Влияние модифицирования поверхности минеральных дисперсий полиэлектролитами в газовой среде на гранулирование фосфоритов и конденсацию фосфора тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.11 ВАК РФ

/ЛЛДЕГШ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

^ . ИНСТИТУТ ХШКЛ

V . >

гг.1 крззая рухсяяс;: УН 511.182:673. 744

ЗАУ.ОЙ 1ШШ1ЕК КУЬЕЕВКЧ

ВЛИЯНИЕ М0ДИйЙ$Р0ВАН11Я ПОВЕРХНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЙ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТАЬШ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ НА ГРАНУЛИРОВАНИЕ ФОСФОРИТОВ й КОНДЕНСАЦИЮ ФОСФОРА

VI. 11 - коллоидная и мембранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ - 1996

Работа выполнена на( кафедре физической и коллоидной химки Южно-Казахстанского Технического Университета./

Научный руководитель : доктор химических наук, профессор

Сатаев И. К.

Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор

Юнусов л.ю. ; '

кандидат технических наук Муинов Б.Х.

Ведущая организация: Ташкентский химико-технологический институт

Защита состоится "50" 1996 рода в

часов на заседании Специализированного Совета Д. 015.13.01. при Институте химии 'АН Республики Узбекистан по адресу: 700170. Ташкент-170. ул. Академика X.Абдуллаева, д. 77а.

С диссертацией > можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Академии Наук Республики Узбекистан по адресу: г. Ташкент, ул. Муминова.. 13.

Автореферат разослан МОЯ б р5>_1996г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор химических наук

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

о

О Актуальность. Вопросы структурообразования и устойчивости дисперсных систем относятся к центральным проблемам современной коллоидной химии.поскольку они представляют значительный 'интерес для интенсификации различных производственных процессов.Одним из таких прикладных аспектов этих вопросов является необходимость совершенствования технологических стадий производства фосфора из руд бассейна Каратау. Практически больше половины добываемого в настоящее время фосфатного сырья этого бассейна непригодно для непосредственной переработки на действующих в республике фосфорных заводах, спроектированных' в свое время для переработки только кускового сырья. По этой причине мелки? и коллоидно-химические фракции фосфорной руды,не отвечающие требованиям технологического регламента производства фосфора, складируются в отвалах, хотя по содержанию полезных компонентов не.уступают крупным фракциям.Разработанные в последнее время технологические линии по окускованию. в том числе, и грануляции фосфоритовой мелочи имеют существенные недостатки, обусловленные выходом большого количества некондиционных гранул и интенсивным пылевыделением. Основной причиной этих недостатков яв;я'тся малоизученность механизма структурообразования фосфоритовых дисперсий и отсутствие эффективных связующих добавок на стадии грануляции. Другой немаловажной проблемой технологии фосфора является разделение целевого продукта - фосфора от твердых минеральных примесей, поскольку эмульгосуспензионная система фосфор - минеральные частицы - вода обладает значительной агрегативной устойчивостью. Кз-за отсутствия эффективных технологических решений по разделению фосфора от минеральных примесей значительная часть дорогостоящего фосфора теряется со шламом, а при выбросе его в отвалы представляет опасность для окружающей среды. Таким образом, совершенствование технологических стадий производства фосфора с соблюдением принципов экологс-экономичес-кого единства, требует разработки более эффективных технологических мероприятий по грануляции фосфоритовых дисперсий, улучшению качества фосфоритовых гранул и увеличению выхода товарного фосфора. Для решения этих проблем наш сделан коллоидно-химический подход, предусматривающий изменение поверхностных свойств минеральных дисперсий полиэлектролитами в газовой среде, что позволит снизить количество отходов и увеличить выход конечного продукта.

Считаю своим долгом выразить огсомкую благодаоность к >• и

Сарманову X.С. за руководство над работой. ■*:..

" 4 - ■

Цель, и задачи работы. Целью диссертационной работы является исследование влияния модифицирован; я поверхности минеральных дисперсий полиэлектролитами К-4, К-9 и УНИФЛОК на улучшение условий получения и свойств фосфоритовых гранул и повышение выхода чистого фосфора.

В сооответствии с этой целью решали следующие задачи:

- исследование. адсорбции растворов полиэлектролитпв на поверхности фосфоритной шли и шли печного газа производства фосфора и влияния полиелектролитов на смачиваемость минеральных дисперсий;

- разработка технологической установки для модифицирования поверхности минеральных дисперсий полиэлектролитами в газовой среде

- исследование влияния модифицирования поверхности фосфоритной шли полиэлектролитами на эффективность пылеулавливания;

- исследование свойств полимерсодержащего шлама газоочистки : его использование для интенсификации гранулообразования и улучшени: структурно-механических характеристик фосфоритовых гранул;

- исследование влияния модифицирования поверхности пыли печного газа полиэлектролитами на степень извлечения фосфора из шлама;

- совершенствование технологических схем стадий гранулирования фосфоритов и конденсации фосфора.

