книги / Фосфогипс и его использование

устанавливают на расстоянии от 1 до 3 м.

Для транспортирования пульпы фосфогипса и осветленной воды предусматриваются по два трубопровода (один — рабочий, второй — резервный). Содержание взвесей в осветленной воде — 80 мг/л; механическая очистка не предусматривается.

На пульпе фосфогипса и осветленной воды устанавливаются насосы марки ТХ: ТХ 800/70-И-СД, Q= 800 м3/ч, # = 70 м; ТХ 280/72-И-СД, Q= 280 м3/ч, Я = 72 м.

Опорожнение трубопроводов предусматривается в шламонакопитель или в репульпатор промежуточной насосной станции; в случае необходимости предусматриваются дренажные емкости с установкой насосов. Трубопроводы пульпы фосфогипса про­ кладывают с уклоном не менее 0,005 в сторону движения пуль­ пы. В случае противоуклона предусматриваются мероприятия по промывке трубопроводов пульпы (при остановке) осветлен­ ной водой.

Предусматривается автоматическая подача известкового мо­ лока в репульпатор через регулирующий клапан в зависимости от pH пульпы после нейтрализации. Расход СаО на нейтрали­ зацию пульпы в среднем 12 кг на 1т фосфогипса (в пересчете на сухой дигидрат).

На примере условного предприятия ниже описан отвал фос­ фогипса (рис. 1-15, а—в) при его гидротранспортировании из цеха ЭФК в количестве 1,2 млн. т/год (влажность фосфогипса после фильтрации — 30%, в шламонакопителе отвала — 50%, при этом р= 1,2 т/м3; емкость накопителя рассчитана на 2 года работы).

Фосфогипс от вакуум-фильтра цеха ЭФК поступает в репульпатор, где смешивается с оборотной водой. Соотношение Т : Ж = 1 5 (при использовании насосов ТХ). Пульпу насосом подают на гидроотвал к одной из карт.

Отвал прямоугольный. Вначале из естественного грунта сооружается пио­ нерная, дамба (рис. 1-15, а), затем ее наращивают фосфогипсом. Намыв — по­ следовательно вдоль наружной дамбы. Пульпа в карте осветляется.

Эвакуация осветленной воды — через шандорный колодец и далее самоте­ ком или же с помощью насосов — в бассейн осветленной воды. Осветленную воду возвращают в цех ЭФК на репульпацию фосфогипса насосами, установ­ ленными у бассейна осветленной воды.

Емкость 1-й карты рассчитана на 1 год работы цеха ЭФК. После отработ­ ки 1-й карты подачу пульпы переводят во 2-ю. В 1-й карте фосфогипс естест­ венно подсушивается в течение 2—3 мес., после чего драглайном, перемещаю­ щимся по периметру дамбы, начинают наращивание дамбы на 2—2,5 м. При сооружении вторичных дамб требуется добавка инертных материалов (в пре­ делах 20—25%). После строительства вторичной дамбы (рис. 1-15,6) в 1-юкар­ ту переводят подачу пульпы и начинают осушку и сооружение вторичной дамбы во 2-й карте и т. д. Ориентировочная высота вторичных дамб 20 м, а емкость отвала при этом рассчитана на 6—8 лет.

Схема гидроотвала показана на рис. 1-15, в (план). Прокладка труб — наземная. Вокруг отвала должна быть построена патрульная дорога. Обору­ дование: драглайн (К =2,5— 1,5 м3) и бульдозер с ножом (2,5—3 м).

6,00

При выборе способа удаления и хранения фосфогипса для вновь сооружаемых предприятий следует учитывать конкретные условия промышленной площадки. К таким условиям необходи­ мо отнести:

количество удаляемого фосфогипса; удаленность места складирования фосфогипса от цеха экст­

ракционной фосфорной кислоты; наличие непригодных для использования земель и их рельеф

(овраги, отработанные карьеры и т. п.); климатические условия (например, скорость ветра, темпера­

тура воздуха, количества осадков и испаряемой воды); геологические и гидрогеологические условия на площадке

складирования фосфогипса.

Способы экранирования отвалов описаны в работах [79, 80]. Конкретный пример технического решения одного из отвалов на крупном предприятии (Череповецкое ПО «Аммофос») при гид­ роудалении фосфогипса в отвал описан в работе [78].

1.6.ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ФОСФОГИПСА

ВСССР и за рубежом проведены и интенсивно продолжаются научно-исследовательские и опытные работы по различным на­ правлениям и способам непосредственного использования фос­ фогипса или переработки его в другие продукты, которые дока­ зали техническую возможность и целесообразность использова­ ния фосфогипса в народном хозяйстве вместо традиционных видов сырья. Результаты этих работ частично реализованы.

Основные направления использования фосфогипса, которые подробно рассматриваются в следующих главах, изложены ниже.

