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. 1 )

Южно-Казахстанский государственный университет имени М. Ауэзова

УДК 661.634  На правах рукописи

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)

  Научный руководитель

  доктор технических наук, профессор

 

  Научный консультант

  доктор технических наук, профессор

 

Республика Казахстан

Шымкент, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ ………………………………………	4
ОПРЕДЕЛЕНИЯ …………………………………………………….	5
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ …………………………….	6
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………	8
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР………………………………………	15
1.1 Анализ современного состояния переработки мелочи фосфоритов бассейна Каратау в производстве фосфора	15
1.2 Физико-химические свойства шихтовых материалов, применяемых в процессе агломерации.	24
1.2.1 Краткая характеристика месторождений фосфоритов Каратау.	24
1.2.2 Химический состав фосфоросодержащих сырьевых материалов.	32
1.2.3. Исследование физико-химических процессов разложения гидратов и карбонатов методом дифференциально-термического анализа	35
1.2.4 Флюсы	40
1.2.5 Топливо для агломерации	41
1.3 Современная технология процесса агломерации фосфоритов	45
1.3.1 Требования к качеству агломерата	46
1.3.2 Химический состав агломерата	46
1.3.3 Физико-химические свойства и механические характеристики фосфоритного агломерата	47
1.4 Влияние внешних факторов на прочность фосфоритного агломерата	48
1.5 Механизм получения фосфоритных агломератов, содержащих никель-, кобальтсодержащие руды	52
1.5.1 Механизм образования фосфоритного агломерата	52
1.5 Механизм получения фосфоритных агломератов, содержащих никель-, кобальтсодержащие руды	53
1.5.1 Механизм образования фосфоритного агломерата	52
1.5.2 Образование структуры минералов при агломерации фосфоритов	56
2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ АГЛОМЕРАЦИИ ФОСФАТНО-КРЕМНИСТОЙ МЕЛОЧИ С ФЛЮСУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ КАК ВВП И НКР	59
3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА АГЛОМЕРАЦИИ НИКЕЛЬ-, КОБАЛЬТСОДЕРЖАЩЕЙ ФОСФОРИТНОЙ МЕЛОЧИ	69
3.1 Схема установки. Методика проведения опытов	69
3.2 Определение оптимального состава компонентов шихты на процесс агломерации	71
3.3 Разработка и монтаж пилотной установки с разработкой системы контроля и регулирования параметров	76
3.4 Опытно-промышленные испытания по обработке оптимальных параметров получения офлюсованного фосфоритного агломерата содержащего Ni и Со	78
3.5 Опытно-промышленные испытания по обработке оптимальных параметров процесса электрической плавки на руднотермической печи	82
3.6 Обсуждение результатов экспериментальных исследований	85
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОФЛЮСОВАННОГО АГЛОМЕРАТА	94
4.1Мощность предприятия	94
4.2 Экономическая эффективность инвестиции	94
4.3 Общие выводы по технико-экономической оценке производства	101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	102
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	103
ПРИЛОЖЕНИЯ	113

НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящей диссертационной работе использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 24024 Фосфор и неорганические соединения фосфора.

ГОСТ 11901 - 66 Фосфориты.

ОСТ 6-25-19-74  Фосфатное сырье.

ГОСТ 113-12-140-89 Фосфориты кусковые месторождения Каратау.

ГОСТ 5716-74 Мука фосфоритная.

ГОСТ 5.1261-72 Кокс доменный из угля.

ГОСТ Р50921-96 Кокс каменноугольный.

ГОСТ 8986-82 Фосфор желтый технический

ГОСТ 12.1.007-76 Требования безопасности

ТУ 649 РК - 38835753 Требования к фосфоритной мелочи

ТУ 14-7-130-91 Орешек коксовый

ГОСТ 21560.2-76 Метод определения статической прочности гранул

ТУ 649 РК 38835753 Фосфориты месторождения Джанатас

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящей диссертационной работе использованы ссылки на следующие определения:

Агломерат - продукт спекания мелочи фосфорита на агломерационных машинах c введением в ее состав 5-7% мелочи металлургического кокса или другого твердого топлива.