Научная новизна. Впервые предложена технологическая разработка, позволяющая за счет модифицирования поверхности фосфоритной пыли и пыли печного газа акриловыми полиэлектролитами в газовой среде: -

• - снизить количество газопылевых выбросов в окружающую

среду;

- рационально использовать фосфатное сырье; •

- улучшить условия получения и качество фосфоритовых гранул; ' - сократить образование фосфорного шлама;

-увеличить выход товарного фосфора;

Показано, что предложенная технологическая разработка позволяет улучшить.комплекс структурно-механических и физико-химических свойств шлама газоочистки, в результате чего он был использован в качестве связующего при гранулировании фосфоритов. Установлено, что повышение прочностных характеристик'гранул при добавлении шламов газоочистки в. 3,5-4 % количестве происходит за счет ликвидации дефектных участков в агрегатах фосфоритов, при- адсорбции на них макромолекул полизлектролитов и разрушении, вследствие

этого, этих агрегатов согласно эффекта Ребиндера. Вновь.образую- • шиеся частицы связываются в бездефектную и ненапряженную структуру.' Методом математического планирования экспериментов оптимизированы ■ основные технологические параметра, определяющие прочность гранул, получаемых с добавкой полимерсодержащих шламов газоочистки.

Впервые найдена корреляционная связь между снижением потенциала поверхности минеральной части фосфорного зпма, при ее модифицировании полиэлектролиташ в области концентраций 0,01-0,04%, и увеличением выхода чистого фисфера. СсЕзршенство-ваны технологиеские схемы стадий грануляции фосфоритов и конденсации фосфора путем внедрения разработки по кодифицированию ¡минеральных дисперсий в газовой среде.

Практическая значимость работы. Предложенная технологическая разработка позволяет:

- рационально использовать запасы фосфоритовых руд:

- уменьшить загрязнение окружающей среды газопылевыки выбросами произвсдства;

- по»-:-:, п. качество - фосфоритовых гранул и производительность грануляционных'аппаратов:

- сократить образование фосфорного шлама:

- повысить выход товарного фосфора.

Основные положения, сделанные в работе, подтверждены испытаниями в промышленном масштабе.

Планируемый эксномичесий эффект от внедрения разработок на Каратауском химическом заводе и Шымкентском ГТО "Фосфор" составит 1940,6 тыс. тг/год (по расчетам на начало 1994 г.).

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ кафедры физической и.коллоидной химии Казахского химико-технологического института по теме : "Создание сухих высокомолекулярных ПаВ и бентополимерных композиций и их применение в металлургии, нефтяной и химической промышленности ( Гос.регистрац. N 01860050204 ).

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены иг.: международной научно-технической и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования" /Шымкент, 1993г./. на конференции профессорско-преподавательского состава Международного казахско-турецкого университета /Туркестан, ' 1993г./, на научно-технической конференции ''Наусл и твлкологкя-эз", на международной научно-методической конфгрк^щ "Пробега и

,, ~ ¡з _

пэктнвы рааьитий нефти, газа, энергетики и химии Туркменистана" /Ашхабад, 1Э95г./. на нау°но-технической конференции "Актуальные, проблемы в эколоыи и природопользовании" /Кызылорда, 1996г./, на научна -технической конференции '-'Проблемы развития предприятий основной и горноГ; химии" /Шымкент,. 1996г./ к на научно-техническом совете КХЗ и ЧПО "фосфор". ■

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 научных статей и 4 тезиса докладоз. Имеется 1 положительное решение на получение патента. ' ,

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного-обзора," экспериментальной части и обсуждения их результатов, выводов, списка использованной литературы, содержащего 149 наименований. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста и содержит 15 таблиц и 37 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы,отмечено ее практическое значение, сформулированы цель, основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, которые составляют предмет защиты диссертации.

В первой главе приведен анализ современного состояния проблем структурообразования фосфоритовых гранул и разделения фосфора от минеральных примесей путем снижения агрегативной'устойчивости фосфорного шлака, показана малоизученность проблем и обоснована целесообразность использования водорастворимых акриловых полиэлектролитов для решения этих проблем.

Во второй главе дана характеристика объектов и методов исследования. В качестве объектов исследования были использованы фосфоритная пыль узлов газоочистки производства фосфоритовых гранул, фосфоритная мука из руд бассейна Каратау, пыль из электрофильтров фосфорной печи РКЗ-48 и фссфорный шлам из сборников фосфора. Для регулирования структурообразования фосфоритовых гранул к извлечения фосфора из фосфорного шлама были использованы водорастворимые акриловые полиэлзктролитч К-4, К-"9 и УНИФЛОК, синтезированные в институте химии АН РУз и Ташкентском политехническом институте и выпускаемые в промышленном масштабе.

В работе применялись классические и современные физико-■ химические методы исследований: дифференциально-термический, химический. . ИК-спектроскопический, седиментационный, микрозондовый.

•жрорснттеносшектгс^ьн^': анализа, а также мктод;: цссг.-з^сзаьш структурно - механических. фйзико-хншческих, теплофиаичес:;^;: п -эл8Г.трок!!!(откчесг:их свойств дисперсных систем.

