МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ФОСФОГИПСА ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

7. Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. -М.: Колос, 1981.-319с.

8. Современные технологии переработки минерального сырья. К.Т. Жантасов, М.З. Исканди-ров, К.Д. Айбалаева и др. Шымкент. изд. Элем. 2015,

9. Шеуджен А. Х., Бондарева Т.Н. Использование фосфогипса нейтрализованного на посевах риса в качестве поликомпонентного удобрения. Сообщение II [Электронный ресурс] // Научный журнал КубГАУ, 2015. - № 09(113). - URL: http://ej.kubagro.ru/2015/09/pdf/65.

10. Белюченко И.С Патент РФ № 2423812,. и др. Способ улучшения агрофизических свойств почвы А01В7 9/02, 2011

11. Иваницкий В.В., А.А. Новиков, С.Д. Эвен-чик Фосфогипс и его использование. 1990 г. - 224.

12. Ахмедов М.А., Атакузаев Т.А Фосфогипс.

Исследование и применение. Ташкент, Изд-во "Фан" УзССР, 1980.

13. Бажирова К.Н. Разработка энергосберегающей технологии производства механоактивирован-ных комплексных минеральных удобрений пролонгированного действия. - Шымкент. 2015. 155с.

14. Yang R., Su Y., Wang T., Yang Q. Effect of chemical and organic fertilization on soil carbon and nitrogen accumulation in a newly cultivated farmland // Jour. of Integrative Agriculture. -2016. -№15(3). -P. 658-666.

15. Tanirbergenov S, Saparov А, Suleymenov B Methods of increasing productivity and environmental sustainability of cotton on irrigated light gray soils of the South Kazakhstan region // International Congress on "Soil Science in International Year of Soils". Sochi, Russia, 2015. -P. 405-408.

МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ФОСФОГИПСА - ОТХОДА ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Жантасов К.Т.

академик РАЕ, д.т.н., профессор, заведующий научно-исследовательской лаборатории «Неорганические соли, стимуляторы роста и защиты растений» НАО ЮКУ им. М. Ауэзова

https://orcid.org/0000-0001-6867-1204;

Зият А.Ж.

преподаватель кафедры «Нефтегазовое дело» НАО ЮКУ им. М. Ауеэова

Лавров Б.А.

д.т.н., профессор, Санкт-Петербургский технологический институт (ТУ), РФ

Жантасов М.К.

зав кафедрой «Нефтегазовое дело» к.т.н., ассоциированный профессор НАО ЮКУ им. М. Ауэзова

Жантасов М.К.

инженер - технолог крестьянского хозяйства «Жантас»

MINERALOGICAL AND CHEMICAL COMPOSITION OF PHOSPHOGYPSE - WASTE OF PRODUCTION OF EXTRACTIVE PHOSPHORIC ACID

Zhantasov K.

NAO "YUKU them. M. Auezov "Shymkent, Republic of Kazakhstan

Ziyat A.

NAO "YUKU them. M. Auezov "Shymkent, Republic of Kazakhstan

Lavrov B.

Saint Petersburg State Technical Institute (Technical University), Saint Petersburg, RF

Zhantasov M. Peasant farm "Zhantas" Zhantasov M.

NAO "YUKU them. M. Auezov "Shymkent, Republic of Kazakhstan

Аннотация

На основании проведенного анализ литературных источников по отходам производств фосфорной промышленности приведены резудьтаты исследований химического и минералогического состава фосфогипса современными методами и приборами физико-химического анализа.

Микроскопическим, рентгенофазовым методами анализа определено различие по всем компонентам в фосфогипсе как со старого так и с нового отвалохранилищ на 1,5-3%., что объясняется авторами измельчениями в результате более 40 летнего хранения. Выявлена идентичность фосфогипса со старого и нового отвалохранилищ ТОО «Казфосфат» Республики Казахстан по составу: Са - 17,55% и 19,42%; К - 0,13% и 0,14%; Р - 0,35% и 0,30%; Р2О5 - 0,80% и 0,69%, а также минералогическому составу гипса, дигидрата (CaSO4 2H2O) - 87,93% и 85,04%; кварца (SÍO2) - 9,10% и 10,58% % и бассанита (CaSO4 -0.67H2O) - 2,97% и 4,38%, соответственно. Съемку дифрактограмм производили на аппарате D8 Advance (Bruker), a-Cu, с

обработкой полученных данных дифрактограмм и расчетом межплоскостных расстояний с помощью программного обеспечения EVA. Расшифровку проб и поиск фаз осуществляли по программе Search/match, с использованием Базы порошковых дифрактометрических данных PDF-2.

