Способ переработки фосфогипса электротермической плавкой

(51) 01 31/32 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ кальцийсодержащей продукции - сортового гостированного карбида кальция и извлечением фосфора в технологический газ. Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки фосфогипса электротермической плавкой с переводом серы в технологический газ в виде 2, процесс проводят в присутствии кокса, угля и известняка с подачей пылевидного кокса в ванну печи через полый токоподводящий электрод, с загрузкой остальных компонентов (смесь фосфогипса, угля и известняка) на колошник при следующих соотношениях компонентов(коксуголь)/фосфогипс 0,6-0,7 кокс/уголь 1-3 известняк/(коксуголь)0,22-0,33. Изобретение позволяет получить из фосфогипса товарную продукцию - сортовой карбид кальция с переводом фосфора в технологический газ.(72) Шевко Виктор Михайлович Капсалямов Бауыржан Ауесханович Калашников Евгений Яковлевич Колесников Александр Сергеевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФОГИПСА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАВКОЙ(57) Изобретение относится к области химической промышленности, в частности к способам переработки фосфогипса электротермической плавкой способом. Задачей изобретения является - создание способа переработки фосфогипса посредством его электротермической плавки с получением товарной 20512 Изобретение относится к области химической промышленности, в частности, к способам переработки фосфогипса электротермической плавкой. Известен способ переработки фосфогипса посредством его термического разложения в присутствии восстановителя при температуре 13001350 С в барабанных печах или при температуре 1160-1170 С с использованием печей кипящего слоя. Фосфогипс и его использование /Иваницкий В.В, Классен П.В., Новиков А.А. и др. - М. Химия. 1990 - с.224 Продуктами являются фосфоизвесть и газы, содержащие 2. Недостатком процесса является их многостадийность, сложность и ненадежность в эксплуатации необходимо тщательно поддерживать состав шихты, состав газовой фазы и температуру материала в печах во избежание спекания и образования настылей (т.к. практически все компоненты, входящие в состав фосфогипса, а также полученные при его термическом разложении, образуют эвтектики с температурой плавления 700-800 С). Кроме того, получаемая фосфоизвесть более пассивна, в сравнении с известью, получаемой при обжиге известняка(вследствие образования силикатов и алюминатов). Наиболее близким техническим решением способа переработки фосфогипса является электротермический способ плавки фосфогипса с получением технологического газа, содержащего оксид серы(который может быть переработан на серную кислоту), и силикатного расплава. А.с. 1084245 СССР, кл. - 01 17/50, Опубликован 07.04.84 Электротермическая плавка фосфогипса проходит при температуре 1450-1500 С в соответствии с реакцией 42220,52. Печной газ с содержанием 40 2 идет на получение серной кислоты,а кальцийсодержащий расплав,преобладающим соединением в котором является 2,после охлаждения может быть использован в качестве добавки к портландцементному клинкеру с получением стандартного шлакопортландцемента. Недостатками способа являются- получение при электроплавке не конечной продукции, а промежуточного продуктасиликатного шлака, который требует затрат на грануляцию и складирование перед отправкой на цементные заводы.- полный переход фосфора в шлак, что значительно ограничивает сферу применения шлакопортландцемента, в состав которого входит шлак, т.