3 третей главе рассмотрены коллоидкз-химические аспекты технологических мероприятий по модифицированию поверхности мине-ралькых диспепсий в газовой среде. Выбор газовой среда для мо,пинцирования шшеральнкх дисперсий объясняется рядом причин. Во-первых. б газовой среде минеральные дисперсии обладают хорошо доступней для макромолекул полизлектролита и развитой поверхностью,что позволяет прйдпологать повнизвную зону их адсорбционного взаимодействия. Во-вторих, -засчзт гюк^йцнрованкя поверхностк манеральнйх дисперсий в газовой среде шито предотвратить такой негадательккй процесс, как адсорбция жидкого фосфора на минеральных частицах, который обусловливает устойчивость фосфорного шлака, снижая, тем самым, качество фосфора. В-третьих, модифицирование поверхносгл минеральных дисперсий в газовой среде позволяет повысить степень пылеулавливания в мокрых газоочистных аппаратах, снижая, тем сами.:, количество вредных гыбросов в окружающую среду. В рассматриваемых стадиях техноло....."I фосфора есть участки, где эти минеральные дисперсии проход ■■ ¿рез газовую среду, поэтому разработка не требует дополнительных затрат на искусственное создание газовой среди в технологической зоне.

Исследование влияния модифицирования минеральных дисперсий ' полиэлектролитами на их смачиваемость показал, что на скорость капиллярной пропитки фосфоритной пыли и пыли печного газа наиболее эффективно влияют 0,04-0,06% концентрации полиэлектролитов.

Исследованиями по адсорбции выявлено достаточно высокое значение адсорбции полиэлектролитов при концентрациях 1,0-5,0 мг/100 мл, а поданным десорбции установлен необратимый характер закрепления полиэлектролитов на изучаемых минеральных дисперсиях (табл.1).

На основе теоретических предпосылок и экспериментальных исследований разработана технологическая установка, позволяющая модифицировать минеральные дисперсий в газовой среде. Установка состоит из емкостей для приготовления растворов полиэлектродита. дозатора, насоса, фильтра и специально изготовленных нами центробежных форсунок, которая позволяет регулировать расход раствора полиэлектролита и обеспечивает более тоьксдисперсный его распыл в газовую среду:

Таблица 1

Адсорбция и десорбция пслэлектролитов ■ на поверхности фосфоритной пыли и печного газа.

КазЕаниеI Концентрация I Фосфоритная пйль I Пыль печного газа

полнэл- 1полизлек-лита, I ;----------------------—-----------------

ек-лита |мг/100 мл I А, мг/г |Д,мг/100мл| А, мг/г|Д, мг/100мл

к-9 :. 1.0 0,4 - ' °-3 : '-- .

3,0 '. 1.2 0,03 0.9 0, 03

5,0 1,5~ 0,05. 1.2 0. 08

10,0 - 2,8 0,16' 2,5 0. 15

50, 0 8,4 0,8 8,0 0.9

УНИФЛОК 1,0 0,4 - 0.4 -

3,0 1.1 , - 0,9 -

* 5.0 1,7 0. 03 1.6 0. 07

10,0 3,0 0.2 2,4 0. 15

50,0 10,0 1. 0 ; 9.3 0.9

В четвертой главе рассмотрены 'результаты'исследований по модифицирован«?; пыли производства фосфоритовых гранул и использованию шлама газоочистки для улучшения • структурно-механических сзэйстз гранул.

Для проведения опытно-промысленных испытаний опытная установка, описанная в главе 3, была подключена в систему мокрой газоочистки технологической линии по производству фосфоритовых гранул фабрики окатышей Каратауского.химического завода.

Опцтко-промышлеь.шми испытаниями установлено, что использование растворов полиэлектролитов позволяет снизить степень недо-улавливания пыли в . мокрых газоочистных аппаратах с 3,6-4.3 до 0.6-1,1%. чтЬ"объясняется увеличением смачиваемости пилей и частично гидрофилизацией поверхности частиц, при этом наиболее эффективным является 0,03% концентрация полиэлектролитон, при удельном орошений 2,5-3 л/м5(табл. 2).

Полимерссдержащий шлам, полученный при мокрой газоочистке, в дальнейшем был использован для интенсификации процесса гранулирования фосфоритов и улучшения структурно-механических свойств гранул. Фосфоритовые частиц:-!, модифицированные полиэлектрс литом интенсифицируют зародьзнеобразование за счет образования контактов поверх-

Таблица Р.

Условия проведения и результаты опнтно-промышленних испытаний влияния растворов полиэлектролитов на показатели мокрой газоочистки.

Ч IНазвание |КонцтИЯ Шгдравл. ¡Величина IРасход IТемп-ра IСтепень |полиэлек- Iраствора 'сспротивЧ удельного 1ор-щей Iгаза на ¡недо-1тролита • 1полиэле1с-|ление, I орошения, Ькид-ти, I входе в |у.-авли-I |тролита. %\ Па I л/м° I и3/ч |апп-т, К|вания.%

1. Еода 700 1,0 ' 2,8 373 4,3

2. Вода - , 740 2,0 3.9 383 4.0

3. Еода - 800' з.о 5,0 383 3.6

К-9 0, 005 '710 1.0 2,9 383 1,9

5. К-9 0,005 790 3,0 4.8 373 1.6

3. К-9 0.01 710 1,0 2,7 393 1.3

7. К-9 0,01 800 3,0 4,9 373 1.0

К-9 0,03 730 1,0А- 2, 8 383 0.9

3. К-9 0, 0? 700 3,0 5,0 - 383 0,7

10. УНИФЛОК г. . 5 700 1.0 2.9 363 1.6

11. УНИФЛОК 780 3,0 5,0 383 1,2

12. УНИФЛОК 0.01 710 1.0 3,0 373 1.3

13. 'УНИФЛОК 0,01 810 3.0 5.0 383 1.1

14. .УНИФЛОК 0,03 730 1,0 2,8 373 0.8

15. УНИФЛОК 0,03 "800 3.0 5,1 . 373 0,б'

