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

ЛчЛДОШ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН . ИНСТИТУТ Х1ЙГПГ

\ ■ ; >

Иг правах руксяш: УМ 511.182:673.744

БАХОВ ©'К/ПЕК КУьЕНВКЧ

ВЛИЯНИЕ ИОДКФЙЦЙРОВАШШ ПОВЕРХНОСТИ (МИНЕРАЛЬНЫХ ДИСПЕРСИЯ ПОЛИЭЛЕКТРОШТАМН В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ НА ГРАНУЛИРОВАНИЕ ФОСФОРИТОВ И КОНДЕНСАЦИЮ ФОСФОРА

02.Си.11 - коллоидная и мембранная химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ - 1996

Работа выполнена на( кафедре физической и коллоидной химии Южно-Казахстансксго 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 "30" 1996 года 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 UO&E f fl_1996г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор химических наук^Т" ¿^¿¡¿^j*——РтУг£*хматкариев

- з -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

о

С 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 мелкие 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 .ч '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 эмульгосуспензионнгя система фосфор - минеральные частицы - вода обладает значительной агрегативной устойчивостью. Из-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 нами сделан коллоидно-химический подход, предусматривающий изменение поверхностных свойств минеральных дисперсий полиэлектролитами в газбчой среде, что . позволит снизить количество отходов и увеличить еыход конечного продукта.

считаю своим долгом вьшазить огромную благодаоность к у н Сарманову X.С. за руководство над работой. .

- 4 - -

Цель-, и задачи работы. Цель» диссертационной работы является исследование влияния модифицирован! л поверхности минеральных дисперсий полиэлектролитами К-4, К-9 и УНЙФЛОК на улучшение условий получения и свойств фосфоритовых гранул и повышение выхода чистого фосфора. ...

В сооответствии с этой целью решали следующие задачи:

- исследование. адсорбции растворов полиэлектролитов на поверхности фосфоритной пыли и пыли 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 -условиячполучения 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 сьязующего 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 Ребкндэра. Вновь .образую- ' щиеся частица связываются в бездефектную и ненапряженную структуру; Методом математического планирования экспериментов оптимизированы ■ основные технологические параметры, определяющие прочность гранул, получаемых с добавкой полимерсодержащих шламов газоочистки.

Елервыз найдена корреляционная связь меяду снижением потенциала поверхности минеральной части фосфорного атака. при ее кодифицировании полиэлектролиташ в области концентраций 0,01-0,0455, и увеличением выхода чистого фисфсра. Совершенствовали технологиеские схемы стадкй грануляции фосфоритов и конденсации фосфора путем внедрения разработки по модифицированию минеральных дисперсий в газовой среде.

Практическая значимость работы. Предложенная технологическая разработка позволяет:

- рационально использовать запасы фосфоритовых руд:

- уменьшить загрязнение окружающей среды газопылевыми выбросами производства;

- п(;г:-:- "ь 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 экономически эффект ст внедрения разработок на Каратауском химическом заводе и Шкмкентском ПО "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 ПлВ и бентополимерных композиций и их применение в металлургии, нефтяной и химической промышленности ( Гос. регистрац. II 01860050204 ).

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены нг.: международной научно-технической и учебно-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования" /Шьшент, 1993г. /. на конференции профессорско-преподавательского состава Международного казахско-турецкого университета /Гуркестга!, ' 1593г./, на научно-технической чскфережпй "те>;колопз--33", на международной научно-методической конуре:-®«! "Простат и-лфз-

-..).- 6 -

пектины ралыгош нефти, газа, энергетики и хшйш Туркменистана'1 /Ашхабад, 1Э95г. /, на нау°но-техшческой конференции "Актуальные . проблема в эколмяп и природопользовании" /Кызылорда, 1996г./, на научнс-технической конференции «Проблемы развития предприятий основной и горно.1 химий" /Шьшкент, 1996г. / и на научно-техническом совете КХЗ к ЧПО "ёосфор". • ~ . ■

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 научных статей и 4 тезиса докладов. Имеется 1 положительное реиеняе на получение патента. '

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Бо 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 агрегативяой 'устойчивости фосфорного шлама, показана малоизученность проблем и обоснована целесообразность использования водорастворимых акриловых по~ лиэлектролитов 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 фосфорный шлам из сборников фосфора. Для регулирования структурообразования фосфоритовых гранул к извлечения фосфора из фосфорного шлама были использованы водорастворимые акриловые полиэлактролитч 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, седаментационный. микрозондовый.

