Разработка технологии переработки техногенных отходов фосфорной промышленности Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

инфраструктуры в Германии. Кроме того, предназначенный/требуемый (оставшийся) срок службы отдельных мостов непосредственно влияет на расчет динамических нагрузок, полученных от вероятностных моделей, эффект которых не рассматривается в современных проектах. Таким образом, разработка усовершенствованной концепции к дорожным и мостовым моделям нагружения может привести к заметному снижению максимальной подвижной нагрузки, которая включена в повторных анализах мостов и предоставит важную информацию в целях развития оптимизации технического обслуживания и модернизации стратегии для отдельных мостов и инфраструктуры сети. Первый численный анализ мостов с участием относительно низкого интенсивного движения ясно подтверждает, что существует значительный потенциал в принятии этой концепции.

Помимо мониторинга изменений подвижных нагрузок и/или реакций конструкций существует также несколько научно-исследовательских проектов, направленных на инновационные стратегии и прямую связь данных измерений с численными моделями, для прогнозирования фактического уровня

безопасности мостовых конструкций, оценка которых уже завершена.

Список литературы

1. С. Зонабенд С. Франц, Ц. Стейнбрик, М. Кершенштейнер. Расчет деформаций Ланталбрук Лимбург: Бетонные и железобетонные конструкции. Выпуск 2, Эрнст и Сын, Берлин.

2. Руководство по повторному анализу существующих автомобильных мостов. Федеральное министерство транспорта, Берлин, 2011.

3. Руководство по повторному анализу и оценке существующих дорожных мостов. 1 -е приложение, Федеральное министерство транспорта и цифровая инфраструктура, Берлин, 2015.

4. Г. Марзан. Перерасчет железобетонных мостов - обновленные директивы перерасчета. Эрнст и Сын, Берлин.

5. Г. Сайдл, М. Хирл, М. Мензингер. Сегментный мост Грейбельбах как составной мост без асфальта. Берлин, 2016.

6. Г. Шмидт-Тро, В. Шуфлер, О. Фишер. Измерение непрерывных волоконно-оптических деформаций для бетонных компонентов. Бетонные и железобетонные конструкции. Эрнст и Сын, Берлин, 2016.

УДК 661.638

UDC 661.638_

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ _ОТХОДОВ ФОСФОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ_

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY TECHNOLOGY PROCESSING TECHNOGENIC WASTE _OF PHOSPHORIC INDUSTRY_

Джанмулдаева Ж.К., Джанмулдаева А.К.

Dzhanmuldaeva Zh.K., Janmuldayeva A.K.

Южно-Казахстанский государственный университет им. МАуэзова, Шымкент, Казахстан

M. Auezov South Kazakhstan State University, Shymkent, Kazakhstan

РЕЗЮМЕ: Утилизация фосфорсодержащих отходов является актуальной проблемой химической промышленности. При утилизации шламов и ликвидации шламонакопителей прекратится вредное влияние отходов на почву, высвободятся большие площади под хозяйственное землепользование и расширится сырьевая база производства минеральных удобрений. В связи с этим проведены исследования по разложению фосфорсодержащих шламов серной кислотой с дальнейшим гранулированием полупродукта аммонизированным раствором фосфорной кислоты. Доказана возможность и разработана технология переработки фосфорсодержащих шламов на NPK-удобрения.

SUMMARY:

Phosphorus-containing waste utilization is a topical problem of chemical industry. The sludge is stored in sludge reservoirs located on huge ground areas. When sludge utilization and sludge reservoir liquidation the harmful waste influence on soil will be stopped and big areas will come free for economic land-utilization as well as raw material base for mineral fertilizer production will be expanded. Therefore the research of phosphorus-containing sludge decomposition by sulphuric acid with following semi-product granulation by phosphoric acid am-moniating solution has been performed. The possibility has been proved and the technology of phosphorus-containing sludge processing into NPK-fertilizers has been developed.

Ключевые слова: фосфорсодержащие отходы, серная кислота, фосфорная кислота, разложение, грануляция, гигроскпопичность, слеживаемость, NPK-удобрения.

Keywords: phosphorus-containing waste, sulphuric acid, phosphoric acid, decomposition, granulation, hygroscopic property, caking property, NPK-fertilizers.

Переработка фосфорсодержащих шламов является актуальной проблемой химической технологии. Фосфорсодержащие шламы образуются при производстве фосфора электротермическим спосо-

бом и представляют собой гетерогенную смесь, состоящую из фосфора, минеральных примесей и воды. Анализ литературных данных показал, что существуют различные способы переработки фосфорсодержащих шламов, но эффективность этих

очень низкая, они требуют дополнительных расходов и не дают возможность получить товарный продукт. В связи с эти разработка и реализация рационального и экономичного технического решения, обеспечивающего максимальную степень использования фосфорсодержащих шламов является актуальной проблемой.