^ость-поверхность и поверхность-полимер-поверхность. Полученные при этом фосфоритовые гранулы выдерживали до 14-17 сбрасываний с зысоты 0,5 м. когда в отсутствие шлама газоочистки выдерживали лишь 5-7 сбрасываний. Максимальная статическая прочность гранул с содержанием шламов газочистки с ВРП К-Э и УНИФЛОК составила, соответст-зено, 26,7 и 29,1 н/гран. Эффективное влияние полимерсодержащих лламов газоочистки на сгруктурчо-механические свойства сырых фосфоритовых гранул объясняется адсорбцией макромолекул полиэлектролита га активных центрах поверхности (трещины, сколы, ребра) и действия :ил расклинивающего давления согласно эффекта Ребиндера. способствующего диспергированию агрегатов фосфоритов. Образующиеся при раскрытии'микротрещин новые п'верхности способствуют ыразсзаниэ ювых контактов между структурные элементами гранулы и создание

.. - ю -

условий для болеэ плотной укладки частиц, а -^наличие макромолеку; полиэлектролита приводит при зтом к дополнительному склеиванию час тиц, что также вносит сзой вклад в упрочнение структуры грану/ Исследование процесса сушки гранул со шламовыми добавками показал что даже в период переувлажнения, за счет испарения влаги из нижни горизонтов, гранулы сохраняют высокую прочность. Таким образом, из меняя поверхностное натяжение влаги макромолекулы полиэлектролита регулируют фазовые переходы в слое грэкул.

При использовании полимерсодержащих шламов газоочистки в 3,5 - 4 % ^концентрации прочность обожженных гранул повысилась- до 2700 н/гран., что, по-видимому, обьлсняется развитием процесса миграции ионов легкоплавких соединений и их стабильного распределения по всему объему гранул (рис.1). На кривых 2 и 3 рис.1 наблюдается смещение температурной точки, соответствующей максимальной прочности гранул, в сторону более низкой температуры, а все фазовые превращения, связанные с разложением и удалением карбонатов, полимера, органических и других примесей, завершаются при темера-туре 1413-1423 К. При этом сохраняется оптимальная прэдолжитель- ' ность обжига 600 с. Основные технологические параметры, определяйте прочностные характеристики гранул, были оптимизированы методом математического планирования эксперимента. Полученная математическая модель, которая адекватно описывает эксперимент, имеет следующий вид:

2044,02+302,12x^+428, 37х2~178, 23х5+333, 21х4+165. 41х^-410,2х|-19,82х| (1)

При оптимизации рассматриваемых факторов получены следующие значения х в натуральном виде:

х^- содержание "олимер'содержащего шлама газоочистки в гранулируемой шихте, '%ч - 3,57

х^-температура обжига фосфоритовых гранул, К - 1435

х^-дМметр гранул, м -0,15

х4-массовая доля фракций 0,063-10 м, 55 - 59,81

Структуру термообработанных гранул, полученных с добавкой и бездобавок шламов газоочистки, исследовали с помощью системы "Ыпс-860", установленной на растровом электронном микроскопе, по результатам которого установлено, что при фазовых превращениях структурные элементы гранул без шламовых добавок не выдерживаю': внутренние напряжения, в результате чего образуют-.я многочисленные микротрещины. В отличие от них гранулы, полученные с добавкой поли-

мерсодержацих шламов газоочистки практически не имеют ми.фотрещинЛ скол, что подтверждает предложенный выше механизм создания благоприятных условий для перемещения и более плотной укладки структурных элементов гранул за счет диспергирующих свойств макромолекул полиэлектролита по микрощелям и образования неэластичных полимерных мостиков. Взаимное расположение частиц в любом микробъеме гранулы при высокотемпературной обработке остается практически неизменным вплоть до расплавления твердой фазы. Анализ распределения алюминия и кремния на поверхности исследуемых фосфоритовых гранул подтверждает возможность упрочнения структуры гранул за счет увеличения количества легкоплавких соединений.

Исследования влияния полимерсодержащих шламов газоочистки на прочность гранул на истирание показали, что при 3.3-3.7% содержании шламов в гранулируемой ¡пихте достигается повышение прочности на истирание до 2-2,2%, что объясняется равномерньм распределением влаги и межчастичного сцепления'через ..пространственные полимерные мостики,в результате чего в процессе термообработки упрочняются не только внутренние объемы, но и поверхность гранул (рис. 2).

Таким образом, добавки полиэлектролитов, введенные в шламы газоочистки, играют многогранную роль в формировании структуры фосфоритовых гранул. Адсорбируясь на поверхности частиц они изменяют частично приро; озерхности, гидрофилизируя ее, и, способствуя тем самым, повышена.;, смачиьлемости, капиллярного всасывания влаги и увеличению числа межчастичных контактов, приводящих к увеличению прочности гранул за счет диспергирования фосфоритовых агрегатов по механизму эффекта Ребиндера и укладки бездефектных частиц в более плотную структуру. В процессе сушки " полимер продолжает играть немалую роль, изменяя поверхностное натяжение влаги, регулируя размеры капилляров,уменьшая энергозатраты за счет ¿нииения температуры обжига. Прочность и термостойкость фосфоритовых гранул в значительной степени зависит от комплекса факторов, важнейшими из которых являются физико-химические процессы, обусловленные особенностями химического и минерального состава гранулируемого материала, а также линейно-упругая механика разрушения дисперсной структуры, такие, как геометрия дефектов, кинетика распределения и взаишого влияния этих дефектов друг на друга. Одним из параметров, от которого зависит характер разрушения гранул, является объемная доля пустот.т.е. пористость. Обычно поры по отоплению к трепдшам выполняют стопорнуз роль. Однако гранулы, полученные со шламовой добавкой, м-зкеэ подвей-