••л;;рог,знтгс1;о(;пе;:7пальт-::; аиалнзн, а также кетодч исслодозакия структурно - кзхшипшскюс, физико-хкмичоских. теплофикическа:-: п злектрокинетических свойств дисперсных скстеи.

В третей главе рассмотрены комоидко-хишчеекпз аспекты технологических мероприятий по шяифишровайшз поверхности минеральных дисперсий в газовой среде. Выбор газопоп среди для модифицирования генеральных дисперсий объясняется рядом причин. Во-первых, в газовой среде минеральные дисперсии облагают хорошо доступней для макромолекул водтлекттмшта и развитой поверхностью, что позволяет прзяпологать рор^зянуи зону их адсороцаокного взаимодействие . Во-вгорц:;, -засч'ет ;,;б;:::с«!ЦпроваШ!Л поверхности ымзрзлыЕОС дяспорсйй в газовой среде иозио предотвратить ш<ой кежзлателькнй процесс, как адсорбция ¡жидкого фосфора на минеральных частицах, который обусловливает устойчивость фосфорного шлама, снижая,-тем самым, качество фосфора. В-третьих, модифицирование поверхности минеральных дисперсий в газовой среде позволяет повысить степень пылеулавливания в мокрых газоочистных аппаратах, снижая, тем самым, количество вредных выбросов в окрук'яв'дув среду. В рассматриваемых стадиях технол^.....-и фосфора есть участки, где эта 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 ня 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 полиэлектролита, дозатора, насоса, фильтра и специально изготовленных нал® центробежных форсунок, которая позволяет регулировать расход растзсрг полиэлектролита и обеспечивает более тоьксдисперсный его распыл в газовую среду:

Таблица 1

Адсорбция и десорбция попэлектролйт.ов ■ на поверхк )стд фосфоритной ныли и печного газа.

Название¡Концегтрация ! Фосфоритная пйль I Пыль печного газа ьолиэл- |полизлек-лита,I ----------------------—---------------

ек-лита 1мг/100 мл ■ | А, кг/г |Д,мг/100мл| А, мг/'г!Д, мг/ЮЛмл

К-9 1,0 0.4 - ' 0,3 ; - .

3, 0 '. 1,2 0,03 0,9 0,03

5,0 1.5"" 0,05. 1,2 0,03

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 сззйстз гранул.

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

Опитно-промыилеь.шми испытаниями установлено, что использование растворов полиэлектролитов позволяет снизить степень недо-улавлизания пыли в . мокрых газоочистных аппаратах с 3,6-4,3 до 0.6-1,1!?. чтЬ'обьясняется увеличением смачиваемости пилей и частично гидрофилизацией поверхности частиц, при этом наиболее эффективным является 0,03% концентрация полиэлектролитов, при удельном орошении 2,5-3 л/м°(табл. 2).

Полимерсидержащий шлам, полученный при мохрой газоочистке, в дальнейшем был использован для интенсификации процесса гранулирования фосфоритов и улучшения структурно-механических свойств гранул. Фосфоритовые частквд. модифицированные полиэлектрс питом интенсифицирует зародкшеобразование за счет образования контактов поверх-

Таблица ?.

Условия проведения и результаты огштно-прошшленшк испытаний влияния растворов полиэлектролитов на показатели мокрой газоочистки.

