Способ утилизации промышленных отходов с получением техногенного грунта Российский патент 2024 года по МПК B09C1/08 

Изобретение относится к области экологии, а именно к утилизации промышленных отходов ПО, конкретно отходов производства эфелей, образующихся в виде крупнотоннажных хвостов обогащения фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата (фосфоритной муки) с получением экологически чистого техногенного грунта, с последующим его использованием в сельском хозяйстве для рекультивации земель.

Переработка эфелей (отходов с размерами частиц 0-2,5 мм) и других отвалов в химической промышленности становится во всем мире первостепенной задачей, поскольку их скопления достигли критических величин.

Экологические проблемы, связанные с хранением хвостов обогащения фосфоритов, их огромное количество, накопившиеся в отвалах по России, вынуждают считать вопрос утилизации весьма актуальным.

В связи со сказанным разработка способов утилизации промышленных отходов производства фосфоритного концентрата (фосфоритной муки) является актуальной задачей.

Существует достаточно много изобретений по утилизации промышленных отходов в нефтяной промышленности, а именно бурового шлама, отходов при производстве фосфорной кислоты - фосфогипса, отходов при производстве удобрений, поэтому разработка способов утилизации хвостов обогащения фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата также представляет большой интерес и поиски новых технических решений.

Известен способ утилизации бурового шлама с получением экологически чистого грунта, включающий смешивание бурового шлама в качестве промышленных отходов и технологической добавки: песка 15%, гипсового камня (фракции 0-60 мм) в количестве 5%, диатомита - 5%, глауконита - 5%, с дальнейшим механическим перемешиванием компонентов до получения экологически чистого грунта (RU 2661831, В09С 1/08, 19.07.2018).

Недостатком известного решения является избыточное количество песка, что снижает возможность использования грунта для рекультивации некоторых видов почв, например глинистых, и достаточно низкий коэффициент используемых отходов (не более 70%).

Известен способ утилизации бурового шлама для получения техногенного грунта, который включает смешивание бурового шлама в качестве промышленных отходов, песка - 25% от объемной доли бурового шлама, фосфогипса в количестве 3-5% от массы бурового шлама, минерального сорбента (глауконит) в количестве 5-10% от объемной доли бурового шлама, перемешивание указанных компонентов до получения техногенного грунта и посевом культур - фитомелиорантов в сочетании с гуминовым препаратом «Росток» - 200-400 л/га (RU 2631681, В09С 1/08, 26.09.2017).

Недостатком известного решения является большое количество песка и введенного гуминового препарата «Росток», т.к. его использование удорожает процесс утилизации и достаточно низкий коэффициент используемых отходов (60-67%).

Известен способ утилизации промышленных отходов в виде нефтешламов с получением почвогрунта, который включает внесение в нефтешлам фосфогипса в количестве 0,25% от массовой доли нефтешлама, песка в количестве 25% от массовой доли нефтешлама, торфа в количестве 50% от массовой доли нефтешлама, сорбента глауконита в количестве 4% от массовой доли нефтешлама, перемешивание смеси указанных компонентов, последующую обработку смеси биологическим препаратом «Дестройл» - 1,5-2,0 г/кг нефтешлама, затем гуминовым препаратом «Росток» в количестве 10 мл/кг нефтешлама (RU 2704654, В09С 1/00, 31.10.2019). Коэффициент используемых отходов несколько выше аналогов и составляет около 80%, однако высокое содержание торфа в конечном продукте ограничивает его использование.

Все приведенные известные технические решения направлены на утилизацию буровых шламов, для утилизации хвостов обогащения фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата малопригодны из-за низкого коэффициента использования отходов, хотя имеют общие признаки: промышленные отходы, ряд общих технологических добавок.

Основным недостатком известных способов является низкий коэффициент использования самих отходов буровых шламов, т.е. эффективность известных способов достаточно низкая, не более 80%.

Задачей изобретения является разработка эффективной и экономически целесообразной технологии утилизации хвостов обогащения фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата (фосфоритной муки) с получением экологически чистого техногенного почвогрунта.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа утилизации за счет высокого коэффициента использования эфелей и получение техногенного грунта с улучшенными агрохимическими свойствами и продуктивностью.

