PL230707B1 - Sposob uzdatniania odpadow fosfogipsowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzdatniania odpadów fosfogipsowych, w szczególności odpadów zalegających na składowisku mający zastosowanie jako surowiec do produkcji cementu.

Jednym z surowców stosowanych do produkcji cementu jest gips - dwuwodny siarczan wapnia. Stosowany on jest jako opóźniacz czasu wiązania. Do tego celu stosuje się naturalny gips kopalny lub obecnie coraz powszechniej gipsy syntetyczne pochodzące głównie z procesów mokrego odsiarczania gazów spalinowych w energetyce. Wymagania jakościowe stawiane gipsom syntetycznym obejmują wilgotność materiału na poziomie 10%, oraz brak zanieczyszczeń chemicznych pogarszających własności wiążące cementu tj. zawartości siarczanu(IV), chlorków, magnezu, fosforanów rozpuszczalnych, cynku, ołowiu itd. Fosfogipsy zgromadzone na składowisku zawierają podwyższone w stosunku do wymagań jakościowych zawartości rozpuszczalnych fosforanów oraz wysoką wilgotność rzędu 25% co dyskwalifikuje ten materiał do bezpośredniego zastosowania do produkcji cementu.

Z polskiego opisu patentowego PL 201 035 znany jest sposób wytwarzania grubokrystalicznego gipsu syntetycznego z odpadów pochodzących z procesu neutralizacji ścieków i odpadowych kwasów siarkowych. W sposobie tym kwas siarkowy i zawiesinę wodną odpadu poneutralizacyjnego zawierającego siarczan wapniowy, a także wodorotlenek i węglan wapniowy, miesza się, a otrzymany osad odwadnia się otrzymując użyteczny gips o wilgotności ok. 10%. Istotnym warunkiem procesu jest zawartość węglanu wapniowego w przerabianej mieszaninie osadów poneutralizacyjnych i kamienia wapiennego, wynosząca powyżej 50%, korzystnie powyżej 75%. Taka duża zawartość węglanu wapniowego kamienia wapiennego wpływa niekorzystnie na koszt procesu.

Z publikacji naukowej M. Singh, M. Garg, Making of anhydrite cement from waste gypsum, Cement and Concrete Research 30: 571-577 (2000), znany jest sposób przerobu odpadów fosfogipsowych jako materiału do produkcji cementu polegający na przeprażeniu fosfogipsu w temperaturze 1000°C w celu dezaktywacji zanieczyszczeń zawartych w fosfogipsie. Konieczność przeprażenia fosfogipsu w temperaturze rzędu 1000°C determinuje wysoką energochłonność procesu i znacząco zwiększa koszt wyprodukowania gipsu posiadającego odpowiednie właściwości, użyteczne w przemyśle budowlanym.

Z kolei publikacja naukowa M. Singh, Treating waste phosphogypsum for cement and plaster manufacture, Cement and Concrete Research 32: 1033-1038 (2002), ujawnia sposób zagospodarowania odpadów fosfogipsowych jako materiałów do produkcji cementu, przy czym dezaktywacja zanieczyszczeń zawartych w fosfogipsie polega na wypłukiwaniu z zawiesiny fosfogipsu rozpuszczalnych fosforanów za pomocą kwasu cytrynowego, w wyniku czego obniża się zawartość szkodliwych domieszek w produkcie. Przedstawiony sposób nie poprawia jednak właściwości filtracyjnych produkowanego gipsu.

Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zaproponowanie takiego sposobu uzdatniania odpadów fosfogipsowych, który pozwoli na otrzymanie gipsu syntetycznego do zastosowania jako surowiec do produkcji cementu, tj. gipsu pozbawionego rozpuszczalnych fosforanów oraz o wilgotności w granicach 10%, przy czym sposób nie będzie wymagał użycia skomplikowanej aparatury technologicznej, zmniejszy zużycie relatywnie drogich surowców do uzdatniania tj. mączki kamienia wapiennego, będzie mniej energochłonny i poprawi właściwości filtracyjne produkowanego gipsu. Nieoczekiwanie wspomniane problemy techniczne rozwiązał prezentowany wynalazek.