Ч IНазвание |Концтия |Гидравл. ¡Величина IРасход [Темп-ра (Степень |полиэлек- Iраствора ¡сопротиБ-1удельного Iор-цеП |газа на !недо-¡тролита • !полиэлек-|ление, I орошения, 1жид-ти. I входе в 1угавли-I |тролита,%\ Па I л/м^ I м3/ч |апп-т, К1вания,%

1 _ Сода - ■ 700 1,0 ' 8 373 4,3

2. Вода - , 740 0 3,9 383 4.0

3. Еода - 800' М 5,0 383 2.6

К-9 0,005 '710 1,0 2,3 383 1.9

5. К-9 0.005 790 3,0 4,8 373 1.6

5. 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

3. К-9 0.03 730 1.0 2,8 383 0.9

л К-9 0,03 790 3,0 5,0 - 383 0.7

10. УНИФЛОК . 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 0,6

тость-поверхность и поверхность-полимер-поверхность. Полученные ггри этом фосфоритовые гранулы выдерствали до 14-17 сбрасываний с высоты 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, ссответст-зено, 26,7 и 29,1 н/гран. Эффективное влияние полимерсодеркааих лламов газоочистки на структурно-механические свойства сырых фосфо-зитобых гранул объясняется адсорбцией макромолекул полиэлгктролита га активных центрах поверхности (трещины, сколы, ребра) и действия :пл расклинивающего давления согласно эффекта Ребиндера, споссбст-зуюшего .диспергированию агрегатов фосфоритов, образующиеся при эаскрытии микротрещин новые п'зерхности способствуют сбразозаниэ зовых контактов между структурными элементами гранулы и создан;;::

условий для болеэ плотной укладки частиц, а ^наличие макромолеку.г полиэлектролита приводит при зтом к дополнительному склеиванию час тиц, что также вносит сзой вклад в упрочнение структуры гранул 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 грачул.

При использовании полимерсодержащих шламов газоочистки в 3,5 - 4 % у.концентрации прочность обожженных гранул повысилась до 2700 н/гран., что, по-видимому, объясняется 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 продолжитель- ' ность обжига 600 с. Основные,технологические параметры, определяющие прочностные характеристики гранул, были- оптимизированы методом математического планирования эксперимента. Полученная математическая модель, которая адекватно описывает эксперимент, имеет следующий вид:

2044,02+302,12x^+428,37х -178.23x^+333.21х4+165,41х*-410,2х§-19,82х* (1)

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

х,,- содержание -олимерсодержащего шлама газоочистки в гранулируемой шихте, - 3,57

х^-температура обжига фосфоритовых гранул, К - 1435

х3-Дйаметр гранул, м -0,15

х^-массовая доля фракций 0,063-10 м, % - 59,81

Структуру термообработанных гранул, полученных с добавкой и бездобазок 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 выдерживают внутренние напряжения, в результате чего образуются многочисленные микротрещины. В отличие от них гранулы, полученные с добавкой поли-

мерсодержащих шламов газоочистки практически не имеют микротрещичЛ скол, что подтверждает предложенный Еыше механизм создания благоприятных условий для перемещения и более плотной укладки структурных элементов гранул за счет диспергирующих свойств макромолекул полиэлектролита по микрощелям и образования межчастичных полимерных мостиков. Взаимное расположение частиц в любом микробъеме гранулы при высокотемг°,ратурной 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 шихте достигается повышение прочности на истирание до 2-2,2%, что объясняется равномерным распределением влаги и межчастичного сцепления1 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 иламы газоочистки, играют многогранную роль в формировании структуры фосфоритовых гранул. Адсорбируясь на поверхности частиц они изменяют частично приро; оверхности, гидрофнлизируя ее, и,способствуя тем самым, повышенн.. смачиваемости, 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, шенылая энергозатраты за счет ¿никекия 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 отн^дению к трещинам выполняет столсрнуа роль. Однако гранулы, полученные со шламовой добавкой, менее подвер-

яены развития разрушающей магистральной трещины за счет уменьшения размера пор и их равномерного распределения по сечению гранулы, чт подтверждают резупьтаты эл&лроняо-микроскопических исследований, также исследований влияния полимерсодержащих шламов газоочистки ка выход кондиционных гранул, в ходе которых повысилось содержание кондиционкных Фракций от 87-88 до 96-98 % . Повышение прочности гранул на истирание к выхода кондиционных гранул позволяют значительно сократить пылевыделеше при их -"ранспортировхе и переработа

Разработанная ка основании теоретических и экспериментальны: данных,, а также опытно-нромкшлзиных испытаний технологическая схем; производства фосфоритовых гранул с дополнительным узлом подачи пол; электролитов в мокрые газоочистные аппараты и использованием уловленных шламоЕ газоочистки в процессе гранулирования мелкодисперснг: 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 цельк предупреждения устойчивости фосфорного шлама.