жены развитию разрушающей магистральной трещины, за счет уменьшения размера пор и их равномерного распределения по сечению гранулы, чт подтверждают результаты электронно-микроскопических исследований, , также исследований влияния полшерсодержащих шламов газоочистки на выход кондиционных гранул,- в ходе которых повысилось содержание кондиционнных фракций от 87-88 до 96-98 % . Повышение прочности гранул на истирание к выхода кондиционных гранул позволяют значительно сократить пылевнделение при их транспортировке и переработа

Разработанная ка основании теоретических и экспериментальны: данных, а такие опьтно-иромышленных испытаний технологическая схем; производства фосфоритовых гранул с дополнительны.'! узлом подачи пол» электролитов в мокрые газоочистные аппараты и использованием уловленных шламов газоочистки в процессе гранулирования мелкодисперснп фосфоритов, позволяет значительно повысить качество гранул, сократить энергозатраты за счет снижения температуры обжига, а также снизить количество газопылевых выбросов.производства (рис.3).

В пятой главе приведены результаты исследований по модифицированию пыли печного газа полиэлектролитами в газовой среде с целые предупреждения устойчивости фосфорного шлама.

Промышленные испытания на Шымкентском ПО "Фосфор" проводились путем подключения опытной установки, описанной в главе С," в вер" часть газохода, находящегося между электрофильтрами и башнями кон, • сации. что обусловлено тем, что в верхней части газохода фосфор в о новном находится в парообразном состоянии. Результаты промышленны испытаний приведены в табл. 3.

Результаты промышленных испытаний показали, что подача растворов полиэлектролитов в газоход в верхних участках позволяют значительно повысить шход чистого фосфора, при этом наиболее эффективное влияние оказывает 0,03% концентрация полиэлектролитов.

Результаты ИК-спектроскопического анализа показали, что основной механизм модифицирования минеральных частиц происходит на их поверхности. Исследование поверхностного модифицирования методом микрозондового анализа, позволил выявить три основные фазы минеральных частиц: кальций-фосфорный, кальций-кремневый и аморфный кремнезем. Игзестно, что при конденсации фосфора также происходит абсорбция некоторых газообразных веществ орошаемой водой, в результате чего система насыщается электролитами Н5Р04. fl3slFs • ДОН. Ka20-S102, которые адсорбируясь на поверхнссти минеральных частиц могут обусловливать образование двойного электрического

Таблица 3

Результаты промышленных испытаний влияния акриловых полизлектролитов на извлечение фосфора из шлама.

N 1 Название 1 Расход 1Конц-я 1Запыл-ть 1 Темп-ра 1 Скорость .I Выход

1 П0ЛИЭЛ8К- 1 раствор? ¡раствора 1 газового |газа на Ьазового 1 товар-

1 тролита 1полиал- 1 полиэл- [потока, 1 г/нн5 1 выходе 1 потока. ного

: 1 1ектроли- 1 ектроли-1 |из эл-ф. 1 м/с |фосфо-

1 |'.а,м3/ч 1 та, % I 1 1 К 1 !ра. %

1. Базовый

период 30 - 80,3 570 3,4 " 36.4

2. К-9 20 0,001 81,2 560 3,2 40,8

3. К-9 40 0,001 79,5 550 3.4 41.4

4. УНИФЛОК 20 0,001 78,8 570 3, 5 42, 0

5. УНИФЛОК . 40 0.001 77,8 600 3,1 42,3

6. К-9 ■ 20 0,005 66,4 570 . 3.2 47,6

7. К-9 40 0.005 79,5 .. 560 3.6 43,1

8. УНИФЛОК ' 20 0,005 78,7 590 3.5 48,8

9. 40 0,005 76,6 580 3.2 49,5

10. К-:' 20 0,01 62,1 ' ' 550 3,5 ' 57.0

< 40 0,01 67,9 590 3.4 58.5

:.„." ЛОК 20 ' 0,01 81,5 600 • 3,2 60.5

3.1.^1« 40 0,01 78,9 570 3,3 60.9

4. К-9 20 0,03 69.4 580. 3,5 62.4

5. К-9 40 0,03 77.3 550 3,6 63,0

>6.УНИФЛОК 20 0,03 69.2 590 3.3 62,7'

17.УНИФЛОК 40 0.03 78.6 560 3.5 63,6

слоя. Исследования показали, что при содержании Н^Р04 выше 75 мг/100 мл Н20 и выше • 8 мг/100 мл Н20 происходит пере-

зарядка минеральных частиц, и с дальнейшим увеличением концентрации электролитов плотность отрицательного заряда увеличивается, а наличие таких электролитов, как КОЙГ и На,, О-БЮ^ повышает плотность положительного заряда. В дальнейшем было исследовано, влияние полиэлектролитов на величину электрокинетичесткого потенциала поверхности минеральных частиц (рис. 4), которые показали, что в интервале концентраций нолиэлектролитов 0,01 - ",04 % происходи' значительное снижыие .электрокинетического потенциала, что видимо