В с е л ь с к о м х о з я й с т в е (гл. 2):

для химической мелиорации солонцовых почв вместо исполь­ зования природного сыромолотого гипса;

для химической мелиорации кислых почв в смеси с пылевид­ ными известковыми материалами (известняковой мукой, слан­ цевой золой и др.);

для компостирования с органическими удобрениями вместо

(в том числе и в смеои с колчеданным огарком); в качестве регулятора (замедлителя) скорости схватывания

цемента — добавки к цементному клинкеру перед его помолом вместо природного гипса.

Д л я п р о и з в о д с т в а г и п с о в ы х в я ж у щ и х и и з д е ­

* Без экспорта.

**Включая использование в цементной промышленности в качестве минерализатора.

***Данные об использовании природного гипса, который, по мнению авторов, может

быть заменен фосфогипсом.

ны к внедрению, степень его использования в СССР и других странах пока невелика: в СССР в 1988 г .— 17,4%, в мире в 1981 г.— 14% [16].

Согласно данным [23], в странах Европы (кроме СССР) и в США фосфогипс в 1984 г. был использован по разным направ­ лениям в объемах, указанных в табл. 1,13.

Из стран, в которых фосфогипс получается в значительных количествах, в наибольшей степени его использовали в СССР

(1988 г. — 4,1 млн. т, 17,4%) и Японии (1979 г. — 2,75 млн. т, 100%, включая экспорт — 0,29 млн. т) [63].

Помимо указанного выше, установки по переработке фосфо­ гипса работают или находятся в стадии строительства в КНР, Филиппинах, Южной Корее, Бангладеш, Румынии, Финляндии.

Удельный вес различных направлений использования фосфо­ гипса (ориентировочно) показан в табл. 1,14 (в %). Приведен­ ные выше данные, при всей их несопоставимости (например, в табл. 1,14 они приведены для разных лет), все же дают пред­ ставление о том, что в СССР степень использования фосфогипса невелика вообще и для производства гипсовых вяжущих в част­ ности. Степень использования фосфогипса в СССР к 2000 г. предполагается увеличить до 58,7%. При этом доля фосфогип­ са, используемого для производства гипсовых вяжущих, возрас­ тет до 51%.

Подробному описанию, экономической оценке, состоянию тех­ нической подготовки и результатам использования фосфогипса по отдельным из указанных направлений посвящены многочис­

ленные публикации в технических журналах, специальные гла­ вы в ряде монографий. На наиболее важные из них, опублико­ ванные в последние годы, даны ссылки в соответствующих главах настоящей книги.

НИУИФ, 1983. Вып. 243. 191 с.

Исследования по использованию фосфогипса.//Тр. НИУИФ. М.: НИУИФ, 1989. Вып. 256. 289 с.

W e t e r i n g s К. Utilization of Phosphogypsum. Ргос. N. 208 the Fertilizer Soc. London, 1982. 43 p.

Phosphogypsum. Proc. of the Intern. Symp. on Phosphogypsum. Lake Buena Vista, Florida, 5—7 November 1980 (two volumes). 661 p.

Condensed Paper of the Second Intern. Symp. on Phosphogypsum. Miami, Florida, 10— 12 December 1986. 221 p.

Глава 2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОСФОГИПСА В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

2.1. ПОПОЛНЕНИЕ ЗАПАСОВ КАЛЬЦИЯ В ПОЧВАХ

Накопленные данные химических анализов свидетельствуют о том, что почвенный профиль кислых почв и верхние горизонты солонцов бедны запасами кальция. Вместе с тем кальций игра­ ет многогранную роль в обеспечении плодородия почв. Кальци­ ем регулируется щелочно-кислотное равновесие в почвенном растворе и самих растениях, проницаемость плазмы и другие физиологические и химико-биологические процессы. Велика его роль в закреплении гумуса и создании водопрочной агрономи­ чески ценной почвенной структуры [91—98].

Химическая мелиорация получила широкое распространение на кислых почвах, солонцах и их комплексах. Она заключается в пополнении запасов кальция пахотного слоя, обеспечивающих замену ионов водорода, алюминия и натрия, находящихся в почвенном поглощающем комплексе, ионами кальция. При этом снижаются кислотность и солонцеватость почв, повышается их плодородие, улучшаются физико-химические и водно-физические свойства почв и условия питания растений, повышается урожай­ ность возделываемых культур.

В СССР около 66 млн. га кислых почв, в том числе 52 млн. га пахотных и более 100 млн. га солонцов и их комплексов с зональными почвами (соответственно 12,1 и 18,4% от общей площади под сельскохозяйственными угодьями), для которых требуется химическая мелиорация [84—89].

мывного типа их водного режима. При этом образуются кислые почвы, в погло­ щающем комплексе которых существенную долю начинают занимать ионы водорода и алюминия [93—99].