Промышленные испытания на Шыккентском ПО "Фосфор" проводились путем подключения опытной установки, описанной в главе 3,' в вер" часть газохода, находящегося между электрофильтрами и башнями кои, • сации, что обусловлено тем, что в верхней части газохода фосфор в о новном находится в парообразном состоянии. Результаты промышленнь 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 НдР04, Н351Г6, .'(ОК. На20'$10а. которые адсорбируясъ на позерхнсстк минеральных частиц могут обусловливать образование двойного электрического

Таблица 3

Результаты промышленных испытаний влияния акриловых полиэлектролитов на извлечение Фосфора из шлама.

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

1 пелиэлек- 1 раствор- ¡раствора 1 газового ¡газа на |1 азового 1 товар-

1 тролита ' полиэ.л- 1полиэл- ! потока, 1зыходе 1 потока. |ного

: 1 1ектроли- !ектроли- 1 г/ни3 !из эл-ф. I м/с 1фосфо-

1 1'а, мэ/ч 1 та, % 1 1 К 1 1ра, й

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 78,5 570 3, 5 42, 0

5. УНИФЛОК . 40 0,001 77.8 600 3.1 42,8

6. К-9 ■ 20 0. 005 66,4 570 . 3.2 47, 6

7. К-9 40 0,005 79.5 . 560 3.6 48. 1

8. УНИФЛОК ' 20 0,005 78,7 590 3.5 43.8

9. УНИ^'""' 40 0, 005 76,6 580 3.2 49,5

10. К-:' 20 0,01 62,1 ' ' 550 3.5 ' 57.8

40 0,01 67,9 590 3.4 58,5

" лок 20 0,01 81,5 600 - 3,2 60,5

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 Н5Р04 выше 75 мг/100 мл Н20 и Н231Рб выше •8 мг/100 мл II 0 происходит перезарядка минеральных частиц, и с дальнейшим увеличением концентрации электролитов плотность отрицательного заряда увеличивается, а наличие таких электролитов, как КОЙ" 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 иолиэлехтролитов 0,01 - ^,04 % происходит значительное снижение .электрокинетического потенциала, что видимо

связано с,адсорбцией макромолекул полиэлектролита на поверхности частиц и образованием, в результате этого, адсорбционных слоев ввиде петель, сегментов, хвостов, способствующих ..отодвиганию границы скольжения двойного электрического слоя в объем раствора. Симбатно с этим, по-гвидимому, 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 нейтрализационному механизму теории ДЛФО. Наряду с этим не исключено образование адсорбционных полимерных мостиков, .способствующих соединению минеральных частиц во фпокулирующие агрегаты. Укрупнение частиц подтверждено данными седиментационного анализа. Изменение поверхностных свойств минеральных частиц полизлектролитами и укрупнение частиц до образования капельно-жидкого фосфора существенно изменяет характер шламообразования. Это быяо 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-мациэ и соотношение активных функциональных групп макромолекул.

На основании теоретических экспериментальных исследований соверв;енствована технологическая схема отделения конденсации фосфора. позволяющая интенсифицировать процесс конденсации фосфора (рис. 3). . .

Таким образом, результаты исследований по предупреждению устойчивости фосфорного шлама путем модифицирования шламообразую-щих минеральных дисперсий в газовой среде позволяют сделать заклю-

- 15 - ... ...

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

ВЫВОДЫ

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

2. Установлено, что при модифицировании поверхности фосфчз-ритной 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, способствующего диспергированию агрегатов фосфоритов и связывания вновь образовавшихся частиц в прочную структуру при ликвидации внутренних напряжений. Добавка полимерсодеряащего шлама газоочистки повышает производительность грачуляторсв 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 фосфоритовых 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 ыыма. При этом содержание фосфора в шламе снижается от 50 до 9-10 Л.