связано с.адсорбцией макромолекул полиэлектролита на поверхности частиц и образованием, в результате этого, адсорбционных слоев вьиде петель, сегментов, хвостов, способствующих ..отодвиганию границы скольжения двойного электричеркого слоя в объем раствора. Симбатно с этим, по-видимому, происходит частичная нейтрализация заряда минеральных частиц или их блокирование адсорбирующимися макромолекулами полиэлектролита, а также сжатие поверхностного двойного электрического слоя, в результате чего минеральные частицы коагулируют преимущественно по нейтрализадаонному механизму теории ДЛФО. Наряду с этим не исключено образование адсорбционных полимерных мостиков, .способствующих соединению минеральных частиц во фпокулирущие агрегаты. Укрупнение частиц подтверждено данными седиментационного анализа. Изменение поверхностных свойств минеральных частиц полиэлектролитами и укрупнение частиц до образования капельно-жидкого фосфора существенно изменяет характер шламообразования. Это было подтверждено результатами исследований содержания фаз в фосфорном шламе, полученном во время проведения промышленных испытаний (рис.5). Наиболее эффективно на выход чистого фосфора влияет 0,01 - 0,03 % концентрации полиэлектролитов,■ когда содержание фосфора в шламе снижается до 9 - 10 % , а при концентрации более 0,05 % начинают проявляться стабилизирующие свойства полиэлектролитов. О влиянии полиэлектролитов на структурное состояние фосфорного шлама можно судить и по изменению его структурно-механических характеристик, которые показали, что при концентрациях полиэлектролита 0,005-0,025% наиболее сильно проявляются силы межмолекулярного взаимодействия и система имеет наибольшую пластическую прочность.'При этом наиболее благоприятные условия для взаимодействия полиэлектролита с минеральными частицами создаются в области рН 5.5 - 8,5, что." по -видимому, объясняется действием водородных и гидроксильных ионов как на поверхностные свойства минеральных частиц, так и на конфор-мзциз и соотношение активных функциональных групп макромолекул.

На основании теоретических экспериментальных исследований совершенствована технологическая схема отделения конденсации фосфора, позволяющая интенсифицировать процесс конденсации фосфора (рис. б). . .

Таким образом, результаты исследований по предупреждению устойчивости' фосфорного влама путем модифицирования шламообразующих минеральных дисперсий в газовой среде позволяют сделать заклю-

чение о том, что с помощью предлагаемой технологическом разработки можно эффективно вести процесс конденсации фосфора и. повысить-выход Чистого фосфора. ' '

ВЫВ ОДЫ

1. Предложена технологическая разработка, позволяющая путем модифицирования поверхности минеральных дисперсий иолифункционал!;-ными полиЗ.гэктролитами в; газовой среде сократить газопылевые выброси в окружающую среду, более рационально использовать фосфатное сырье, повысить прочностные1 "характерйстики фосфоритовых гранул, снизить образование фосфорного шлама и увеличить выход чистого фосфора.

2. Установлено, что при модифицировании поверхности фосфоритной пыли полиэлектролитами в газовой среде происходит частичная гидрофилизация и улучшение смачиваемости пыли, а добавление образовавшегося при этом шлама газоочистки в гранулируемую шихту интеней-фицирует гранулообразование и улучшает качество гранул. Повышение прочностных характеристик гранул объясняется миграцией макромолекул полиэлектролита в наиболее вероятные места локализации дефектов структуры,' способструющего диспергированию агрегатов фосфоритов и связывания вновь образовавшихся частиц в прочную структуру при ликвидации внутренних напряжений. Добавка иолимерсодержащего шлама газоочистки повышает производительность грануляторов и снижает температуру обжига гранул и пылевыделение при их транспортировке и переработке.

3. Методом математического планирования эксперимента оптимизированы основные технологические параметры, определяющие рациональ- 1 ный режим работы грануляционных аппаратов и качество фосфориторых гранул. ' ■ . ..."

. 4. Установлено, что за счет модифицирования поверхности пыли • печного газа полиэлектролитами в. газовой среде в значительной степени предотвращается адсорбция жидкого фосфора на минеральных частицах, вследствие чего снижается образование фосфорного шыма. При этом содержание фосфора в шламе снижается от 50 до 9-10 %.

5. Найдена корреляционная связь между снижением £ - потенциала поверхности минеральных дисперсий, при их. модифицировании полиэлектролитами в интервале -концентраций 0,01-0,04%, и увеличением вчхода чистого фосфора.

0. По расчетам на начало 1994 г. ожидаемый экономический эффект от внедрения разработок на Каратауском химическом заьоде и Шымкентском ПО "Фосфор" состарит 1840.6 тыс. тг/гсд.

- 16 -.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Бахов К.К.. Сарманов Х.С., Сатаев И.К. Влияние поверхностно - активных веществ на структурно-механические свойства фосфоритовых гранул // Комплесное использование минерального сырья. -1995, К 5,- с. 62-64.

2. Бахов Ж.К., Сарманов X.С., Сатаев И.К. Разработка рациональных режимов гранулирования и термообработки фосфатного сырья с применением водорастворимых полиэлектролитов//Наука и образование Южного Казахстана. Серия "Химическая технология и экология"! - 1995, N 2. -:С. 30-34.

