АГЛОМЕРАЦИЯ ФОСФОГИПСА В ПРИСУТСТВИИ ОТХОДОВ ДОБЫЧИ ЛЕНГЕРСКИХ УГЛЕЙ И ШУБАРКОЛЬСКОГО УГЛЯ

Ерубай Арман Аппазулы

Ph.D докторант, Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент, Казахстан

Е-mail: erubai@mail.ru

Шевко Виктор Михайлович

д-р техн. наук, профессор Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент, Казахстан

Е-mail: vm_shevko@mail.ru

AGGLOMERATION OF PHOSPHOGYPSUM IN THE PRESENCE OF A WASTE OF EXTRACTION OF LENGER COALS AND SHUBARKOL COAL

Arman Erubay

PhD student of M. Auezov South Kazakhstan state university,
Shymkent, Kazakhstan

Victor Shevko

Dr. Eng.Sciences, professor of M. Auezov South Kazakhstan state university, Shymkent, Kazakhstan

Аннотация

В данной работе приведены результаты исследований по получению агломерата из фосфогипса в присутствии отходов добычи бурых углей. Для определения оптимальных параметров агломерации фосфогипса проводилась методом планирования экспериментов с использованием рототабельных планов второго порядка. Используя полученные уравнения нами были построены поверхности откликов и их горизонтальные сечения. Приведены результаты влияния Шубаркольского угля и отходов добычи Ленгерского на содержание серы и статистической прочности агломерированного фосфогипса.

ABSTRACT

In the given work results of researches on receiving agglomerate from phosphogypsum in the presence of a waste of extraction of brown coals are presented. For definition of optimum parametres of phosphogypsum agglomeration it was conducted by a method of planning of experiments with use of rototable plans of the second order. Using the received equations surfaces of responses and their horizontal sections have been constructed. Results of influence of Shubarkolsky coal and a waste of extraction of Lengersky on the containing of sulphur and statistical durability agglomerated of phosphogypsum are resulted.

Ключевые слова: агломерация; фосфогипс.

Keywords: agglomeration; phosphogypsum

В химической, горной, добывающей, металлургической промыш­ленности образуется большое количество твердых отходов. Одним из наиболее многотоннажных отходов химической промышленности является фосфогипс — отход производства фосфорной кислоты. Так, только на ТОО «Казфосфат» в настоящее время в отвалах находится ≈ 8 млн. т фосфогипса. Несмотря на достаточно большое число работ в области переработки фосфогипса [1, 3], основная его часть вывозиться в отвалы, загрязняя окружающую среду. В данной работе приводится результаты исследований по получению агломерата из фосфогипса в присутствии отходов добычи бурых углей.

Исследования проводили на установке, схема которой приведена на рисунке 1. Основным технологическим агрегатом установки является агломерационный цилиндр внутренним диаметром 15 см и общей высотой 20 см. В нижней части цилиндра (на расстоянии 0,5 см от кромки) была установлена колосниковая решетка с отверстиями диаметром 0,4 см. Для розжига шихты установка была снабжена бензиновой горелкой. Для контроля температуры агломерации, в середине и в нижней части цилиндра имелись отверстия для ввода термопар ВР — 5—20. Разрежение под колосниковой решеткой измерялось при помощи вакумметра. Технологические газы отсасывались из цилиндра при помощи вентилятора. Очистка газов от пыли производилась в скруббере с трубой Вентури. Перед проведением опытов исходные материалы размалывались в шаровой мельнице до фракции <1 мм. Затем они перемешивались и окомковывались на чашевом грануляторе диаметром 50 см и высотой борта 15 см, до фракции 3—10 мм. При грануляции в качестве связующего использовали воду.

Рисунок 1. Схема укрупненно-лабораторной агломерационной установки
1 — компрессор; 2 — распределитель; 3 — топливный аппарат;
4 — зажигательный горн; 5 — агломерационный цилиндр;
6 — термопары; 7 — вакуумметр; 8 — КСП-4;
9 — емкость для воды; 10 — труба «Вентури»;
11 — скруббер; 12 — приемник для шлама;
13 — каплеуловитель

Скорость вращения чаши гранулятора составляла 25 об/мин. «Сырые» гранулы укладывались на постель из обожженного фосфогипса высотой 10—12 мм, находящейся на колосниковой решетке. Затем, в течение 5—7 минут происходил розжиг печи. После этого горелка отключалось и в течение 12—15 минут происходило слоевое горение шихты с удалением SO₂ содержащих газов и формированием агломерата. Об окончании слоевого горения судили по неизменности температуры отходящих газов. После охлаждения агломерата в течение 30 минут, агломерат извлекался из цилиндра и анализировался на статистическую прочность, содержание серы. Определение прочности гранул агломерата проводилось в соответ­ствии с ГОСТом 21560.2-82. Статистическая прочность агломерата рассчитывалась в соответствии с [5] по формуле:

P = F×g / S, [Н/см²]                                                  (1)

где: F — показания весов, кг;

g — ускорение свободного падения, ≈ 9,8 м/с²

S — площадь сечения гранулы, см² (для сферической гранулы S=π×R²)

r — радиус гранулы, см.