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzdatniania odpadów fosfogipsowych obejmujący następujące etapy:

a) rozdrabnia się wstępnie zestalony fosfogips za pomocą mielenia,

b) miesza się rozdrobniony fosfogips z zawiesiną mączki kamienia wapiennego,

c) zakwasza się mieszaninę z etapu b) stężonym kwasem siarkowym do pH z zakresu od 1 do 5, przy czym strumień zawiesiny mączki kamienia wapiennego i zmielonego fosfogipsu oraz strumień stężonego kwasu podaje się w sposób ciągły do reaktora z czasem zatrzymania od 12 minut do godzin, a wynikiem obróbki a) - c) jest zawiesina grubokrystalicznego gipsu, charakteryzująca się tym, że stosunek rozdrobnionego fosfogipsu do zawiesiny mączki kamienia wapiennego wynosi od 2 do 5, a uzyskaną po etapie c) zawiesinę grubokrystalicznego gipsu odwadnia się, korzystnie za pomocą filtracji ciśnieniowej albo próżniowej i przemywa się wodą uzyskując gips syntetyczny o wilgotności poniżej 12% pozbawiony zanieczyszczeń rozpuszczalnymi fosforanami. Korzystnie etap a) prowadzi się na mokro. W następnej korzystnej realizacji wynalazku w etapie c) zakwasza się mieszaninę z etapu b) do pH w zakresie od 1 do 5.

PL 230 707 B1

Przedstawiony sposób umożliwia obniżenie zawartości rozpuszczalnych fosforanów oraz wilgotności uzdatnionego fosfogipsu do poziomu wymaganego przez producentów cementu. Co więcej, sposób według wynalazku nie wymaga wykorzystania energochłonnych maszyn technologicznych oraz ogranicza użycie relatywnie drogiej mączki wapiennej, co z kolei skutkuje obniżeniem kosztów wytwarzania pełnowartościowego produktu końcowego przy ograniczeniu zanieczyszczenia środowiska.

P r z y k ł a d 1

Sposób ten polega na wstępnym zmieleniu na mokro zestalonego na hałdzie fosfogipsu, zmieszaniu go z mączką kamienia wapiennego i zakwaszeniu go stężonym kwasem siarkowym, a następnie przeprowadzeniu filtracji ciśnieniowej. Technologia przerobu odpadów ze składowiska fosfogipsów obejmuje następujące węzły:

1. Węzeł przygotowania materiału wsadowego, w którym urobek zestalonego odpadu na składowisku ładuje się na samochody ciężarowe za pomocą koparkoładowarki, transportuje się odpady na składowisko surowca w instalacji przerobu oraz obrabia się wstępnie fosfogips poprzez mielenie na mokro w młynie prętowym z klasyfikacją na sicie 1 mm. Etap ten polega na wstępnym rozdrabnianiu fosfogipsu pobranego z hałdy odpadów w młynie prętowym przy proporcji wody do fosfogipsu 1:5, a następnie klasyfikacji na przemywanym wodą sicie szczelinowym 1 mm. Nadziarno zawracane jest do młyna. Podziarno w postaci zawiesiny o zawartości części stałych ok. 300 g/dm³ kierowane jest do zbiornika nadawy do reaktora.

2. Węzeł krystalizacji gipsu, w którym w pierwszym etapie przygotowuje się nadawy do reaktora. Polega to na sporządzeniu zawiesiny rozdrobnionego odpadu fosfogipsu z mączką kamienia wapiennego o proporcji masowej fosfogipsu do mączki kamienia wapiennego 3:1 i sumarycznej zawartości części stałych ok. 400 g/dm³. Następnie krystalizuje się gips w reaktorze z mieszadłem turbinowym. Zawiesinę mączki kamienia wapiennego i fosfogipsu po ujednorodnieniu w zbiorniku z mieszadłem kieruje się w sposób ciągły do reaktora z mieszadłem turbinowym. Do reaktora doprowadzany jest również techniczny kwas siarkowy. Dodatek kwasu siarkowego i intensywne mieszanie powodują podgrzanie zawiesiny reakcyjnej do temperatury powyżej 40°C. Podwyższona temperatura oraz reakcja kwasu siarkowego z mączką kamienia wapiennego stwarzają warunki do częściowej rekrystalizacji fosfogipsu, w wyniku czego tworzą się gruboziarniste kryształy gipsu, który charakteryzuje się łatwą filtracją. Kwas siarkowy jest dozowany do reaktora w sposób ciągły w ilości umożliwiającej utrzymanie pH zawiesiny reakcyjnej na poziomie 4-4,5. Wymagany czas zatrzymania cieczy w reaktorze wynosi ok. 60 minut.