3. Bakhov Zh., Satayev I., Sarmanov Kh. То the problem of the resource.savlng technology formation ln the phosphorus production. International ecological congress. Proceeding and abstrais.Section: Technology and the Environment. -Voronezh, 1936. -c.29-30.

4. Бахов Ж.К., Сарманов X'.С.. Сатаев И.К. Влияние водорастворимого полиэлектролита "УНИФЛОК"-на предотвращение шламообразования в производстве фосфора//Труды Международной научно-технической и учеб--но-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования". -Шымкент:1993, т.2. -с.23-25.

5. Бахов Ж.К., Сарманов X.С., Сатаев И.К. Интенсификация гранулирования фосфоритной муки//Труды II научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава. -Туркестан: 1993, -ЖГУ. -с. 180.

6. Бахов Ж.К., Сарманов Х.С., Сатаев И.К. Исследование процесса сушки фосфоритовых гранул в присутствии ПАВ. Деп.' в КазгосИНТИ

N 4797-Ка 94. В сб.: Депонированные научные работы. -Алматы. 1994, вып. 2. -с. 75. '

1. Бахов Ж.К., Сарманов X.С.. Сатаев И.К., Аширбекова Г.В. Экологическая целесообразность переработки отходов производства в удобрение//Труды научной конференции "Наука и технология-93". -Шымкент:1993. -с.225-226.

8. Бахов Ж.К., Сарманов Х.С., Сатаев И.К. К вопросу переработки птичьего помета в удобрение. Деп. в КазгосИНТИ N 4798-Ка 94. В сб.: Депонированные научные работы. -Алматы, 1994, ваг 2. -с.167.

9. Бахов Ж.К., Сарманов X.С., Сатаев И.К. Совершенствование способа переработки органических отходов в удобрения//Труды Международной научно-техниче* кой и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования". -Шымкент: КазХТИ. 1993. т.2. -с.269-270.

хС. Бзхоб К.К., Султанова З.А., йруьве-и м.К. Исследование изменения пог-орхиослияс сгойств кылей печного гас-а Фосфорного производства с пп?'сщь» водсрясп.оркмых по^излектролитов//7г;нсы 46 научно-студенческой ..онференнции по естественным техническим наукам, -шым-к?нт: КазХТИ. 1995. -с. 48.

ч'

11. Бахов Я. К'л Скроко И..П., Сатасз И. К. Реологические свойства суспензии "Г; ничьего помета в присутствии годсрасчворимых полимеров К-4, К-9//Труды "аучной конференции "Наука и технология-93". -Шьгмкект: 199о. с. 505.

12. Бахов Я.К., Сарманов X.С., Сатаев И.К. Влияние водорастворимых полиэлектролитов на структуру фосфорного шлама//Труда Международной научно-методической конференции "Проблемы и перспективы развития нефти, газа, энергетики и химик Туркменистана". -Ашгабат: 1995. -с. 165-166.

13. Бахов Ж.К.. Сарманов Х.С., Сатаев И.К. К.вопросу совершенствования технологии фосфоритовых грзнул//Груды наущо-теншпеской конференции "Проблекн развития предприятий основной 'й 'горной химии" -Шымкент, 1996. -с.21-25.

- 14. Бахов Ж.К. Сарманов Х.С., Сатаев И.К. К проблеме рационального использования фосфоритовых руд//Труды научно-технической конференции "Актуальные проблемы в экологии и природопользовании". -Кызыл-орда, 1996. -с. 23-24.

15. Положительное решение по заявке N 931392.1-4/3636 от 24.05. 93 г. Органо-минерэльиое удобрение и способ его получения //Бахов ■ Ж. К.. Сарманов X. С., Сатаев И. К.

,и/1 рак. ?.70Г:г 5

2300^

13

/А

явяе&К}

// #

1500."

ноо.! -1

р.

•Г|

I.

373 " 10?з" 1173 1273 Гз?5 К?3

• • / »г» •(

щр - - 1 • _ _

Рис.1. Изменение прочности фосфоритовых гранул на сжатие в зависимости от температуры обжига. 1 - без" добавок;______2 -.с 2% добавкой ПШГ; 3 - с 4% добавкой ПШГ.

Рис.' *

10, 8. 0. 4 2.

Рис.

0 2 4 6

Содеояание 1ШГ в «ихте, %

Влияние добавок ПШГ на прочность фосфоритовых гранул на истирание.

1 - злам газоочистки с полиэлектролитом УНК5Я0К; . 2 - яиам газоочистки с полиэлектролитом К-?

3. Технологическая схема производства фосфоритовых гранул с использованием полжерсодераа-

23-группа циклонов: 25-~чевмотранспорт: 26-вакуум-фильтр; 27-осветлитель; - 28-скруббер; 29-кап-леулоеитель: ЗС- мокрей грохот; 31-сгустктель. ,

9.1 ■ б 31

0 0,01- 0.02 0.03 0,04 0.05 С.06

С . 1

Рис. I. Влияние полиэлектролитсв на £ - потенциал поверхности минеральных дисперсий. 1 - К-9; 2 - УНИФЛОК.

1!.Ч. . „100

100

ф

10 20 30 40 50 .60 70 80 90 100 Ъ

Рко. 5. Влияние полизлйктролкта УНИФЛ0К_на изменение содержания Фап в системе фосфор - минеральные дисперсии'- вода.