5. Найдена корреляционная связь между снижением £ - потенциала поверхности минеральных дисперсий, при их модоФшг.1ровап;:а полиэлектролитами в интервале концентраций 0,01-0,04%, и увеличением в'кода чистого фосфора.

С. По расчетам на начало 1994 г. ожидаемый экономический эффект от внедрения разработок на Каратауском химическом заводе и , Шымкентском ПО "Фосфор" составит 1940.6 тыс.тг/год.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

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

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

3. Eakhov Zh., Satayev I., Sarmanov Kh. То the problem of the ■ resource.savlng technology formation ln the phosphorus production. International ecologlcal congress. Proceedlng 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 иламообразования в производстве фосфора//Труды Международной научно-технической и учеб-. но-методической конференции "Актуальные проблемы науки, технологии, производства и образования". -Шымкент:19ЭЗ, т.2. -с.23-25.

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

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

И 4797-Ка 94. 3 сб. : Депонированные научные работы. -Алматы. 1994, вып. 2. -с. 75.

7. Бахов К.К.. Сарманов Х.С.. Сатаев И.К., Аширбекова Г.Б. 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 H 4798-Ка 94. В сб.: Депонированные научные работы. -Алматы, 1994, выг 2. -с.167.

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

1С. Ь'зхоб Ж. К.. Султанова з.а., п«->ьсеа М.К. Кесяелование изменения поверхностных ср^-ств пылей печного га; a e¡oсцс-рного производства с по/сщью подернет: орпмых во^злсктролитов//Тгзисн 46 иаучно-отуденческсй ..онференнции по естественным техническим наукам. -Шым-кент: КазХТИ. 1995. -с. 48.

11. Бахоз К.К'Л Скроко И..П., Сетасз И. К. Реологические свойства суспензии"пничьего попета в присутствии годсрас'1 военных полимеров К-4, К-9//Труды "аучной конференции "Наука п технологня-93". ^ -Шымкепт: 199ч. с. 505.

12. Бахов К.К., Сарманов Х.С., Сатаев И.К. Влияние водорастворимых полиэлектролитов ка структуру фосфорного илама//Труда Международной научно-методической конферелцки "Проблемы и перспективы развития нефти, газа, энергетики и химии Туркменистана". -Ашгабат: 1995. -с. 165-166.

13. Бахов Ж.К., Сарманов Х.С., Сатаев И.К. К. вопросу совершенствования технологии фосфоритовых гранул//Труды научно-технической конференции "Проблемы развития предприятии основной Í1 'горной химии" -Пымкент, 1996. -с. 21-25.

14. Бахов Ж.К. Сарманов Х.С., Сатаев II. К. К проблеме рациональ ного использования фосфоритовых руд//Труды научно-технической конференции "Актуальные проблемы в экологии и природопользовании". -Кызыл-орда, 1996. -с.23-24. 4

15. Положительное решение по заявке М 931392.1-4/3636 ст 24.05. 93 г. Органо-минерэльное удобрение и сь'оссб его получения //Бахоз -Я. К., Сарманов Х.С., Сатаев И. К.

2300

1300.!

1500.»

1100.1

?ио.

■г/'

Р? -

с?

с

«О I

973' 1073 1173 1273 1373 1473

т, К

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.

10.

С.

2.

0 2 4 6

Содеояание П2Г в «ихте, %

Рис. 2. Влияние добавок ПШГ на прочность фосфоритовых гранул ■■■- на истирание.

1 - ллам газоочистки с полиэлектролитом УНК-5Л0К;

2 - шлам газоочистки с полиэлектролитом К-Г

В

Тис. 3. Технологическая схема производства фосфоритовых гранул с использованием полимеосодержа-. е;их аламоз газоочистки. 1,3-емкости для приготовления растворов ПЭ; 2.5-металки; 4-дозатор; б-насос; 7-фильтр; 8,13.17.19,24-бункера; а-шнекоЕЫй смеситель; 10.14,20-коннейера; и-гвануля-тор; 12-весодозатор: 15-укладчик; 1ь-обжигозая машина: 13-грохот; 21-мельница; 22-сепаратор; 23-группа циклонов; 25-~чевмотранспорт; 26-вакуум-фильтр; 27-осзетлитель; - 23-скруббер; 29-кап-леулоуитель; 30- мокрей грохот; 31-сгуститель.

