CC BY
17
THE CURRENT STATE OF ECOLOGICAL PROBLEMS AND LIFE
SAFETY 1 2 Zhumatayeva S.B. , Zhantasov K.T. (Republic of Kazakhstan),
Lavrov B.A.3 (Russian Federation),
Mamytbekova S.A.4, Zhantasova M.K.5 (Republic of Kazakhstan)
Email: Zhumatayeva576@scientifictext.ru
1Zhumatayeva Saltanat Bekdauletovna - Candidate for a doctor's degree; 2Zhantasov Kurmanbek Tazhmakhanbetovich - Doctor of Technical Sciences, Academic, Professor, DEPARTMENT LIFE SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION, SOUTH KAZAKHSTAN STATE UNIVERSITY NAMED AFTER M. AUEZOV, SHYMKENT, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN; 3Lavrov Boris Aleksandrovich - Doctor of Technical Science, Professor, Head of Department, DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF ELECTROTHERMAL AND PLASMA-CHEMICAL PRODUCTION, SAINT-PETERSBURG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, SAINT-PETERSBURG; 4Mamytbekova Saule Asetovna - Teacher, SCHOOL № 36 NAMED AFTER KAZBEK BI; 5Zhantasova Madina Kurmanbekovna - Teacher, SCHOOL № 20 NAMED AFTER TITOV, SHYMKENT, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the aim of this work dealt with the issues on waste industrial and mining enterprises, formed in the technological process of production, preparation and processing of raw materials into target products, in particular off-balance, off-grade content P2O5, phosphate-siliceous and carbonate - cramento phosphate ores of the Karatau basin in the Republic of Kazakhstan, phospholipase, a technology the cost of obtaining extraction phosphoric acid (EFA) by the leaching of sulfuric acid phosphorus by the dehydrate method.
Keywords: industrial waste, ecology, phosphogypsum, off-balance ores, chemical composition, mineral fertilizers, phosphorite fines, utilization ofphosphogypsum.
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Жуматаева С.Б.1, Жантасов К.Т.2 (Республика Казахстан), Лавров Б.А.3 (Российская Федерация), Мамытбекова С.А.4, Жантасова М.К.5 (Республика Казахстан)
1Жуматаева Салтанат Бекдаулетовна - докторант; 2Жантасов Курманбек Тажмаханбетович - доктор технических наук, академик, профессор, кафедра безопасности жизнедеятельности и защиты окружающей среды, Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент, Республика Казахстан; 3Лавров Борис Александрович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, кафедра технологии электротермических и плазмохимических производств, Санкт-Петербургский технологический университет, г. Санкт-Петербург; 4Мамытбекова Сауле Асетовна - учитель, школа № 36 им. Казбек Би; 5Жантасова Мадина Курманбековна - учитель, школа № 20 им. Титова, г. Шымкент, Республика Казахстан
Аннотация: приведены сведения об отходах производственных и горнодобывающих предприятий, образующихся в технологических процесса добычи, подготовки и переработки сырьевых компонентов на целевое продукты, в частности забалансовых,
некондиционных по содержанию Р2О5, фосфатно-кремнистых и карбанатно-креминсто фосфатных рудах бассейна Каратау Республики Казахстан, фосфогипсе, являющимся технологической издержкой при получении экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) методом выщелачивание фосфора серной кислоты дигидратным методом. Ключевые слова: отходы производств, экология, фосфогипс, забалнсовые руды, химический состав, минеральные удобрения, фосфоритная мелочь, утилизация фосфогипса.
Введение
На современном этапе развития общества вопросы экологии и улучшения благосостояния человека приобретает первостепенные значение не только в Республике Казахстан, но и за ее пределами. Это обстоятельство может усугубляется и тем, что отходы химической, металлургической, нефтехимический, горнодобывающей энергетический, строй индустрии экономики государств не в полной мере.
Мере ощущает невидимый и фронт воздействия на окружающую нас среду газообразных, жидких и твердых веществ.
Все эти вышеназванные отрасли экономики тесно связанны с агропромышленным комплексом включающих овощи и плодоводства, птицеводство, животноводство, растениеводство.
Так, например, если взять химическую промышленность, включающую фосфорная производства минеральных солей, удобрений кислот особенных веществ, комплексных соединений и единичных продукции, то от добычи сырья до получение целевого продукта образует много миллионных техногенных отходы, твердых материалов в виде забалансовых руд, отсевов мелочи некондиционного по гранулометрический состав, пылевых выбросов, шлаков и других материалов.
Техногенные отходы следует считать вредными в широком смысле, поскольку все они представляют собой результат механического, физико-химического или химического изменения исходных биосовместимых природных комплексов. В узком смысле вредными следует считать отходы, оказывающие резко негативное влияние непосредственно на человека, животные и растительные организмы и на среду их обитания. Техногенные отходы следует отличать от опасных, токсичных и супертоксичных выбросов. Это совершенно необходимо, поскольку глубина техногенного вмешательства в природу достигла в настоящее время столь огромных масштабов, что становится все сложнее контролировать ежегодное поступление и прогнозировать воздействие на окружающей сотен тысяч новых синтетических соединений и материалов.
