Алтыбаев Жаксылык Мамырбекович Научные и технологические основы получения Ni-Co содержащих агломератов в производстве фосфора 6D072000 — Химическая технология неорганических веществ Диссертация на соискание ученой степени доктора философии (PhD) (стр. 3 )

- произведен расчет и обоснование оптимального состава агломерации содержащей в качестве добавки и создающей экзотермический и укрепляющий эффект внутренние вскрышные породы,  образующиеся при добыче углей, и некондиционную недоокисленную  никель-кобальтовую руду  Щедертинского месторождения Павлодарской области. Определено, что оптимальными значениями состава аглошихты являются(в %):  фосфориты - 55-67; никелькобальтсодержащие руды – 3-17 и внутренние вскрышные породы – 3-17, твердое топливо (мелочь металлургического кокса) – 3-5 и возврат мелочи агломерата – 14-16.

- на основании экспериментальных исследований сопоставлением газодинамических характеристик фосфоритовой шихты с добавками никель-кобальтсодержащих руд и вскрышных пород угледобычи определено, что они имеют лучшую газопроницаемость по сравнению с шихтой, содержащей только коксовую мелочь;

- изучены физико-химические и физико-механические свойства продуктов обжига в зависимости от температуры, продолжительности и соотношения кокса к вскрышной породе.

Практическая значимость работы

- рассмотрены состояние сырьевой базы и использование ее для производства фосфора, а также перспективы создания эффективных ресурсосберегающих технологий подготовки сырья и переработки отходов различных производств;

- проведено исследование термодинамической вероятностей протекания наиболее вероятных реакции в процессе агломерации фосфатно-кремнистой мелочи с флюсующими добавками в качестве некондиционных никель-кобальтсодержащих руд и внутренних вскрышных пород угледобычи бурых углей;

- разработана малоотходная технология производства фосфоритного агломерата с использованием в качестве флюсующей добавки некондиционных никель-кобальтсодержащих руд, позволяющей исключить применение кварцитовой руды с одновременным получением офлюсованного агломерата, имеющее более улучшенные прочностные показатели и технологические свойства;

- разработана ресурсосберегающая технология подготовки сырья с использованием в качестве топлива внутренних вскрышных пород угледобычи бурых углей Ленгерского месторождения, позволяющая снизить расход дорогостоящего кокса и решить проблему утилизации отхода производства;

- на основе предложенной технологии апробирована опытно-промышленная установка по производству фосфоритного агломерата с использованием в качестве флюсовой добавки – никель-кобальтсодержащих руд и топлива – смеси вскрышных пород с коксовой мелочью на ЖФ ТОО «Казфосфат» (НДФЗ);

- разработано технологическое задание на предпроектную документацию для опытно-промышленного производства фосфоритного агломерата по предлагаемой технологии;

- произведено технико-экономическое обоснование производства фосфоритного агломерата по предложенной технологии.

Результаты диссертационной работы являются основой решения актуальных научно-технических и эколого-экономических проблем комплексного и рационального использования материально-топливно-энергетических ресурсов из отходов производств.

Цель работы. Разработка малоотходной и ресурсосберегащей технологии и технологических основ получения офлюсованного фосфоритного агломерата из промышленных отходов.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- обзор существующих методов подготовки шихты фосфоритной мелочи к электротермической возгонке фосфора и переработке отходов различных производств;

- физико-химические исследования внутренних вскрышных пород угледобычи и некондиционных никель-кобальтсодержащих руд  для определения их фазового и минералогического состава;

  - исследование термодинамической вероятностей протекания наиболее вероятных реакции в процессе агломерации фосфатно-кремнистой мелочи с флюсующими добавками в качестве некондиционных никель-кобальтсодержащих руд и внутренних вскрышных пород угледобычи бурых углей;

- исследование газодинамических характеристик спекаемого слоя и способа подготовки шихты на показатели агломерационного процесса с определением оптимальной крупности зерен шихтовых материалов;

- изучение фазового и минералогического составов продуктов спекания фосфоритной шихты, содержащих отходы различных производств;

- проведение опытно-промышленных испытаний по проверке и обоснованию полученных результатов;

- разработка технологического задания на опытно-промышленное производство высококачественных агломератов и легированного феррофосфора, содержащего Co, Ni;

  - технико-экономическое обоснование предлагаемого способа получения фосфоритного агломерата.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Анализ современного состояния переработки мелочи фосфоритов Каратау в производстве фосфора

В рамках программы развития производства на ближайшую перспективу предусматривается расширение производственного комплекса, реконструкция, модернизация и расширение производственных мощностей действующих производственных предприятий, расширение рынков сбыта продукции. В настоящее время усилия ученых, проектировщиков, конструкторов, а также инженерно-технических работников химических заводов направлены на совершенствование существующих способов подготовки и переработки фосфатного сырья на фосфор, изыскание новых технологических методов получения фосфора, утилизации отходов производства и создание безотходной технологии [141, 142]. Сложность процессов обусловлена качеством исходного сырья, направляемого на переработку [31].

