется диссоциацией вторич -ного кальцита, образующегося при разлокении доломита с образованием оксида магния и карбоната кальция.

5. Методом сиплекс-решетчатого планирования получены полные диаграммы "состав-свойство" в фосфагно-силикатно-карбонат ных системах содержащих природные минералы.фосфоритов. Диаграз ный анализ указанных систем в пределах 800-1150°С показал, чт< за счет интенсификации газодинамики подвижного слоя создается условия для образования силиквтсодеряащих связок типа диопекд: кальциевого фосфосиликатв типа бритолита и др.

6. Анализ моделей процесса декарбонизации на ЭВМ позволи, получить массив данных для построения изотермических разрезов 1000-Н50°С с получением изолиний равных уровней на-диаграмма "состав-свойство" системы "фторапатит-хварц-дояоыит", выявлен

язолякип прочноетз и области каасишшькой прочности, йзяскмаль-нап прочность составила 230-300 кг/окатъпз.

7. Получена диаграгаа "состав-свойство" по обесфториваннп [фосфоритных окатъялэй. Еылвлено образование фторсодорявпутх соединений (купсодин, фосфосиликат, фторфлогопит), которые связывают фтор в безвредные вещества. Максимальная степень обесфто-ривания около 1655.

0. Изучено злияние фосфатнс-кремнистых сланцев, входящих в состав фосшихты на прочностные показатели фосфоритных окаты-сей. Установлено, что повышенное содержание легкплавких шелоч-ных металлов ) позволяют снизить температуру обтага

на 50-Г00°С и повысить-прочность окатышей до норм технологического регламента, без существенных изменений содержания основ -ного компонента в фосфоритных окатьплех.

9. Проведены промкзленнке испытания по наработке фосфоритных окатьзей путем термохимическое обработки их в условиях га -зодинамики подвигеного слогг-'З технологической линии с обжиговой L-аанной OK 520/536 Ф и переработке на печах РКЗ - 48 <5 ДГЮ пром". В результате использования предлагаемой технологии тер -глохшической обработки фосфоритных'окатызеЯ в условиях газодинамики подви~но"о слоя достигнут околого-эконокическьА эффект S' при производстве 48,5 тыс.-"'тонн келТого фосфорг в сугп.-с 386,450тыс. руб. (по ценам до 1990 г.). . ..

Основное содеряаше диссертации опубликовано з

слодугг^их научных работах:.

Т. Дкусипбекоз У. П.", Альтаноз Т.Н., Казова'Р.А;t-Алтеов Т., Омаров С.С.' "Щ-«та для окускования фосфатного сырья" Полоти; -тельное репение по заявке :? 4655082/31-26 от 28.02.89г.

2. Казова P.A., Алтеез Т.А., Хайдпров Т., Зууанова З.С., .Медеубаез Н.К. "Оптшаюацяя параиетроз обгяга известняка глето- : дом »оделироваипя процесса декарбонизации// Комплексное нспользо-> ванне «яшерального сырья, - IS90. - I? 4. - С.26-30.

3. Казов H.H., Казоза P.A., Аяьтганов Т.Н., Хайдаров Т., Алтзев Т.А., Арннов К.Т. Технология получения высококачествен-, ных фосфоритовых окагыпей //Экспресс-информация "Новости нау^гл Казахстана".-1939.-вот.4.-С.9-13.

4. Казов М.Н., Казова P.A., Альканов Т.М., Хайдаров Т., Алтееа Г.А., Арьшов К.Г. "Унифицированные технологии обсига сырья, образования и переработки вредных отходов фосфорного производства на химические и товарные продукты"// Экспресс-информация "Новости науки К азахстанаи.вып.4.-1969.-С. 9-12.

5. Саркулов Е.Х., Казова P.A., Хайдаров Т., Алтеев Т.А., Казсп Ы.Н. "Кинетические параметры процесса обвига окатышей обогащенного фосфорита" /Датериалы республиканского семинара по охране окрукающей среды и рациональному использованию при -родных ресурсов на предприятиях Госстроя Каз.ССР.-1990.-СЛ16-123.

6. Саркулов S.K., Казова P.A., Хайдаров Т., Алтеев Т.А., Казов U.H. "Моделирование теплообмена в шахтной печи в процессе окислительного обкига келеза" // Б кн.: Комплексная переработка фосфоритов и физико-химические исследования неорганических минералов". Алма-Ата, I99I.C.80-89.

7. Способ окускования фосфотного сырья. Заявка Í? 4702878 (079575) от 09.06.89. Положительное решение от 27.II.90.//K.T.E тасов, В.А.Ершов, Л.М.Болокнн, Н.А.Ыирошшков, Э;У.Еумартбаев, Т.Алтеев, С.Н.Кривуля.