Определения оптимальных параметров агломерации фосфогипса проводилась методом планирования экспериментов с использованием рототабельных планов второго порядка [2]. В качестве независимых факторов использовали количество угля Шубаркольского месторождения % от массы фосфогипса (натуральное обозначение — ШУ, кодированное обозначение — Х₁) и количество отходов добычи угля Ленгерского месторождения, % от массы фосфогипса (натуральное обозначение — ЛО, кодированное обозначение — Х₂). В качестве независимых параметров оптимизации являлись прочность (Пр, Н/см²) и содержание серы, (S, %).

Уровни факторов и интервалы их варьирования приведены в таблице 1 а в таблице 2 план проведения экспериментов и их результаты.

Таблица 1.

Уровни факторов и интервалы их варьирования

Таблица 2.

Матрица планирования и результаты опытов по агломерации фосфогипса

На рисунке 2 приведена информация о внешнем виде спеченных агломератов и их разломы. Из рисунка 2 следует, что полученные агломераты сцементированы довольно равномерно жидкой фазой.

Рисунок 2. Внешний вид спеченных агломератов и их разломы

Используя программу [4] установили, что уравнения регрессии в кодированном виде влияния угля Шубаркольского месторождения и отход добычи Ленгерских углей на прочность и содержание серы имеют вид:

         (2)

       (3)

В нашем случае табличный критерий Фишера составляет 6,59, а расчетные значения критерия Фишера для уравнений регрессий прочности составляет 4,7842; для уравнений содержания серы — 6,5659. То есть для всех уравнений F_табл.>F_расч.. Таким образом уравнения регрессии является адекватными.

Используя полученные уравнения нами были построены поверхности откликов и их горизонтальные сечения (рисунки 3—4).

На рисунке 3 приведена информация о влиянии Шубаркольского угля и отходов добычи Ленгерского угля на содержание серы в агломерированном фосфогипсе из которого следует, что при посто­янном содержании ЛО увеличение ШУ приводит к возрастанию содержания серы, а при постоянном количестве ШУ увеличение количества ЛО приводит к уменьшению S. Причем минимальное содержание серы ≤ 0,2 % наблюдается в области АБВ, то есть в интервале ШУ от 14 до 17 % и ЛО — от 17,5 до 27 %. Необходимо отметить, что степень десульфуризации фосфогипса в области ограниченной фигурой АБВ составила 95—95,8 %.

Влияние углеродсодержащих материалов на статистическую прочность агломерированного фосфогипса показано на рисунке 4, из которого следует, что форма поверхности отклика (прочность) носит седлообразный характер с максимумом прочности (365 Н/см²) в области, описываемой плоскостью MNO, то есть изменение количества ШУ от 16,9 % до 21,3 % и ЛО от 0 до 21 %.

Рисунок 3. Влияние количества Шубаркольского угля на содержание серы в агломерированном фосфогипсе
и степень десульфурации
Цифры на линиях — содержание серы, %, I — объемная форма поверхности отклика. II — горизонтальные разрезы поверхности отклика

Рисунок 8. Влияние количества Шубаркольского угля и отходов добычи Ленгерского угля на статистическую
прочность агломерированного фосфогипса Цифры на линиях — статистическая плотность, Н/см2,
I — объемная форма поверхности отклика. II — горизонтальные разрезы поверхности отклика

Для последующей переработки агломерированного фосфогипса электроплавкой с получением ферросиликокальция. Рекомендуется состав шихты, пределы которого находится в плоскости АБВ. При этом содержание S в агломерате составляет не более 0,2 %, а прочность агломерата 250—350 Н/см².

Список литературы:

1.Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогипс. Исследование и применение: учеб. пособие. Ташкент. Фан, 1980 — 80 с.

2.Ахназаров С.А., Кафаров Б.В. Методы оптимизации эксперимента в химической промышленности: учеб. пособие. М.: Высшая школа. 1978 — 319 с.

3.Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Промышленная переработка фосфогипса: учеб. пособие. СПб.: Стройиздат, 2007 — 104 с.

4.Очков В.Ф. Mathcad 14 для студентов и инженеров: учеб. пособие. СПб.: BHV-Петербург. 2007 — 368 c.

5.Удобрения минеральные. Метод определения статической прочности гранул Изменение № 2 к ГОСТ 21560.2-82 от 01.04.2001.