Технический результат достигается тем, что способ утилизации отходов производства с получением техногенного грунта включает в качестве отходов хвосты обогащения фосфоритной руды (эфеля), образующиеся при производстве фосфоритного концентрата, основу которых составляет смесь глауконита, кварцита, апатита, калиевого полевого шпата, пиритов и гипса, указанные эфеля обрабатывают азотной кислотой при постоянном перемешивании с последующей стадией нейтрализации реакционной смеси известковым молоком или аммиачной водой до нейтральной реакции, при этом после стадии нейтрализации в реакционную смесь может быть введена технологическая добавка (мелиорант), по крайней мере, одна из ряда, включающего: торф, сапропель, фосфогипс, мочевина, органическое удобрение: навоз, биогумус, птичий помет в соотношении, необходимом для получения техногенного грунта, после чего полученный готовый продукт направляют потребителю.

Фосфоритный концентрат ФК представляет собой обогащенную фосфорную руду, которую получают при промывке руды водой, при этом хвосты этого процесса и есть мытые отходы в виде порошков высокой дисперсности. В производстве такие порошки получили технический термин «эфеля», количество которых в хвостах содержится до 40 мас. % руды.

Опробирование предложенного способа проведено на эфелях (отходах) обогащения фосфоритной руды Егорьевского месторождения фосфоритов и содержит следующий основной минеральный состав в мас. %: структурный тип апатита формулы Ca₅(PO₄)₃(F, OH, C) - 13; кварц SiO₂ - 25; пирит FeS₂ - 1,0; глауконит (K, H₂O)(Fe³⁺, Al, Fe²⁺, Mg)₂; [Si₃AlO₁₀](OH)₂×nH₂O - 56; калиевый полевой шпат (K(AlSi₃O₈) - 1,5; гипс CaSO₄×H₂O - 1,0.

Химический состав отходов показал также содержание в них: оксида фосфора P₂O₅ до 6 мас. %; оксида калия K₂O до 3,04 мас. %; оксида кальция СаО до 9,63 мас. % и других менее важных элементов для получения почвогрунта (всего 66 наименований элементов).

Для кислотной обработки эфелей используют азотную кислоту концентрации не ниже 20%, выдерживают образующуюся реакционную смесь при постоянном перемешивании в смесителе не менее 30 минут с последующей стадией нейтрализации смеси щелочным реагентом, преимущественно известковым молоком (технический термин) или аммиачной водой, или доломитовой мукой до рН не менее 5, затем после перемешивания смеси в течение не более 30 минут, полученный готовый продукт извлекают и направляют на использование, при этом указанные отходы берут в количестве до 85 мас. %, которые содержат глауконита в количестве не менее 56 мас. %. После стадии нейтрализации реакционной смеси в остаток может быть добавлена технологическая добавка (вариант 2), по крайней мере, одна из ряда, включающего: торф, сапропель, фосфогипс, мочевина, органическое удобрение: навоз, биогумус или птичий помет в количестве не более 50% от массы отходов с последующим перемешиванием указанных компонентов в соотношении необходимом для получения техногенного грунта.

Следует отметить, что время кислотной и щелочной обработки зависит от количества отходов и количественного содержания технологической добавки и, как правило, составляет около 60 минут.

Количественное соотношение технологических и эфелей между собой регулируется экспериментально.

Указанные технологические добавки используют в количестве не более 50 мас. % в зависимости от вида почв. Так, для песчаных почв используют торф и/или сапропель в количестве до 30%.

Для глинистых почв используют только торф в количестве 35 мас. %.

Основным достоинством предлагаемого технического решения, наряду с его низкой себестоимостью, является высокая степень утилизации отходов (до 100%), а также наличие достаточно высокого содержания калия, азота, фосфора и кальция в конечном продукте, которые в результате химической реакции с азотной кислотой переходят в усвояемую форму. Утилизация скопившихся огромных запасов эфелей, достаточно высокое содержание в них оксида фосфора, калия, азота, полуторных оксидов железа и алюминия, микроэлементов снижает экологическую нагрузку на регионы, где находятся отвалы отходов производства фосфоритного концентрата.

Усвоению эфелей благоприятствует тонина (тонкость помола), а также внесение их в почву совместно с технологическими добавками, представленными в формуле.

Все технологические добавки, указанные в формуле, используют в стадии поставки, их выбор и соотношение определяется видами почв. Технологическую добавку предварительно измельчают преимущественно до 0.5 мм, затем смешивают с отходами после обработки их азотной кислотой. Готовый продукт выгружают и либо вводят в грунт в количестве не менее 400 м³/га, либо используют самостоятельно.

Сущность способа подтверждается примерами.