По запасам фосфора Казахстан занимает четвертое место в мире. «У нас имеется 4 млрд. тонн извлекаемых запасов фосфорсодержащих руд, 15 млрд. тонн - прогнозируемых запасов. Казахстан может стать крупнейшим поставщиком химической отрасли. Несмотря на пережитые трудности переходного периода рыночных отношений, отрасль сохранила свой потенциал» - отметил глава государства , подводя итоги встречи на Жамбылской земле [24].

Освоение производства фосфата из фосфоритовых руд Каратауского бассейна было связано с необходимостью решения ряда сложных научно-технических задач, обусловленных - качеством исходного сырья, технологии подготовки, фосфатного сырья с использованием нестандартных топливных материалов. Особое место среди этих задач занимают предварительная термическая подготовка и окускование мелких фракций фосфатного сырья.

Специфические особенности фосфатной сырьевой базы, которая характеризуется наличием целого ряда месторождений фосфоритов со сравнительно невысоким содержанием Р2О5 и сложным минеральным составом, предопределяют необходимость детального изучения химического и минералогического состава исходной руды, глубоких исследований процессов термической подготовки сырья и переработки его на конечный продукт. Фосфориты Каратау являются сравнительно бедным по Р205 фосфатным сырьем, характеризующимся сложным минеральным составом, высоким содержанием кремнистых и карбонатных минералов, гидратной влаги и других примесей (R2O, органических остатков, соединений серы, железа), которые отрицательно влияют на процесс получения фосфора в руднотермических печах. Поэтому предварительная термическая подготовка является одним из эффективных способов повышения качества фосфоритов за счет удаления  вредных примесей [25].

Актуальность  проблемы  предварительной  термической  подготовки  и окускования  фосфатного  сырья  Каратау  заключается  в  том,  что технологические линии производства желтого фосфора, построенные на первых трех современных отечественных фосфорных предприятиях, спроектированы для переработки кусковых фосфоритов. На них предусмотрена утилизация лишь небольшого (около 15%) количества фосфоритной мелочи, образующейся при транспортировании руды. При этом мелкие фракции (10-0 мм) добытого из недр фосфатного сырья, отсеянные при производстве кусковой руды, были непригодны для переработки на этих предприятиях и складировались в рудничных отвалах, а средства, затраченные на добычу этой руды, не могли быть полезно использованы. Выход этих фракций на рудниках составляет 35-44%, достигая на отдельных участках 48%). Из этого следует, что при значительно возросшем объеме добычи фосфоритов и производства фосфора вовлечение в электротермию мелких фракций фосфатного сырья с целью более полного его использования представляет собой важную народнохозяйственную задачу. Решение этой задачи связано с усовершенствованием существующих способов термоподготовки сырья и разработкой новых способов получения фосфора

[26].

На предприятиях фосфорной промышленности для переработки кусковых фосфоритов утилизируется лишь небольшое количество фосфоритной мелочи. Мелкие фракции класса менее 5 мм, образующиеся в процессе добычи фосфатного сырья из недр, транспортировке и подготовке кусковой руды к технологическому переделу, непригодны из-за нарушения газодинамического режима работы фосфорной печи при получении элементного фосфора.

Для обеспечения необходимой газопроницаемости столба шихты и снижения вероятности спекания ее в верхних горизонтах  фосфорной печи они должны быть предварительно превращены в кусковой материал с размером зерен не менее 5-10 мм. Окускованный продукт должен иметь достаточную механическую прочность, не образовывать мелочи при их транспортировке и загрузке в печи, а также обладать хорошей степенью восстановимости. Кроме того, он не должен содержать вредные примеси: влагу, карбонаты, смолистые вещества и др.

По данным [27, 28], выход мелкофракционного продукта рудниках составляет около 35-44%. В связи с этим вовлечение в электротермию фосфора мелких фракции фосфатного сырья, добываемого на рудниках Каратау с целью более полного и рационального их использования, представляет важную экономическую и экологическую задачу. Решение этой задачи связано с усовершенствованием существующих способов термоподготовки сырья и получения желтого фосфора.

В настоящей работе проанализирован опыт окускования мелких фракций и термической подготовки окускованного фосфатного сырья для электротермического производства желтого фосфора.

Существуют пять основных промышленно освоенных способов окускования мелочи сырья: брике­тирование на брикет-прессах, конгломерация во вращающихся барабанных печах,  гранулирование тонкоизмельченных материалов в  тарелках с последующим обжигом окатышей в обжиговых машинах типа ОЦ и ОК, и агломерация в агломашине типа АКМ-312.