Под микроскопом установлено, что проба более чем на 85-90% состоит из гипса минерала моноклинной сингонии в виде бесцветных ромбических кристаллов, кварца и, возможного присутствия бассанита -полугидрата, установленного рентгенофазовым анализом.

Abstract

Based on the analysis of literature sources on waste products of the phosphorus industry, the results of studies of the chemical and mineralogical composition of phosphogypsum using modern methods and devices of physi-cochemical analysis are given. Microscopic, X-ray diffraction methods of analysis determined the difference in all components in phosphogypsum from both the old and the new dumps by 1.5-3 %, which is explained by the authors of grinding as a result of more than 40 years of storage. Revealed the identity of phosphogypsum from the old and new dumps of LLP "Kazphosphate" of the Republic of Kazakhstan in composition: Ca - 17.55% and 19.42%; K -0.13% and 0.14%; P - 0.35% and 0.30%; P2O5 - 0.80% and 0.69%, as well as the mineralogical composition of gypsum, dihydrate (CaSO4 • 2H2O) - 87.93% and 85.04%; quartz (SiO2) - 9.10% and 10.58%% and bassanite (CaSO4 • 0.67Н20) - 2.97% and 4.38%, respectively. Diffraction patterns were recorded on a D8 Advance apparatus (Bruker), a-Cu, with the processing of the obtained diffractogram data and the calculation of interplanar distances using the EVA software. Sample decoding and phase search were performed using the Search / match program using the PDF-2 Powder Diffractometric Data Base. Under a microscope, it was found that the sample consisted of more than 85-90% of gypsum, a mineral of the monoclinic system in the form of colorless rhombic crystals, quartz, and the possible presence of bassanite, a hemihydrate, established by X-ray phase analysis.

Ключевые слова: отходы, фосфогипс, химический и минералогический состав, микроскопия, рентгенография, тукосмесь, массовая доля

Keywords: waste, phosphogypsum, chemical and mineralogical composition, microscopy, radiography, fertilizer mixture, mass fraction.

Введение

К предприятиям, которые работают на природных сырьевых ресурсах и ежечасно выбрасывают твердые, жидкие и газообразные отходы, в основном относятся горнорудные, химические, металлургические и угледобывающие производства, теплоэнергетические центры (ТЭЦ), которые нарушают экологическое равновесие не только одного государства, но и трансграничных стран.

Отходы предприятий, наносящие невосполнимый ущерб окружающей среде, могут служить хорошим сырьем для производства минеральных удобрений и тукосмесей, за счет содержания макро- и микроэлементы. Поэтому разработка и внедрение в производственный цикл новых научных и технических подходов комплексной переработки природного сырья и утилизации техногенных вторичных ресурсов, для решения современных экономических, экологических и социальных проблем промышленных регионов является актуальной задачей.

На территории СНГ и Республики Казахстан в отвалах и отвалохранилищах накоплено более 80 млрд. т. твердых отходов, в том числе более 1,6 млрд.т токсичных и канцерогенных веществ [1]. К таким отходам можно отнести фосфорный шлам и электротермофосфорный шлак, образующиеся при переработке фосфоритов на желтый фосфор электротермическим способом, а также фосфогипс, который является издержками производства экстракционной фосфорной кислоты химическим методом переработки фосфоритов и апатитов.

Накопленные в отвалах предприятий запасы фосфогипса, по оценкам экспертов составляют около 140 млн. т., при ежегодном увеличении на 14 млн.т. На сегодня проблема переработки фосфо-

гипса не только в Казахстане, но и в мире полностью не решена. Степень переработки фосфогипса, образующегося при извлечении пента оксида фосфора из тонко измельченного фосфорита серной кислотой в бывшем СССР составляет иногда до 4 % в год, в то время как в Германии, Бельгии и Японии около 100 % [2].