В настоящее время на территориях фосфорных заводов накопилось большое количество техногенных отходов. Фосфорсодержащие шламы находящиеся в шламонакопителях имеют следующий состав: 0,02-7,94% Р4, 10,25-20,85% Р2О5общ., 4,43-8,82% Р2О5усв., 1,5-10,62% К и другие примеси. Если обратить внимание на состав шламов, то можно заметить что около 60% Р2О5общ. находится в усвоемой форме и кроме того имеется еще один питательный элемент - калий. На наш взгляд одним из перспективных методов переработки фосфорсодержащих шламов является производство из них №К-удобрений (азот-фосфор-калий) путем разложения их пониженной нормой серной кислотой с последующей грануляцией полученного продукта аммонизированным

раствором фосфорной кислоты (АРФК), что позволяет использовать техногенные отходы производства, получить ценное удобрение с низкой себестоимостью.

В связи с этим был изучен процесс разложения фосфорсодержащих шламов серной кислотой в широком диапазоне норм (60-100% от стехиометрического количества), концентраций (30-70% Н2804) и температур (25-600С). Стехио-метрическую норму серной кислоты рассчитывали на общее количество Р2О5 в шламе. Для упрощения проведения экспериментов использовали фосфорсодержащие шламы с меньшим содержанием элементного фосфора. Для проведения лабораторных исследований был использован шлам следующего состава (масс.%): 13,25 Р2О5общ., 7,23 Р2О5усв. и 3,82 К. Как видно, из состава шлама примерно 60% Р2О5 находится в усвояемой форме, кроме того в составе шлама имеется питательный элемент калий. Эксперименты, анализ продукта и расчет степени разложения проводили известными способами. Технологические параметры процесса, результаты анализов и расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Условия эксперимента, результаты анализов и расчетов

№ Концентрация серной кислоты, % Норма серной кислоты, % Температура серной кислоты, оС Р2О5 общ., % Р2О5 усв., % Степень разложения, %

1. 70 100 50 12,01 8,62 71,81

2. 70 60 50 12,51 9,20 73,52

3. 45 100 50 13,00 10,66 82,00

4. 45 60 50 13,16 10,75 81,70

5. 30 100 50 12,74 8,01 63,95

6. 30 60 50 12,92 8,12 62,90

По результатам исследований видно, что влияние концентрации серной кислоты на степень разложения фосфорсодержащих шламов неоднородно. При использовании серной кислоты с концентрацией 45%Н2804 достигается наибольшая степень разложения фосфорсодержащих шламов. Это объясняется тем, что при такой концентрации кислоты создаются благоприятные условия для роста крупных кристаллов сульфата кальция, которые в меньшей степени затрудняют доятуп кислоты к поверхности непрореагировавшего шлама. С увеличением концентрации кислоты с 45% до 70% Н2804 степень разложения уменьшается, что обьясняется малым возрастанием активности кислоты по мере увеличения ее концентрации по сравнению с увеличением сопротивления слоя кристаллов сульфата кальция, увеличением вязкости кислоты, уменьшением активности ионов водорода и уменьшением подвижности жидкой фазы.

Из данных приведенных в таблице 1 видно, что с увеличением нормы серной кислоты степень разложения фосфорсодержащих шламов возрастает. Однако, увеличение нормы серной кислоты приводит к уменьшению содержания Р2О5общ., следовательно и к уменьшению содержания Р2О5усв.. Это обьясняется взаимной компенсацией двух противо-

положных факторов: с одной стороны, с увеличением нормы серной кислоты возрастает степень разложения шламов, а с другой стороны, благодаря введению большого количества серной кислоты происходит разубоживание получаемого продукта балластным сульфатом кальция. Значит повышение нормы серной кислоты нецелесообразно как с технологической, так и с экономической точки зрения. При норме серной кислоты 60% от стехиометрии степень разложения составляет 81,7%, т.е. при смешивании и вызревании в суперфосфатной камере процесс полностью заканчивается.

Таким образом, по результатам проведенных исследований определены оптимальные условия процесса разложения фосфорсодержащих шламов серной кислотой: норма серной кислоты - 60-65% от стехиометрического количества; концентрация серной кислоты - 40-45% Н2804 и температура серной кислоты - 50-600С.

При этих оптимальных условиях был получен продукт содержащий 13,16% Р2О5общ. и 10,75% Р2О5усв. Этот продукт по составу не соответствует требованиям стандарта, поэтому с целью повышения качества продукта и соответствия его требованиям стандарта предлагаем гранулировать полученный продукт аммонизированным раствором

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 5 (50), 2018 фосфорной кислоты (АРФК), что приведет к улучшению химических и физико-химических свойств продукта, кроме того продукт обогатится еще одним питательным элементом - азотом.