3. Węzeł filtracji gipsu, w którym produkt poreakcyjny w postaci zawiesiny gipsu o zawartości części stałych na poziomie 430 g/dm³ jest odwadniany do poziomu 10%. Węzeł ten składa się z zespołu pras filtracyjnych ciśnieniowych lub filtrów taśmowych. Filtrowany materiał należy do dobrze filtrowalnych i praktycznie napełnienie komór filtracyjnych następuje w czasie ok. 1 min. przy odpowiednio dobranej pompie podającej zawiesinę. Filtracja zawiesiny poreakcyjnej obejmuje następujące operacje:

• napełnianie prasy filtracyjnej zawiesiną produktu, • docisk placka filtracyjnego membranami, • suszenie placka filtracyjnego powietrzem sprężonym, • rozładunek prasy.

Filtrat kierowany jest częściowo do przygotowywania zawiesiny fosfogipsu jako woda nawilżająca rozdrabniany materiał w młynie prętowym, a pozostała ilość kierowana jest do zmywania sita klasyfikującego produkt z młyna prętowego. Nadmiar filtratu kierowany jest do kanalizacji bez konieczności jego wstępnego doczyszczania.

4. Węzeł magazynowania gipsu, w którym odwodniony do wilgotności 10-12% gips kierowany jest taśmociągiem do zadaszonego magazynu skąd okresowo jest kierowany do odbiorców.

Po przejściu odpadów fosfogipsu przez wymienione wyżej 4 węzły technologiczne uzyskano gips syntetyczny o wilgotności z przedziału 10-12% pozbawiony zanieczyszczeń fosforanowych, spełniający wymogi surowców do produkcji cementu. Przeprowadzony sposób obejmował etapy, które wymagały użycia prostych i relatywnie energooszczędnych maszyn technologicznych, przy czym wszelkie produkty odpadowe i uboczne były powtórnie wykorzystywane lub zawracane do pętli technologicznej, co znacząco obniża koszt produkcji gipsu syntetycznego sprzyjając jednocześnie graniczeniu zanieczyszczenia środowiska.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uzdatniania odpadów fosfogipsowych obejmujący następujące etapy:

   a) rozdrabnia się wstępnie zestalony fosfogips za pomocą mielenia,

   b) miesza się rozdrobniony fosfogips z zawiesiną mączki kamienia wapiennego,

   c) zakwasza się mieszaninę z etapu b) stężonym kwasem siarkowym przy czym strumień zawiesiny mączki kamienia wapiennego i zmielonego fosfogipsu oraz strumień stężonego kwasu podaje się w sposób ciągły do reaktora z czasem zatrzymania od 12 minut do 2 godzin, a wynikiem obróbki a) - c) jest zawiesina grubokrystalicznego gipsu, znamienny tym, że stosunek rozdrobnionego fosfogipsu do zawiesiny mączki kamienia wapiennego wynosi od 2 do 5, a uzyskaną po etapie c) zawiesinę grubokrystalicznego gipsu odwadnia się, korzystnie za pomocą filtracji ciśnieniowej albo próżniowej, i przemywa się wodą uzyskując gips syntetyczny o wilgotności poniżej 12% pozbawiony zanieczyszczeń rozpuszczalnymi fosforanami.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap a) prowadzi się na mokro.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że w etapie c) zakwasza się mieszaninę z etapu b) do pH w zakresie od 1 do 5.

   Departament Wydawnictw UPRP

   Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)