Е - без добавок; Г - 0,001К; С - 0.005%; К - 0.0135; > - М - О, озх концентрации полиэлектролита.

г Л^лг Г

Г;ч\ 6. Технологическая схемг. отделения конденсации фэсОооа. 1.2,8,11,12,21,29,32- центробежные

■ ■ " ' зраГ 1С '

бсрк '

оггогственнко. "гор-:!..." и-"холодны:!": 18-гидрозатеср:. 15. 21--мешалки; 20^22-еккости^ля раство-

чагссн* 3 7.50-иого\гжные насосы: 4.6-сборк;:ки фосфссг; ¿'-сборник, щелочного оастзор 1Г.;к охлажденной воды;' 13-сборкик воды из гидрозатьоров; 16-газоходы: _15Л7-'Хонденсаторы, со-

10-сбор-

•г -

ров' ПЗ; "23-дозатор: 25-фильтр; 26-манометр; 27-ферсу;-::-:;:; гв-подогрьнатель; 31-сборник сточных вод.

го

I

Bakhov Zhumabek Kubeevlch

Effects of the modification of Mineral dispersion surfaces with . polyelectrolytes In the gaseoué'atmosphere for the Granulation of phosphorites and Condensation of phosphorous.

Results are presented of research Into the effects of modifying surfaces of phosphorous dust and dust from furnace gases with polyelectrolytes R-4.K-9 and UNIFLOC in the gaseous atmosphere. for the process of granulation of phosphorites and thé condensation of phosphorous. The adsorbtion of polyelectrolytic solutions in surfaces of phosphorous dust and dust from furnace gases is studied, as is the effects of polyelectrolytes on the wettability of thes»e minerals disperslal. Tae basis for the theoretical suppositions and experimental resarch is the proposed technological development allowing for the modification of mineral dispersion surfaces with polyelectrolytes In the gaseous atmosphere.

The installation of developed technology is connected to the systems of wet gas-cleansevs throgh technological lines in the granulation of phosphorites. Methods of mathematical planning for the experiments optimize the basic technological parameters, effecting the strength of the granules characteristics.

The proposed installation is also connected to the system of phosphorous condensation.- The effects of modifying furnace - gas dust on the character of formation of phosphorous sludge, and the output of clean phosphorous is studied. Also vegearched are the effects of polyelectrolytes on the ^-potential of stùdlng mineral dispersion surfaces. -

Бахоз Дукэбск Кубееззич

Маъдап дисперскялар юзасини газ ыуздидр иодификсциялашшнг фосфорит дснадорлип'г ханда фосфор конденсацпялэнишига гаъсирк

0 X У Л О С А

Дсссертацияда фосфорах чанги хрьдэ леч гоая чекги юзалоринк газ иухигда лолнфуикционгл акрил полиэлактроинлар из

УНИФЛОК) билан модификациялашиинг фосфоритни дснндор холге ухка-зишга иа фосфор кондснсощшлзнииига гаьсирини урганиз ньгакалори келтирилган. ¿осфорпт чанги за гюч гэзи чангида полиэлскх&и.чиглар эригмолври адоорбциясига к$ра каъдри дгсперскялар хуллааиспга тоъ-сири ашцланган. НазариИ за эксперт: опте л изланишлср есоспда иаъ-дан двсперсинлер юзасшш газ нуз^тда ыодофкксцмырхгс »ацгик Сср-угчп технологии очка халсия- зтилгон.

Таклиф эгилган технологии курилка фосфорпгни ;,онидор холгг; утказувчи технологии тизимдагк гизни хуллио' хозглаи- с;:сгсг.:аспда ишлатилган, газни тозэлзэда хрсил оулган, гарнисидо полкмер бор а лай фосфориспинг и;, У до заррачгларшш доиодор долга ухиигг, богловчи сифатида таклиф зхилгзи.

Фосфорит доилчалсри ьусхпхкамликларигз хаьсир. гтупчл ссс-сий техно логик курсахгичларии ошшаллеадо зкспсрмиешшк ксх&'з-тик рсюлйш усули фойдзлаиилгол.

Тсбсип этилган ку.рил.-.а фосфории копдснсоцинлаа скстеивсига эры цуллопган. Печ г&.чи чанги юзасшшнг модификвциялакасш фосфор алаки ва юза фосфор !.;ицдорнга хеъслр отар знак. Цукингдск, лолн-олсктроллтларлш.т влон хосил цилуичи кинсрал диснерслнлбр юаней ф-потенциалиг!) хаъсири урганилгай.

БОСМЛХОНЛГЛ ТОПШИРИЛДИ ' С- '->6 й. БОСНШГА РУХСЛТ ЭТШ1ДИ ¿oytsó fi. К.ОГОЗ БИЧНМИ 60x84 1/1G. ОФСЕТ БОСМА УСУЛИ. ДАЛОВИ 60 /1У0ХА. БУЮРТИЛ

5 3 Р ОЛ »КИБЕРНЕТИКА» НИЧБ СИГА 1\АРАШЛИ КИБЕРНЕТИКА ЦИСТИТУ ГИНШ1Г БОСМАХОНЛСИДЛ

ЧОН ЭТИ.ЧГАН :саш. тошкент. о. хгжаев кучасн 34 уи.