2.2.3. Область применения фосфогипса ● Получение редкоземельных металлов из фосфогипса

Необходимо отметить, что в фосфогипсе содержится 0,4–0,6% редкоземельных элементов, в том числе наиболее ценные: неодим, самарий, тербий, иттербий, эрбий, диспрозий. В отличие от радиоактивных лопаритовых и монацитовых концентратов (содержат в своем составе уран, радий) концентрация всех экологически контролируемых элементов, в том числе и радиоактивных, не превышает кларкового значения, т.е. общий уровень радиоактивности сопоставим с фоном. Поэтому при получении редкоземельных элементов из фосфогипса не требуется дополнительных расходов на обеспечение повышенных мер радиологической безопасности, что приводит к снижению себестоимости редкоземельной продукции. По способу извлечения редкоземельных элементов [31] фосфогипс обрабатывают раствором серной кислоты с концентрацией 22–30 мас. % при Ж:Т = 1,8–2,2 с извлечением редкоземельных элементов и натрия в раствор, отделяют нерастворимый остаток и осуществляют кристаллизацию концентрата РЗЭ. Извлечение редкоземельных элементов из фосфогипса в концентрат составляет 71,4%. Предложенные схемы переработки фосфогипса позволяют получать из него один, реже два продукта. Технологии, отвечающие современному уровню, предполагают комплексную переработку, когда количество вторичных отходов минимально, не превышает 10% от объема перерабатываемого фосфогипса.

● Производство цемента из фосфогипса

В производстве цемента фосфогипс гранулируют и подсушивают в барабанных сушилках до содержания гигроскопической влаги около 5%. Использование фосфогипса уменьшает расход топлива в производстве цемента, повышает производительность печей и качество цементного клинкера. В производстве серной кислоты и цемента высушенный фосфогипс смешивают с глиной, песком и коксом и обжигают при 1200–1400 °С [24]. При обжиге протекают следующие реакции:

CaSO₄ + 2С = CaS + 2СО₂; CaS + 3CaSO₄ = 4СаО + 4SO₂

Процесс может быть описан суммарной реакцией:

2CaSO₄ + С = 2СаО + 2SO₂ + СО₂

В процессе применяют небольшой избыток углерода (20–30% от стехиометрического) для компенсации его расхода на побочные реакции. Образующийся диоксид серы направляется на окисление до SO₃, который далее абсорбируется водой с получением серной кислоты [3].

● Производство серной кислоты и извести из фосфогипса

В производстве серной кислоты и извести фосфогипс восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа:

CaSO₄ + 2С = CaS + 2СО₂; CaSO₄ + 4СО = CaS + 4СО₂; CaSO₄ + 4Н₂ = CaS + 4Н₂О

Сульфид кальция обрабатывают водой, а полученную суспензию – диоксидом углерода:

CaS + Н₂О + СО = H₂S + CaCO₃

Полученный сероводород окисляется до диоксида серы:

H₂S + 3/2О₂ = SO₂ + Н₂О

Разработаны способы, основанные на взаимодействии предварительно приготовленного (NH₄)₂CO₃ с фосфогипсом или на непосредственном контактировании газообразных NН₃ и СО₂ [2, 18].

● Переработка фосфогипса в сульфат аммония

Разработана схема комплексной переработки фосфогипса в сульфат аммония, оксид кальция и концентрат редкоземельных элементов. Метод основан на том, что СаО, полученный из осадка СаСО₃, растворяется в аммониевых солях, а редкоземельные элементы остаются в осадке. Прокаливание СаСО₃ проводят при 1000 ⁰С, полученный оксид кальция обрабатывают раствором NH₄Cl с получением раствора СаСl₂ и осадка редкоземельных элементов. Аммонизированный раствор СаСl₂ насыщается CO₂ для выделения СаСО₃ и регенерации NH₄Cl [25].

Вывод.

Из всех приведенных выше методов утилизации крупнотоннажного отхода фосфогипса можно сказать, что фосфогипс в своем составе имеет много полезных компонентов, которые являются редкими и дорогими, поэтому их извлечение является актуальной задачей. Но основное внимание уделено производству вяжущих компонентов для добавок в цемент или полная замена природного гипсового сырья, переработанным фосфогипсом. Так основное направление сегодня является разработать технологию переработки фосфогипса и получение на его основе гипсового вяжущего, где 80% природного гипсового камня и 20% техногенного отхода. Для того чтобы внедрить фосфогипс была разработана схема непрерывного действия. В схему было включено дополнительное оборудование и приспособления для непрерывной загрузки и выгрузки техногенного сырья. Сырье перед тем как подается в производства обезвреживается, для того чтобы он обладать приемлемыми свойствами и качеством и мог применяться на ряду с природным.