Главной проблемой, которая тормозит развитие переработки фосфогипса в Казахстане, с нашей точки зрения, является недостаточная разработанность методологии получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из-за изменений физико-химических характеристик перерабатываемого природного фосфорсодержащего сырья фосфори-тоносного бассейна Каратау и утилизации на целевой продукт.

Современный агропромышленный комплекс, по ряду объективных и субъективных причин не в достаточно полной мере использует минеральные удобрения в течение последних лет. Это повлекло за собой истощение земельных угодий фермерских хозяйств среднего и малого бизнеса, а также индивидуального частного сектора, повышение засоленности и кислотности почвенного покрова, снижение качества продукции сельскохозяйственных культур и их количественного съема.

На 1 т ЭФК, получаемой из тонко молотых фосфоритов Каратау с использованием серной кислоты, образуется около 6 т промытого фосфогипса, удельная поверхность которого колеблется от 0,15 до 0,24 мм2, при влажности около 40 %.[3-6].

За период эксплуатации завода по производству экстракционной кислоты и минеральных удобрений в Республике Казахстан с середины 1960 годов, в отвалохранилище накопились десятки миллионов тонн фосфогипса. Это требует разработки эффективного способа утилизации данного вида

отхода. На сегодняшний день основным способом утилизации фосфогипса является складирование его в отвалохранилищах. Это оказывает негативное влияние на окружающую среду из-за пыления и повышения степени загазованности атмосферного воздуха в жаркую погоду парогазовой смеси, а также вымывания осадками из фосфогипса вредных веществ, которые загрязняют подземные и поверхностные воды, почвенно-растительный покров.

Помимо загрязнения окружающей среды фос-фогипс наносит большой экономический ущерб, поскольку до 10 % себестоимости фосфорной кислоты приходится на затраты по его транспортировке и хранению, занимая значительные площади земель, остро необходимые сельскому хозяйственному сектору экономики [6-8].

Экспериментальная часть

Для проведения исследований и изучения химического, минералогического, рентгенофазового

анализа свойств и состава фосфогипса были отобраны представительные пробы со старого и нового отвалохранилища ТОО "Казфосфат". Данные элементного анализа химического состава на основе нормативно-технические документации проводили при температуре 22оС и относительной влажности окружающей среды 64%. Съемку дифрактограмм производили на аппарате D8 Advance (Bruker), а-Cu. Обработка полученных данных дифрактограмм и расчет межплоскостных расстояний осуществляли с помощью программного обеспечения EVA, с расшифровкой проб и поисук фаз по программе Search/match с использованием Базы порошковых дифрактометрических данных PDF-2.

Результаты и их обсуждение

Визуальным осмотром показал, что внешне фосфогипс с нового отвала ТОО «Казфосфат» аналогичен фосфогипсу старого отвала, и они являются светло-серыми порошками (рис.1).

Рисунок 1 - Гипс в фосфогипсе, увел. 100, ник+.

Результаты элементного анализа фосфогипса как со старого, так и с нового отвалохранилища

ТОО "Казфосфат", проведены в соответствии с существующими нормативно-техническими доку-ментациями и представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Химический состав фосфогипса со старого отвалохранилища