Обсуждение
В качестве фосфор содержащего сырья применяет фосфориты различных месторождений, как восстановитель металлургический поле и в виде флюсующий добавки кварциты. Необходимая температура около 16000С достигается за счет применения электрической энергии в пределах13-15 мВт на 1 тонну фосфора в зависимости от перерабатывающий сырья [4].
Термохимический способ производства фосфорной кислоты основан на протекании реакции 4Са5(РО4^ + 10 С + 21 SiO2 = 6 Р2 + 20 CaSiO3 + 10 СО + SiF4, осуществляемой в специальных рудотермических печах при температуре около 16000С. При этих условиях образуется газообразный фосфор, который конденсируют и направляют на склад где хранят под водой в емкостях фосфор окисляют, и полученный Р2О5 растворяют в водном растворе или в слабый кислоты гидратами. При этом образуется ортофосфорная кислота:
Р2О5 + 3 Н2О = 2 Н3РО4 (1)
Преимуществом этого метода является простота аппаратурного оформления и возможность получение чистой фосфорной кислоты, который практически не содержащей примеси твердых продуктов. Основными недостатками процесса является:
- значительный расход материально энергетические ресурсы электроэнергии необходимостью применение двух химически противоположных процессов -восстановления Р+5 ^ Р0 и окисления Р0 ^ Р+5.
20
Гидрохимический способ производства Н3РО4 основан на эффективном процессе сернокислотной экстракции апатитов и фосфоритов:
Са5(РО4)3ОН + 5 Н^О4 = 3 Н3РО4 + 5 CaSO4 + Н2О (2) Са5(РО4^ + 5H2SO4 = 3Н3РО4 + 5 CaSO4 + ОТ (3) Реакции протекают без осложнений, и основные затруднения связан со значительным наличием примесей ценных компонентов, которые необходимо извлекать из исходного фосфорного сырья или из образовавшихся «хвостов» процесса экстракции нагреваемого фосфогипсом [2].
Основным компонентом отходящих газов на равне фосфит оксидами углерода и др. проведение обоих способов получения фосфорной кислоты является при термохимическим он улетучивается в виде SiF4, а при гидрохмическим сложным путем экстракции - в виде фтористого водорода ( Юкип = 19,50С ). Фтор широко применяются в различных отраслях экономики и в ядерной энергетике, в производстве полимерных материалов, фреонов, стекла и керамики. В производстве Н3РО4 из отходящих газов тетрафторид кремния и фтористый водород извлекают щелочной абсорбцией в насадочных распылительных или циклонных различных абсорбционных колонах. При применении известкового молока абсорбция ОТ не вызывает осложнения:
Са(ОН)2 + 2 ОТ = СаР2 + Н2О, (4) а тетрафторид, наряду с кристаллическим осадком гексафторосиликата кальция, образует аморфный гидрат кремния:
2 Са(ОН)2 + 3 SiF4 = 2CaSiF (5) Фосфорную кислоту получают из сложного, многокомпонентного фосфорсодержащего сырья, при переработке которого образуются в виде твердых жидких и газообразных веществ [8, 9]. Разработка методов их утилизации составляет значительную часть научной тематики лабораторий Кольского филиала РАН и Санкт-Петербургской горной академии Российской Федерации. Мировые запасы фосфорсодержащего сырья, составляющего не более 26,2 млрд. т, представлены в основном фосфоритами Са3(РО4)2, фтороапатитом Са5(РО4)^ и гидроксоапатитом Са5(РО4)3ОН . Годовое потребление этого сырья в количестве - 150 млн т, из которых 90% расходится на производство удобрений и пестицидов [1].
Общий мировые количество производимой фосфорной кислоты Н3РО4 при переработке фосфатного сырья составляет около 20 млн т/год и из которого 90% - гидрохимическим и 10% получают термохимическим способами [1, 2].
При проведении горнодобывающих работ, а также при термической и при химической переработке фосфоритного сырья образуются твердые, жидкие, газообразные отходы от технологических процессов.
В иных случаях количество образования твердых отходов составляет многомиллионные объемы, которые загрязняют окружающую среду и снижают площади посевов и хозяйственных площадок.
К твердым и жидким отходам производства фосфора и фосфогипса можно отнести фосфорные шлаки, фосфогипс, ферофосфор, котерельную пыль, фосфорные кислоты и ее водную суспензии газообразование соединения воды фосфора, сероуглерода, образующегося при производстве фосфора электротермическим и химическим методами [3, 4].