Таким образом, в лесной зоне достаточного увлажнения кислые почвы залегают сплошными массивами на больших площадях [84, 87, 92]. В степной и сухостепной зонах обедняются кальцием главным образом верхние гумусо­ вые горизонты почв в результате его миграции в нижележащие горизонты, где он осаждается в виде карбонатов. Крайним выражением обеднения почвенных горизонтов кальцием в этом случае является образование солонцов, в погло­ щающем комплексе которых значительную долю могут составлять обменные ионы натрия и магния. В отличие от кислых почв солонцы не залегают сплош­ ными массивами. Они встречаются пятнами небольших размеров среди зональ­

ция содержится в 3—9 раз меньше, чем в земной коре [9]. На долю кальция, входящего в состав первичных минералов в дерново-подзолистых, темно­

Следует более подробно остановиться на основных формах соединений кальция в почвах, что необходимо для понимания динамики его содержания в них.

Кальцийсодержащие породообразующие минералы входят в состав оса­ дочных и метаморфических пород. Наиболее распространены известняки (1,8% земной коры), которые состоят в основном из минерала кальцита СаСОз, со­ держащего в качестве примесей Mg, Fe, Мп (до 8%), реже — Zn (до 2%)

иSr. Карбонаты являются породообразующими минералами многих осадочных

иметаморфических пород. Среди силикатов, на долю которых приходится 87% земной коры, лишь некоторые минералы содержат кальций. Это базальтовые силикаты (авгит, роговая обманка) и плагиоклазы из группы полевых шпатов

(анортит, лабрадор и др.).

Силикаты и алюмосиликаты кальция в зоне выветривания неустойчивы. Они разлагаются с образованием каолина и карбоната кальция [101]. Таким образом, кальций, высвобождающийся при выветривании первичных минералов, на определенной стадии тоже переходит в карбонатную форму. В результате основным соединением кальция в почвах, на который непосредственно воздей­ ствуют различные реагенты, является карбонат кальция различного происхож­ дения: кальций почвообразующих пород, свежеосажденный в результате раз­ ложения полевых шпатов типа плагиоклазов или внесенный при известковании почв.

В связи с преобладанием в почвах карбонатной формы каль­ ция необходимо рассмотреть основные свойства кальцита СаСОз. В воде он малорастворим (14 мг/л). Однако в почвен­ ном растворе в присутствии слабой угольной кислоты его раст­ воримость увеличивается в 70 раз, достигая 1 г/л. Все извест­ няки и доломиты легко растворяются в сильных кислотах с выделением С02. Последнее оказывает определяющее влияние на миграцию кальция и плодородие почв в условиях интенсив­ ного применения кислотообразующих минеральных удобрений.

При внесении минеральных удобрений, прежде всего азотных удобрений (аммиачная форма азота), растворимость поч­ венных карбонатов еще более возрастает. Освобождающийся при этом кальций мигрирует вглубь по профилю почв вплоть до грунтовых вод в сопровождении анионов сильных кислот, поступающих с минеральными удобрениями (Cl~, S042-, N 03~, Р 043-) [91—98, 102—104].

Лизиметрическими исследованиями установлено, что на каж­ дый внесенный в почву килограмм азота минеральных удобре­ ний из нее выщелачивается в среднем 3 кг карбоната кальция. По отдельным видам азотных удобрений выщелачивание каль­ ция из почв может достигать 6 кг (в пересчете на СаСОз), т. е. удваиваться, например, при внесении азота в виде сульфата аммония [90, 92, 102—104]. Исследованиями ВИУА и Калужской сельскохозяйственной опытной станции, проводившимися на почвах Калужской области в 1970—1978 гг., установлено, что при внесении высоких доз минеральных удобрений (N240P240K240) среднегодовое выщелачивание кальция из почв на фоне извест­ кования составляло 530—853 кг/га, или 1200—2100 кг/га в пе­ ресчете на СаСОз [103].

Таким образом, в условиях интенсивного применения совре­ менных форм минеральных удобрений вымывание кальция рез­ ко возрастает, и это в корне изменяет сроки последействия вно­ симых в почву кальцийсодержащих химических мелиорантов.

Впочвах не происходит закрепления кальция. Он не входит

вкристаллическую решетку глинистых минералов (подобно калию или магнию), поэтому кальций, несмотря на его относи­ тельно высокое содержание в почве и незначительный вынос растениями, теряется из почвы в самых больших количествах по сравнению с другими элементами. Запасы кальция быстро иссякают из почв, особенно при внесении минеральных (прежде всего азотных) удобрений в зоне достаточного увлажнения и при орошении.

Кальций, который активно участвует в насыщении почвен­ ного поглощающего комплекса — обменный кальций, преобла­ дает в составе обменных оснований. Запасы обменного кальция могут поддерживаться на определенном уровне за счет его освобождения при выветривании первичных кальцийсодержа­ щих минералов, присутствующих в почве, таких как плагиокла­ зы, базальты, фосфаты, карбонаты.

Спонижением запасов первичных кальцийсодержащих ми­ нералов в кислых почвах устойчивость их к разложению в ре­ зультате естественных процессов выветривания повышается.

На основании изложенного и в целях поддержания плодоро­ дия почв необходимо предусматривать поставки и внесение новых кальцийсодержащих материалов, в том числе извести и ее смеси с фосфогипсом не только для нейтрализации избыточ­