8. Способ окускования фосфатного сырья А.С.ССССР $ I76336I (опубл. 23.09.92. Библ. J? 35/ К.Т.Нантасов, Л.М.Волоеин, Е.Б. Грант, Т.Алтеев, В.Ы.Ситников, В.Т.Старченко, Н.Д.Асанбаев.

9. Волошин Л.М., Нантасов К.Т., Алтеев., и др.//Новые ре -пения в термоподготовке сырья для фосфорных печей //Материалы выездного заседания научно-технической комиссии по массообмен -ной аппаратуре при АН СССР" Интенсификация техники производства фосфора и термической фосфорной кислоты": Тезис.докл.-Чимкен I99I.C.23-25.

10. А.С.Р I608III СССР ЩИ COI В 25/01. Способ окускования фосфатного сырья./ Ы.П.Талхаев, С.Я.Гальперина, Т.Алтеев и др.-4 стр. ил.

11. A.C.)? 1527227 СССР ЖИ С 01 В 25/01. Способ грануляции фосфатного сырья./Х.С.Сарманов,И.К.Сатаев, Т.Алтеев и др.- бстр ил.

12. Способ окускования фосфатного сырья. Заявка £ 4858831 от 07.05.90г. Положительное решение от 24.04.91г. //Х.С.Сармано И.К.Сатаев, Ы.С.Жантлеуова, Т.Алтеев, Р.Н.Кадырбеков.

13. Способ очистки газов. Заявка 3 4343690 от 07.05.90г. Положительное решение от 30.07.91г.// Х.С.Сарманов, И.К.Сатаеа, М.С.Яантлеуова» Т.Алтеев, Р.Н.Кадырбеков.

14. A.C. !* 1627509 ССССР МКИ С 01 В 25/01. Способ подготовки окускованного фосфатного сырья it электровозгонке./М.П.Талхаев, С.Я.Гальперина, Т.Алтеев и др.- 6 стр.из.

15. A.C.» 1586998 СССР МКИ С ОТ В 25/01. Способ терыообра -боткн фосфоритных окатизей /М.П.Талхаев, Л.И.Борисова,Т.Алтееви др. - 4 стр.ил.

16. A.C.J? 1608ПО. СССР. Ш С 01 В 25/01. Способ окуско -вания фосфатного сырья./ Л.И.Борисова, М.П.Талхаев, Т.Алтеев и др. - 6 стр.ил.

17. Алтеев Т.А., Казова P.A., Саркулов И.Х., Хайдаров Т., Медеубаев Е. Переработка феррофосфора с получением присадок, строительных материалов"// Сб.трудов Госстроя: Тез .докл. -Алма-Ата, 1990, С.'/0-75.

18. Казова P.A., Хайдаров Т., {.!едеубаев Е.К., Алтеев Т. Курамындафос^юры бар 1ши1 заттн комплекст! цолдану кэне они хиыия-лын; вниздерге вндеу эд1стер! // Конференция "Казаг, т1л1 рылыытану"

Тез.докл.- Алма-Ата, 1986. С.32-35.

19. Беряаноь.Д.С., Хайдаров Т., Алтеев Т., Арынов К.Г., Казова P.A. Кинетические париетры процесса обкига обогащенного фосфорита // Сб.трудоз Госстроя Каэ.ССР-: Тез.докл.-Алма-Ата., 1990» C.IIS-I23.

20. Казова P.A., Хайдаров Т., Дзуруцбаев А.И., Ал-тоев Т.А.

и др. Соверионствованке методов и оборудования для получения керамзита // КазНИИпГИ,- Алма-Ата, IS9I.-40c.

21. Казов М.П., Казова P.A., Алтеев Т.А., Хайдаров Т., Медеу-баев Е.К., Филиппова 3.0. Разработка технологических основ обsura химического сырья// В кн.: "Комплексная переработка фосфоритоз и физико-химические исследования неорганических 1ччнералов",Алйа -Ата, 1991, С.14-24.

22. Казов М.К., Казова P.A., ХаРдаров Т., Алтеев Т.А. Раз -работка экологически чистых технологий терь:оподготов:си кокса для злектротермш"/ /Всесовзн. конференции "Хньйко-биологичсскпе методы охраны среды от загрязнения тявелыми ^оталлсин":Тез.докл.-Усть-Каменогорск, 1990, С.75.

23. Вибрационная мельница. Заявка I? 4827055/33 (05527*/) от

I?í05. 1990г. Положительное ресзние от 30.11.1992 г. /Е. Б. Граи* ШН.АсадклЕОЗ!?! К.Таяасов, K.T.EairiacoB, Т.А.Алтеев, B.li.Ctrs • 'каков, В.Т.Старчзнко.