Все эти техногенные отходы наносят невосполняемый ущерб фауне и флоре окружающей среды, а также человечеству и животным. Это объясняется тем, что мелкодисперсное соединение газобразных выбросов осаждается на растениях и деревьях, сточных водах, также попадая в поверхностные слои почвы, а затем в состав растений и трав им, которыми питаются птицы, крупный и мелкий рогатый скот, мясо которых мы употребляем в пищу, в составе которых появляются тяжелые металлы и токсикологические соединения.
При химической переработке фосфоритов путем сернокислотной экстракции получают фосфорную кислоту в технологическом процессе образуется, большие количества малорастворимого сульфата кальция называют фосфогипсом и который аккумулирует определенную часть целевых продуктов - фтора и фосфора. В настоящее время ежегодное
21
производство фосфогипса во всем мире составляет около 160 млн т, из которых 40 млн т (25%) производится в США. Производство растет во всем мире и может достичь 200-250 миллионов тонн в течение следующего десятилетия или двух. Общий объем производства фосфогипса до 2006 года оценивается примерно в 6 млрд т, из которых 2,2 млрд т (37%) было произведено в США [5].
Концентрация большинства микроэлементов в фосфогипсе значительно ниже, чем в исходной породе, даже с учетом того, что при переваривании 1 т породы обычно образуется 1,46 т фосфогипса. Это означает, что микроэлементы имеют тенденцию мигрировать вместе с фракцией Р2О5 фосфорная кислота. В фосфогипсе и его поровой воде присутствуют небольшие количества радиоактивных элементов, таких как радий и уран, и (нерадиоактивных) тяжелых металлов, таких как мышьяк, барий, кадмий, хром, свинец, ртуть, селен и серебро, а также фитотоксический фторид и алюминий [6 ].
Отходы фосфогипса не только Казахстане, но в России составляют десяти миллионов тонн и накапливаются быстрее, чем утилизируются. Объемы их переработки достигают не более 3%. Поэтому более актуальной, чем переработка, является проблема его удаления и складирования, однако, тесно связана с необходимостью обезвоживания и сушки. Но эти процессы также слишком дороги в применении к решению задачи, несвязанной с извлечением ценных компонентов [7].
Поэтому в реальных условиях производства ограничиваются устройством шламохранилищ, прудов-отстойников и отвалов, на которые пульпа фосфогипса подается с помощью гидротранспорта или во влажным состояний авто транспортом [10, 11]. При решении этой задачи возникает ряд проблем, требующих решения: обратный забор естественно обезвоженного и подсушенного осадка сильно затруднен; абразивное действие осадка вызывает коррозию и разрушение насосов и трубопроводов; склады хранилища фосфогипса являются экологически опасными объектами. Выводы
Даны представления о химизмах, протекающих при электротермическом в присутствии носителя и флюса а также химическом с применяющим H2SO4 методах извлечения фосфора из фосфосодержащего сырья.
Утилизация и применение фосфогипса, как бережное отношение к ресурсам за счет сокращения количества отходов и вторичных материалов, сокращение площадей хранения промышленных отходов в производственных регионах, внедрение новых промышленных и инновационных технологий, повышение качества сырья, ресурсов за счет их рационального и комплексного применения, позволяет создать надежный механизм функционирования различных отраслей строительной экономики и решить экологические проблемы промышленных регионов нашей страны.
Список литературы /References
1. Поташников Ю.М. Утилизация отходов производства и потребления Учебное пособие. Тверь.: Издательство ТГТУ, 2004. 107 с.
2. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот, ч. I, изд. 4-е исп. Л. Изд-во «Химия», 1974. 792 с.
3. Вольфкович С.И. и др. Гидротермическая переработка фосфатов на удобрения и кормовые средства. М: Химия, 1964. 172 с.
4. Ван Вазер Джон. Перевод с английского под редакцией к.т.н. А.И. Шерешевского М.: «Издательств иностранной литературы», 1962. 688 с.
5. Radiation protection and managmaent of norm results in the phosphate industry safety reports series. No. 78 International atomic energy agency Vienna, 2013.
6. Эвенчик С.Д., Бродский А.А. Технология фосфорных и комплексных удобрений. М.: Химия, 1987.464 с.
7. Механтьева Л.Е. Профилактика негативного воздействия производства минеральных удобрений на окружающую среду и здоровье населения. 14.00.07 - Гигиена. Диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук. 17 январь 2003 г.
8. Жантасов К.Т. и др. Технология оснащение производства фосфора, 2014. 444 с.
9. Жантасов К.Т., Искандиров М.З. и др. под ред. профессора Шалатаева. Технологии добычи и обогащение, 2018.
10. Копылов Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Л.Химия, 1981. 224 с.
11. Хорошавин Л.Б. Основные технологии переработки промышленных и твердых коммунальных отходов [учеб. пособие] / Л Б. Хорошавин, В.А. Беляков, Е. А. Свалов; [науч. ред. А.С.Носков]; М-в образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. 220 с.