Пример 1

В объем смесителя барабанного типа загружают отходы, представляющие собой хвосты обогащения фосфоритной руды (эфеля) при производстве фосфоритного концентрата, в количестве 850 кг (85 мас. %), содержащие глауконит в количестве 56 мас. %, затем в объем подают разбавленную азотную кислоту концентрации 20% в количестве 15 мас. % и обрабатывают отходы азотной кислотой при постоянном перемешивании в смесителе в течение 60 минут, измеряют рН, который составляет 2, и проводят последующую нейтрализацию реакционной смеси аммиачной водой до рН 6, полученный продукт извлекают и направляют по назначению. В конечном продукте исходного отхода не обнаружено, т.е. осуществлена полная 100% утилизация эфелей.

Пример 2

Все как в примере 1, но после стадии нейтрализации аммиачной водой в реакционную смесь добавляют 15 кг (15 мас. %) фосфогипса в качестве технологической добавки, перемешивают смесь в течение 30 минут.

Как и в примере 1 в конечном продукте исходного отхода не обнаружено, т.е. осуществлена полная 100% утилизация эфелей.

Пример 3

Все как в примере 2, но в качестве технологической добавки используют сапропель и птичий помет 1:1 по весу в равных долях, в количестве 20% от массы отходов, время обработки азотной кислотой составляет 40 минут, нейтрализацию проводят до рН 7 добавлением известкового молока с последующим перемешиванием в течение 20 минут.

Полученный техногенный грунт по указанным примерам был внесен в песчаную почву с нарушенным почвенно-растительным покровом из расчета 400 м³/га, которую засеивают кустовой зеленью. Через 2 недели нарушенные места грунта покрылись всходами, при этом с обработкой по известному способу всходы появляются через месяц.

Полученный техногенный грунт может быть использован также при рекультивации нарушенных земель, для восстановления заброшенных и загрязненных почв различного вида, для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, в качестве удобрения или для снижения концентрации нефтепродуктов в нефтешламах и тяжелых металлов различного вида отходов.

Таким образом, разработан эффективный и экономически целесообразный метод утилизации хвостов обогащения (эфелей) фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата за счет высокого коэффициента использования эфелей (до 100%) и получения техногенного грунта с улучшенными агрохимическими свойствами и продуктивностью.

Предложенный способ утилизации снижает экологическую опасность загрязненных районов и может быть легко автоматизирован.

Изобретение относится к области экологии, а именно к утилизации промышленных отходов производства эфелей, образующихся в виде крупнотоннажных хвостов обогащения фосфоритной руды при производстве фосфоритного концентрата (фосфоритной муки) с получением экологически чистого техногенного грунта, с последующим его использованием в сельском хозяйстве для рекультивации земель. Способ утилизации отходов производства с получением техногенного грунта заключается в том, что в качестве отходов используют хвосты обогащения фосфоритной руды - эфеля, образующиеся при производстве фосфоритного концентрата, основу которых составляет смесь глауконита, кварцита, апатита, калиевого полевого шпата, пиритов, гипса. Указанные эфеля в количестве до 85 мас. %, содержащие глауконит в количестве не менее 56 мас. %, обрабатывают азотной кислотой концентрации не ниже 20% в количестве 15 мас. % при постоянном перемешивании не менее 30 минут с последующей стадией нейтрализации реакционной смеси известковым молоком или аммиачной водой до нейтральной реакции. После этого полученный готовый продукт направляют потребителю. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа утилизации за счет высокого коэффициента использования эфелей и получение техногенного грунта с улучшенными агрохимическими свойствами и продуктивностью. 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ утилизации отходов производства с получением техногенного грунта, характеризующийся тем, что в качестве отходов используют хвосты обогащения фосфоритной руды - эфеля, образующиеся при производстве фосфоритного концентрата, основу которых составляет смесь глауконита, кварцита, апатита, калиевого полевого шпата, пиритов, гипса, указанные эфеля в количестве до 85 мас. %, содержащие глауконит в количестве не менее 56 мас. %, обрабатывают азотной кислотой концентрации не ниже 20% в количестве 15 мас. % при постоянном перемешивании не менее 30 минут с последующей стадией нейтрализации реакционной смеси известковым молоком или аммиачной водой до нейтральной реакции, после чего полученный готовый продукт направляют потребителю.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после стадии нейтрализации в реакционную смесь введена технологическая добавка, по крайней мере, одна из ряда, включающего торф, сапропель, фосфогипс, мочевина, органическое удобрение: навоз, биогумус, птичий помет, в количестве не более 50% от массы отходов для получения техногенного грунта.