С целью определения оптимального технологического режима процесса грануляции были иссе-лованы влияния различных факторов на выход товарного продукта, время окатывания гранул, химический состав и физико-механические свойства продукта. В частности, влияние количества добавки аммонизированного раствора фосфорной кислоты (АРФК), концентрациии фосфатов аммония в АРФК и массового соотношения R=NHз:P2O5 в АРФК, используемого для увлажнения полупродукта перед грануляцией.

Исследование показали, что оптимальное количество добавки АРФК (такое, когда достигается максимальный выход) очень узкий интервал, за переделами которого либо окатывание не происходит, либо идет спотанное слипание. Необходимо отметить, что с увеличением концентрации фосфатов аммония в АРФК увеличивается оптимальное его количество. Это связано с тем, что с увеличением концентрации фосфатов аммония в АРФК уо-личество влаги в нем уменьшается и для того, чтобы влажность смеси была в пределах нормы, необходимо увеличивать количество подаваемого раствора. Проведенные исследования показали, что оптимальное количество добавки АРФК составляет 30-32г на 100г порошковидного полупродукта, и концентрация фосфатов аммония в АРФК 26-28%.

Изучение влияния массового соотношения Я=КНз:Р205 в АРФК показало, что при значениях R в пределах 0,21-0,54 время окатывания гранул почти не меняется. Формирование гранул происходит в первые 5 -6 минут, а дальнейшее увеличение времени окатывания не приводит к увеличению размеров гранул. Увеличение массового соотношения R в АРФК выше 0,54 приводит к заметному сокращению времени окатывания гранул, однако при этих условиях получаются очень крупные гранулы и агломераты не соответствующие требованиям стандарта. При увеличении соотношения R в АРФК выход товарной фракции сначало повышается, а затем резко снижается. Это можно обьяснить тем, что с увеличением массового соотношения R=NH3:P205 в АРФК его связывающая способность увеличивается. Это приводит к интенсификации процесса гранулообразования и образованию крупных гранул и агломератов, что в свою очередь, приводит к усложнению регулирования процесса гранулообра-зования и снижению выхода товарной фракции.

Исследования влияния массового соотношения R=NHз:P205 в АРФК на химический состав продукта показали, что с увеличением массового соотношения R содержание Р205усв. В продукте уменьшается незначительно, а содержание Р205водн. Уменьшается весьма значительно, что обусловлено образованием дикальцийфосфата не растворимого в воде, но хорошо усвояемого растениями:

(]Ж4)2НР04 + Са804 = СаНР04 + (№4)2804 (1)

_25

Реакция конверсии сульфата кальция в сульфат аммония протекает вследствие меньшей растворимости дикальцийфосфата по сравнению с растворимостью сульфата кальция.

Результаты исселдовании показали, что соотношения R=NH3:P205 в АРФК значительно влияют на физико-механические свойства продукта. С увеличением соотношения R=NHз:P205 в АРФК гигроскопичность и слеживаемость продукта уменьшается, а прочность гранул увеличивается. Это обьяс-няется оброазованием сульфата аммония по реакции (1). Согласно литературным данным примеси сульфата аммония улучшают свойства удобрений, что связано с процессами структурообразо-вания в солевых системах, в частности, с образованием твердых растворов фосфатов и сульфата аммония.

Прочность гранул продукта с увеличением массового соотношения R=NHз:P205 в АРФК увеличивается. Это связано с тем, что с увеличением соотношения R в АРФК концентрация сульфата аммония образующего по реакции (1) возрастает, т.е. возрастает его концентрация в поверхностном слое. Это приводит к увеличению пластичности шихты и прочности образующихся между кристаллическими зернами фазовых контактов. Прочность гранул продукта в зависимости от соотношения R=NHз:P205 в АРФК составляет 1,9-3,6МПа.

Таким образом, в результате лабораторных исследований были определены оптимальные параметры процесса грануляции полупродукта: количество добавки АРФК - з0-32г. на 100г. сухого полупродукта; концентрация фосфатов аммония в АРФК - 26-28% (масс.); массовое соотношения R=NHз:P205 в АРФК - 0,52-0,54.

В этих условиях был получен продукт, содержащий, масс. %: влаги 2,80; Р2О5общ. 16,30; Р2О5усв. 15,01; Р2О5водн. 7,95; Р2О5своб. отс; N 3,65 и К 4,17. Полученный продукт обладает низкой гигроскопичностью и слеживаемостью, прочность гранул составляет 1,9 МПа.

Основные результаты и выводы:

1. Разработана технология переработки фосфорсодержащих отходов в №К-удобрения;

2. Изучен процесс разложения фосфорсодержащих отходов серной кислоты и определены оптимальные технологические параметры:

- норма серной кислоты - 60-65% от стехио-метрического количества;

- концентрация серной кислоты - 40-45% Н2804;

- температура серной кислоты - 50-600С.