Фактические* зна-

№ Наименование определяемых характе- чения по результа- НД на методы ис-

п/п ристик, единицы измерении там испытании пытаний

1 Массовая доля бора, % 0,009 -

2 Массовая доля калия, % 0,13 ГОСТ 5382-91

3 Массовая доля кальция, % 17,55 ГОСТ 4013-82

4 Массовая доля магния, % 0,028 ГОСТ 5382-91

5 Массовая доля марганца, % 0,0029 ГОСТ 5382-91

6 Массовая доля мышьяка, % 0,0025 ГОСТ 23581.9-79

7 Массовая доля фосфора, % 0,35 ГОСТ 5382-91

8 Массовая доля фтора, % 0,5 ГОСТ 5382-91

9 Массовая доля оксида фосфора, % 0,80 ГОСТ 5382-91

10 Массовая доля оксида калия, % 1,79 ГОСТ 5382-91

Таблица 2

Химический состав фосфогипса с нового отвалохранилища_

Фактические* значе-

№ Наименование определяемых характери- ния по результатам НД на методы испы-

п/п стик, единицы измерении испытаний таний

1 Массовая доля бора, % 0,008 -

2 Массовая доля калия, % 0,14 ГОСТ 5382-91

3 Массовая доля кальция, % 19,42 ГОСТ 4013-82

4 Массовая доля магния, % 0,036 ГОСТ 5382-91

5 Массовая доля марганца, % 0,003 ГОСТ 5382-91

6 Массовая доля мышьяка, % 0,004 ГОСТ 23581.9-79

7 Массовая доля фосфора, % 0,30 ГОСТ 5382-91

8 Массовая доля фтора, % 0,60 ГОСТ 5382-91

9 Массовая доля оксида фосфора, % 0,69 ГОСТ 5382-91

10 Массовая доля оксида калия, % 0,61 ГОСТ 5382-91

Анализ таблиц 1 и 2 показывает, что значительных различий почти по всем компонентам кроме бора и оксида калия не наблюдается.

Под микроскопом в иммерсионной среде установлено, что проба фосфогипса со старого отвала более чем на 85-90% состоит из гипса, минерала моноклинной сингонии с показателями преломления ^ =1.529, ^ =1.520. Проба характеризуется бесцветными ромбическими кристаллами. В небольшом количестве отмечается наличие кварца и возможно бассанита, полугидрата установленного рентгенофазовым методом анализа. В аншлифе, в знаковых значениях, присутствуют медьсодержащие минералы, такие как медь металлическая, халькозин, борнит и пирит.

Фосфогипс с нового отвала, как указано выше, внешне светло-серый порошок пробы аналогичный фосфогипсу со старого отвала. Под микроскопом установлено, что его состав совершенно идентичен и соответствует данным, определенным рентгено-фазовым анализом. Рудная часть пробы также аналогична пробе фосфогипса со старого отвала. Рудные минералы представлены пиритом, медью металлической, халькозином, борнитом и халькопиритом.

Данные полученные, в ходе минералогических и рентгенофазовых исследований фосфогипса со старого и нового отвалохранилищ, представлены в таблицах 3 и 4, а также на рисунках 2 и 3.

Таблица 3

Минералогический состав фосфогипса со старого отвалохранилища_

Проба Наименование компонента Химическая формула Содержание, %

РББ 36-0432 Гипс CaSÜ4 2H2O 87,93

РББ 79-1906 Кварц SiÜ2 9,10

РББ 00-047-0964 Бассанит CaSÜ4 0.67H2 Ü 2,97

Таблица 4

Минералогический состав фосфогипса с нового отвалохранилища_

Проба Наименование компонента Химическая формула Содержание, %

РББ 36-0432 Гипс CaSÜ4 2H2Ü 85,04

РББ 79-1906 Кварц SiÜ2 10,58

РББ 00-047-0964 Бассанит CaSÜ4 0.67H2 Ü 4,38

2Theta (Coupled TwoTheta/Theta) WL=1,54060 Рисунок 2 - Рентгенофазовый анализ фосфогипса старого отвалохранилища

2Theta (Coupled TwoTheta/Theta) WL=1,54060 Рисунок 3 - Рентгенофазовый анализ фосфогипса с нового отвалохранилища

Анализ литературных источников позволил выявить ряд направлений, по которым можно использовать много миллионные тонны фосфогипса. Их можно применять в качестве наполнителя в бумажном производстве, при получении цементов, как регулятора сроков схватывания сульфоминеральных цементов, в виде заменителей природных ресурсов при

строительстве автомобильных дорог и т.д. [4-9]. Следует отметить тот факт, что не имеется сведений по применению их в промышленных масштабах. Поэтому, одним из направлений исследований является получение тукосмеси из твердых отходов различных предприятий экономики.

Заключение

Анализ полученных результатов, приведенных в таблицах 3 и 4 показывает незначительное различие по всем компонентам на 1,5-3%. Это может быть объяснено процессом измельчения, прошедшего в объеме исследуемых проб фосфогипса со старого отвалохранилища в результате более 40 летнего периода хранения.