к. из него возможно выделение ядовитого газообразного фосфина (РН 3). Задачей изобретения является разработка способа переработки фосфогипса посредством его электротермической плавки с получением товарной кальцийсодержащей продукции сортового соответствующего ГОСТу карбида кальция и извлечением фосфора в технологический газ. Поставленная задача решается тем, что в способе переработки фосфогипса электротермической 2 плавкой, с переводом серы в технологический газ в виде 2, согласно изобретению, процесс проводят в присутствии кокса, угля и известняка с подачей пылевидного кокса с азотом в ванну печи через полый токоподводящий электрод, с загрузкой остальных компонентов шихты (смесь фосфогипса,угля и известняка) на колошник при следующих соотношениях компонентов(коксуголь)/фосфогипс 0,6-0,7 кокс/уголь 1-3 известняк/(коксуголь)0,22-0,33. Решение поставленной задачи опирается на следующие положения. Общее уравнение,описывающее получение карбида кальция из 4 с выделением 2, имеет вид 44 ССаС 222.(1) С термодинамической точки зрения эта реакция возможна при Т 1230 С. Однако в системе 4 4 С в одну стадию карбид практически не образуется в виду образования сульфида кальция при температуре 451,6 С. При температуре 1500 С реакция 44 С 4(2) имеет величину изменения энергии Гиббса-171,1 кДж/моль 4. Поэтому для получения карбида кальция и 2 из фосфогипса необходимо провести полную десульфуризацию фосфогипса, а затем организовать получение карбида кальция. СаО из 4 можно получить (по расчету изменения энергии Гиббса -) по реакциям 40,520,52 4 ССаО 2 СО 422 4 Н 2 СаО 2 Н 2 О 44 СН 44 СаО 422 Н 2 ОСО 2 24244.(реакции 3-4) характеризуется небольшой скоростью (в виду ограничения числа контактов). Поэтому предпочтение следует отдать реакциям 5,6, 7 с использованием газообразных восстановителей (Н 2, СО, СН 4). Десульфуризация 4 может протекать также в присутствии СО 2, Н 2 и 3 по известной реакции 423 Н 20,5 О 2 СО 22(4)243 (9) с образованием сульфата аммония в верхних горизонтах печи, который устойчив до температуры 514 С. Кроме того, СО 2 при температуре более 1100 С способен разлагать 3 СО 2 СаО 2 3.(10) Для реализации реакций 5-7, 9-10 необходимо использовать восстановитель, содержащий углерод,летучие и азот. Таким требованиям отвечает некоксующийся,малозольный уголь Шубаркульского месторождения со значительным содержанием летучих, и стандартный известняк,способный при Т 900 С выделять СО 2. Образующийся в верхних горизонтах СаО(вследствие восстановления 4 и разложения СаСО 3), попадая в нижние горизонты печи (в подэлектродную область), начинает взаимо 20512 действовать с углеродом кокса с образованием товарного продукта- карбида кальция СаО 3 ССаС 2 СО.(11) Причем кокс необходимо подавать в нижние горизонты печи (в реакционную зону) в пылевидном состоянии через полости в электроде при помощи азота, который совместно с водородом угля в верхних горизонтах печи (в температурной зоне 200-400 С) способствует разложению 4 по реакции 424 Н 20,5 О 2 СО 2(4)243 (12) Высокая температура получения карбида кальция(1800-2000 С) способствует практически полному восстановлению фосфора из остаточных Са 3(РО 4)2,Н 3 РО 4 и перехода его в газовую фазу по реакциям Са 3(РО 4)25 С 322 3(О 2) 5 13) 2 Н 3 РО 483 Н 2 Р 28 СО.(14) Способ осуществляют следующим образом шихта составлялась из фосфогипса, известняка,шубаркульского угля, кокса, имеющих следующий состав, мас. фосфогипс - 31,5 СаО 42,32 18,12 6,72 0,4 А 12 О 3 0,23 1,1 Р 2 О 5 0,1 известнякСаСО 3 97,6 2 1,2 А 12 О 3 0,5 23 0,40,3 шубаркульский уголь- 35-44 Ас 4-8 12-14 С 72-76 5-6/ 0,3-0,5 24-27 7200-7400 ккал/кг, со следующим химическим составом золы угля 54-572 252923 8-11 е 2 О 3 4-52322 0,05-0,2 Р кокс- 12,5 Ас, 87,5 С. В процессе переработки фосфогипса на карбид кальция важное значение имеет способ подачи восстановителя (кокса и угля), поэтому подачу восстановителя осуществляли различными способами А - с шихтой Б - уголь и кокс через полый электрод В- уголь с шихтой, кокс через полый электрод. После составления шихты,шихтовые компоненты размалывали и окатывали,применяя в