кВ 18.4

15

12„

• 3 ' Б 3

г- 2 ¿¿О I

О 0,01- 0.02 0.03 0.04 0.05 0.02

С .

Рис. Влияние полиэлектролятсв на £ - потенциал поверхности минеральных лисперсий. 1 - К-9: 2 - УНИФЛОК.

,100

100,

©

10 20 30 40 50 .60 70 60 90 100 Б

Рис. 5. Влияние полкэл'йктролита УНИФЛОК_на изменение содержания Фаз в системе фосфор - минеральные дисперсии - вода.

Е - без добавок; ? - 0,001?;; С - 0.005%; К - 0.01%; М - 0,03% концентрации полиэлектролита.

I

го

-¡оП волн; 13-сосрн... . .

оггоготвеннко. "глги •"холодный"; 18-п:дсозатес-о: 15.21-мешалки; 20,22-емкости для оаство-рсв ПЭ; 23--;сзатор; 25-фильтр: 26-макокетр; 27-фсосунк;:; гз-г.одогсенатель; 31-сборник сточных вод.

Bakhov Zhuniabek Kubeevlch

Effects of the modification of Mineral dispersion surfaces with polyelectrolytes In the gaseous'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 adsorbtlon 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 these minerals dlsperslal. Tne 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 or 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.

Бзхоз ¡Кумабек Кубеевич

Маъдан дисперсйялзр юзаелни газ музфгда модифинециялаынинг фосфорит дснадорллгп" х,анда фосфор конденсация;танишига тоьскри

■ X У Л О С А

Диссертация да фосфприт чаиги лрьда лоч газ;; чйкги юзалориик газ иузуилэ нолнфункциежзл окркл лолиэлектролптлар (К-^.К-З; ва УНИФЛОК) билан нодифииацияяашнинг фосфорита» донндор холге утка-зишга ва фосфор кондснсощ'.нлакииига гаъсирини ургаика кыгахалэрп келтирилгин. Фосфори? чангн во печгэзи чангнда полиэлсктродитлар эритыолари адсорбвднсига «ура к&ьдон дасперскялар хулланиекго тоь-сири аиицлонгон. НазариИ за экс и ерши; иг б л нзленишлср асоседа коь~ дан досперсиялер юзасшш газ муартда иода^ккецкилезге >:з 1:01: оер-угчк технологии нчш толсия- зтилгзи.

Так лиф этиягон технологии цурпяла ;[>осфср;;тт; ¿она дер холга уткэзувчи технологии тизимдагк газнп хуллаб юсалац епстекэсида ишлатилгак, газни гозалэада хреил Оулга и, тарнпидда полк.',ер йор о лай фос<1;ор1ШШнг иг. к до гэррочедоршш донадор холга ухаизя^Ай бог ловчи сифатида таклиф этилган.

фосфорит доилчалсри (.'.усгахиамликларнгз таьспр ггупчл сессий технологии курезтгичларни опгиколлаадо акспсрииенгнк дох&'э-тик роке лет усу л и фойдзланилгон.

Тсесия этилган куря л:.1.о фосфорпи кондснсоцнялаа сг.стеивсигз дои цул:кл;гак. Псч г&.чи чанги вззеишшг кодификация лошти фсс|ор илокв ва юзе фосфор ницдорига тсъе/р этар зкан,- Ууниигдск, по.тд-элсктролитлариикг план х,осил цплуичи пшерул диспсрсиллар кзнси £-погенцналига таъсири урганилган,

БОСМАХОНАГЛ ТОП1Ш1РИЛДИ 2f. а.

БОСИШГА РУХСЛТ ЭТИЛДИ f,. КОГОЗ

БНЧИМИ COxtí-i 1/IG- ОФСЕТ БОСМА УСУЛИ. ддловн 60 . 1УСХЛ. БУЮРТМЛ £>/

5 3 р фа »кибернетика* инчб сипл клрлшли кибернетика 1шституги1шпг босмахс11асида чоп этилган

:оаш. тошкент. ф. хгжаев кгчасн уи.