Выводы

1. Накопленные запасы фосфогипса в отвалах предприятий по оценкам экспертов составляют около 140 млн. т., при ежегодном увеличении на 14 млн.т.

2. Выявлено что, на 1 т экстракционной фосфорной кислоты, получаемой из фосфоритов бассейна Каратау с использованием серной кислоты, образуется около 6 т промытого фосфогипса, удельная поверхность которого колеблется от 0,15 до 0,24 мм2 и с влажностью около 40 %.

3. На современных приборах физико-химических методов анализа последнего поколения проведены исследования физико-химических характеристик и свойств фосфогипса как со старого, так и с нового отвалохранилища. Определено, что существенных различий в химических и минералогических составах не имеется.

4. Рентгенофазовым анализом фосфогипса установлено, что в старом и новом отвалохранилище содержится: гипса Са804 ••2Н2О - 87,93% и 85,04%; кварца SiO2 - 9,10% и 10,58%; бассанита CaSO4 --0.67Н2 О - 2,97% и 4,38% соответственно.

5. Отходы различных предприятий наносят невосполнимый ущерб не только окружающей

среде, но в то же время могут служить хорошим сырьем для производства минеральных удобрений и тукосмесей, содержащих макро- и микроэлементы.

Список литературы

1. Ильин А.П. Современные проблемы химической технологии неорганических веществ. Иван. гос. хим. технол. ун-т. - Иваново, 2011. - 133 с.

2. Под ред. проф. К.Т. Жантасова - Технологическое оснащение производства желтого фосфора / Под ред. проф. К.Т. Жантасова - Шымкент, 2013.437 с.

3. Vanden Nest T., Ruysschaert G., Vandecasteele

B., Cougnon M., Merckx R., Reheul D. P availability and P leaching after reducing the mineral P fertilization and the use of digestate products as new organic fertilizers in a 4-year field trial with high P status // Agriculture, Ecosystems & Environment. -2015. -№202. -P. 56-67.

4. М.А. Ахмедов, Т.А. Атакузиев Фосфогипс. Исследование и применение. Ташкент. Изд. Фан. Уз. ССР. 1980

5. Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. -М.: Транспорт, 2013. - Ч 1, Ч2. - 368 с.

6. Б.В. Левин, В.В. Талалай, С.А. Коротков-ский, А.В. Шибанов Дорожные инновации с применением фосфогипса полугидрата. Мир дорог,

7. Фосфогипс и его использование. В. В. Ива-ницкий, П. В. Классен, А. А. Новиков, С. Н. Стонис,

C. Д. Эвенчик, М. Е. Яковлева 1990 г. — 224 стр.

8. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Проблемы промышленной переработки фосфогипса в РФ, Состояние и перспективы. // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 6-2. - С. 273-276

9. Строительство автомобильных дорог /Под ред. Проф. В.В. Ушакова и доц. В.М. Ольховикова -М.- Кнорус, - 2020 - 572 с

RADIATION SAFETY STATUS IN THE HOUSING ESTATE PEREMOHA -2 IN DNIPRO CITY

Pylypenko O., Karasiov O., Rybalka K., Kreknin K.

Prydniprovs'ka State Academy of Civil Engineering and Architecture

Abstract

In Ukraine, the regulatory documentation on rules for radiation safety of product quality in construction operations, is carried out on the base of modern concept of human radiation safety and ICRP recommendations (International Commission on Radiological Protection). The concept developed by Commission on Radiological Protection serves as the basis for simple human radiation safety from each type of anthropogenic source of ionizing radiation. In accordance with ICRP recommendations, the basic requirements for aspects of the anthropogenic environment that affect the formation of the total dose to the population of the city Dnipro, have been determined.

Keywords: radiation safety, radiation-hygienic parameters, premises of houses, housing facilities, gamma radiation, ionizing radiation sources.

The radiation safety status of the housing estate Peremoha -2 in the city of Dnipro is considered, namely: housing facilities consisting of one-, two- and three-room flats and private one-, two- and three-storey buildings, as the major source of radiation exposure on the person spending his/her free time in their premises,

as well as office administrative, entertaining and shopping capacities that also affect a person during the work or leisure.

The measurement procedure is presented, the optimal algorithm for practical and field measurements is determined, the data are analyzed and comparative