качестве связующего известковое молоко. Сырые гранулы просушивали при температуре 1305 С в течение 1,5 часов с получением гранул размером 5-10 мм, влажностью 3-5. Подготовленные окатыши массой 5 кг порциями загружали в предварительно разогретый электрической дугой графитовый тигель диаметром 15 см и высотой 20 см. Тигель устанавливали на подину электрической однофазной, одноэлектродной печи. Диаметр графитового электрода составлял 60 мм. В графитовом электроде имелось отверстие 15 мм, для подачи через него в ванну печи смеси из азота с восстановителем. Печь питалась от однофазного печного трансформатора марки ОСУ 80, с терристорным регулятором мощности. Мощность печи регулировалась от 0 до 30 кВт. Продолжительность плавки от загрузки шихты до выключения печи составляла 60 мин. После проведения электроплавки определяли массу карбида кальция, затем на специальной установке замеряли литраж получаемого карбида кальция (т.е. количество ацетилена,образующегося при взаимодействии 1 кг карбида кальция с водой). Кроме того, в карбиде кальция определялось содержание фосфора, а в ацетилене - содержание РН 3. По этим показателям в соответствии с ГОСТ 1460-81 определялось качество продукта. Опыты показали, что из гранулированной шихты(фосфогипса, известняка, кокса и угля) с подачей ее в электропечь на колошник формируется карбид кальция с литражом 60 - 90 л/кг, т.е. не обладающий сортностью (опыты 1-4). Это связано с тем, что наличие кокса в верхних горизонтах ванны печи приводит к интенсивному образованию сульфида кальция. При вводе восстановителя (угля и кокса) через полый электрод, качество карбида кальция несколько возрастает до 157 л/кг (опыт 5), однако он также не соответствует требованию ГОСТа. При раздельной подаче восстановителя, угля - с шихтой,т.е. с загрузкой ее на колошник, а кокса - через полый электрод, литраж карбида кальция увеличивается от 220 до 320 л/кг, что связано с тем,что в верхних горизонтах печи происходит интенсивная десульфуризация с выводом из печи в газовую фазу соединений серы и поступлением образовавшейся извести в реакционную зону, где и происходит основная реакция карбидообразования взаимодействием с поступающим из полости электрода коксом. Экспериментальный подбор соотношений шихтовых компонентов из результатов плавок,приведенных в таблице 1, показывает, что при граничных соотношениях кокс/уголь 1-3 и(коксуголь)/фосфогипс 0,6-0,7,а также известняк/(коксуголь) 0,22-0,33 получается карбид кальция с литражом 265-270 л/кг, т.е. соответствующий по качеству -сорту (опыты 1118). При соотношениях за пределами вышеотмеченных соотношений образуется карбид кальция низкого качества (опыты 6-10). В случае,если шихта составляется при соотношениях между этими пределами, получаемый продукт обладает литражом 285 л/кг, т.е. отвечает карбиду кальцияи высшего сорта (опыты 19, 20). Наряду с получением сортового карбида кальция по литражу, содержание фосфора в карбиде кальция составило от 0,01 до 0,02. Содержание серы в карбиде изменялось от 0,5 до 0,9. По содержанию серы в карбиде (1,2) и РН 3 в ацетилене (0,060,08 об.) полученный карбид соответствует ГОСТ 1460-81. Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет получить из фосфогипса товарную продукцию - сортовой карбид кальция с переводом фосфора в технологический газ. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки фосфогипса электротермической плавкой с переводом серы в технологический газ в виде 2, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии кокса, угля и известняка с подачей пылевидного кокса с азотом в ванну печи через полый токоподводящий электрод, с загрузкой остальных компонентов шихты фосфогипса, угля, известняка, на колошник при следующих соотношениях компонентов коксуголь/фософгипс 0,6-0,7 кокс/уголь 1-3 известняк/коксуголь 0,22-0,33.