3. Изучен процесс грануляции полупродукта аммонизированным раствором фосфорной кислоты и определены оптимальные технологические параметры:

- количество добавки АРФК - Э0-32г. на 100г. сухого полупродукта;

- концентрация фосфатов аммония в АРФК -26-28% (масс.);

- массовое соотношения R=NHз:P205 в АРФК - 0,52-0,54.

4. Состав продукта, полученного в резульате лабораторных исследований, масс. %: влаги 2,80; Р2О5общ. 16,30; Р2О5усв. 15,01; Р2О5водн. 7,95; Р2О5своб. отс; N 3,65 и К 4,17.

5. Результатами лабораторных исследований доказана возможность переработки фосфорсодержащих отходов на высокоэффективное NPK-удобрение с низкой себестоимостью. 6.

6. Разработанная технология является решением как экологических, так и экономических проблем химической технологии.

Литература

1. Тлеуов А.С. Утилизация отходов предприятий фосфорной промышленности / Учебное пособие. - Шымкент: ЮКГУ, 2015. - 176с.

2. Дмитревский Б.А. Свойства, получение и применение минеральных удобрений. - СПб.: Проспект Науки, 2013 - 326 с.

3. Алдашов Б.А., Лисица В.И. Инновационные технологии химической переработки фосфоритов Каратау и утилизации фосфорсодержащих отходов. - Алматы: FbrnbiM, 2006. - 248с.

4. Джанмулдаева Ж.К., Сейтмагзимова Г.М., Якубова Р.Р. Разработка технологии переработки фосфорсодержащих шламов // 3-я Украинская научно-техническая конференция «Современные проблемы технологии неорганических веществ», Днепропетровск. - 2006. - С. 61.

5. Жантасов К.Т., Франгулиди Л.Х. Исследование по получению P-K-N удобрений на основе кот-трельного молока ЖФ ТОО «Казфосфат» (НДФЗ). Вестник НАН РК. №3. - 2010. - С. 61-65.

КОМПЛЕКСНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ ВО ВЬЕТНАМЕ

Динь Конг Хынг

к.т.н. Капитан. Преподаватель кафедры "Пожарная безопасность " Института Противопожарной Службы МОБ СР Вьетнам

АННОТАЦИЯ. Систематизирован значительный материал по проблемам комплексного обеспечения безопасности сложных объектов. Рассмотрены особенности категорирования объектов защиты.

Ключевые слова: пожароопасноть, система безопасности, объект защиты, комплексное обеспечение безопасности, категории объектов защиты.

Вряд ли можно сомневаться в том, что подавляющее большинство объектов хозяйствования требует комплексного обеспечения безопасности, адекватного различным существующим угрозам [13]. Особой угрозе подвержены современные многофункциональные (в первую очередь - высотные и повышенной этажности) объекты, а также многофункциональные территориально рассредоточенные на больших площадях невысотные, т.е. средне - и малоэтажные объекты (здания, строения, сооружения, комплексы), отличающиеся архитек-турностроительной и инженерной неоднородностью, с наличием подземной среды и инфраструктуры, часто относящиеся к национальному культурному наследию [4-8].

Для таких объектов, как правило, характерна хорошо заметная эстетическая выразительность и индивидуальность, техническая насыщенность, высокая концентрация сосредоточенных ценностей и большое количество трудно контролируемых и трудно защищаемых потенциально уязвимых мест их нахождения, постоянное и временное пребывание большого количества людей из различных социальных, этнических и религиозных общественных групп, их трудно прогнозируемая и слабо управляемая поведенческая динамика.

В Вьетнаме повышенного внимания также требуют и территории с природ ноландшафтной сложностью, со значительными пожароопасными лесными и лесопарковыми массивами, со сложным рельефом местности расположения и с перепадами

высот, с наличием больших открытых водных пространств (прилегающих акваторий морей, больших озер, искусственных водохранилищ и водоемов гидротехнических сооружений, а также протяженных участков полноводных судоходных рек), с возможной геологической, сейсмической и метеорологической опасностью.

Решение проблемы комплексного обеспечения безопасности сложных объектов изначально предполагает определение спектра угроз и на этой основе формулирование перечня функциональных требований по их нейтрализации: объемно -планировочных, строительно-конструктивных, инженер-нотехнических,организационно-предупредитель-ных и планов профилактических .

При организации и проведении производственной и технической эксплуатации сложных, например, многофункциональных объектов и объектов- комплексов, непосредственный интерес представляет анализ и учёт следующих факторов [1- 8]:

- антропогенных криминального характера;

- антропогенных некриминального характера;

- техногенных;

- природно-климатических.

Антропогенными факторами криминального характера, представляющими угрозу безопасности объекта, являются:

- террористические проявления (акты) (за-