Брикетирование - процесс переработки некондиционного по гранулометрическому составу сырья в окускованный геометрически правильной и однообразной в каждом случае формы, практически одинаковой массы - брикеты (франц. briquette).

Окомкование - процесс окускования увлажнённых тонкоизмельчённых материалов, основанный на их способности при перекатывании образовывать гранулы сферической формы (окатыши).

Шихта - сырьевая смесь для получения агломерата и электровозгонки фосфора, состоящая из фосфоритного агломерата, кремнистого сырья и кокса.

Модуль  кислотности  -  содержание  в  сырье  кислых  и щелочных  компонентов,  используемый  для  расчета  и составления шихты к электровозгонке фосфора.

Шлак термофосфатный - отход производства желтого фосфора образующего при возгонке его из шихты в рудотермических печах.

Фосфорная печь - представляет собой круглую закрытую стальную ванну, днище и нижняя часть стен которой футерованы угольными блоками, а верхняя часть стен - шамотным кирпичом,

Шлак гранулированный – продукт получаемый в процессе охлаждения термофосфатного шлака при соотношении вода : шлак -20%

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

НКР – никель-кобальтсодержащая руда.

ВВП – внутренние вскрышные породы, образующиеся при добычи бурых углей.

AKM 312 – агломерационная машина обжига и спекания аглошихты

ОЦ – обжиговая машина

РК - Республика Казахстан

ТОО - товарищество с ограниченной ответственностью;

НДФЗ - Новоджамбулский фосфорный завод;

ГОСТ — государственный отраслевой стандарт;

АО - акционерное общество;

СНГ - Союз независимых государств;

США - Соединенные Штаты Америки;

МК - модуль кислотности;

ДТА - дифференциально-термический анализ;

- изменение энергии Гиббса;

- изменение энтальпии;

Р - давление, Па;

V - объем, м3 ;

Q - расход тепла, Дж, кДж;

СР - теплоемкость, кДж/(кг-К);

- энергия Гиббса, кДж/моль;

- энтропия, Дж/(кгК);

Lфп - теплота фазовых превращений, кДж/моль;

d - диаметр, мм;

h - высота, м;

- плотность, кг/м3 ;

■

- вязкость, Па • с;

L - длина, м;

t - температура по Цельсию, 0С;

Т - температура по Кельвину, К;

- время, сек;

ат. - единица измерения, давления;

tпл - температура плавления;

Ткип - температура кипения;

(т.) - твердое;

(ж.) - жидкое;

мм. рт. ст. - единица измерения давления;

см - сантиметр

Дж/м2 - Джоуль на квадратный метр

мм - миллиметр

м/с - метр на секунду

т/м2 - тонна на квадратный метр

кг/м3 - килограмм на кубометр

млн. м3 - миллион на кубометр

м3 - кубометр

м/с - метр на секунду

м3/с - кубометр на секунду

млн. - миллион

тыс. - тысячи

мин.- минут

млн. - миллион

млрд. – миллиард

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы

В новом послании Президента Республики Назарбаева от 01.01.01 г. выстроен новый политический курс нации до 2050 года [1], внутри которого продолжится реализация задач Стратеии-2030 индустриально-инновационного развития. При этом большая ставка делается на создание и развитие производств, ориентированных на экспорт конечных продуктов, к которым можно отнести и желтый фосфор, а также на максимальное приближение прикладной науки к производству [2].

Современная фосфорная и фосфорно-туковая промышленность испытывает дефицит в качественном минеральном сырье и топливно-энергетических ресурсах. Снижение в фосфатном сырье Р2О5 и частые колебания его состава, в зависимости от месторождений, приводит к перерасходу материальных и энергетических затрат и другим издержкам, вызывающим нарушение экологической обстановки окружающей среды и снижение технико-экономических показателей производства, что требует кардинальных решений этих вопросов [3-17]. 

Фосфор имеет большое значение для жизнедеятельности человека, так как без фосфорорганических соединений не мог бы идти процесс обмена углеводов в тканях мозга. Кроме того, он необходим как удобрительный компонент для почвы, как кормовая добавка для животных, как фосфорорганические инсектициды для борьбы с сельскохозяйственными вредителями.