способ очистки фосфорного шлака

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ФОСФОРНОГО ШЛАКА, включающий сухой помол шлака при 30 - 40^oС в присутствии добавки, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки фосфорного шлака от сероводорода и фтористого водорода, в качестве добавки при помоле вводят ванадийсодержащий конвертерный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ванадийсодержащий конвертерный шлак - 0,5 - 2,0

Фосфорный шлак - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки фосфорного шлака от фосфина, фтористого водорода и сероводорода с целью последующего использования шлака в производстве строительных материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки фосфорного шлака, включающий сухой помол шлака при 30-40^оС в присутствии феррошлака и электросталеплавильного шлака при следующем соотношении компонентов, мас.%: феррошлак 1-3; электросталеплавильный шлак 2-4; фосфорный шлак остальное /1/.

Недостатком данного способа очистки фосфорного шлака является неполное удаление сероводорода и фтористого водорода, степень очистки от которых составляет 90,0 и 95,0% соответственно.

Целью изобретения является повышение степени очистки фосфорного шлака от сероводорода и фтористого водорода.

Цель достигается тем, что в способе очистки фосфорного шлака, включающем сухой помол при 30-40^оС в присутствии добавки, в качестве добавки при помоле вводят ванадийсодержащий конвертерный шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: ванадийсодержащий конвертерный шлак 0,5-2,0; фосфорный шлак остальное.

В предлагаемом способе очистки ванадийсодержащего конвертерного шлака и предлагаемое соотношение добавки и фосфорного шлака позволяет достичь высокой степени удаления вредных примесей сероводорода и фтористого водорода в фосфорном шлаке.

При взаимодействии с влагой воздуха в результате гидролиза примесей фосфидов, сульфидов и фторидов кальция фосфорный шлак выделяет в атмосферу фосфин, сероводород и фтористый водород. В процессе помола осуществляется очистка шлака механокаталитическим способом за счет окисления воздухом фосфидов и сульфидов до фосфатов и сульфатов и превращение свободных молекул воды, осуществляющих гидролиз фторидов, в гидроксил-ионы. В качестве катализатора в предлагаемом способе очистки используется ванадийсодержащий конвертерный шлак металлургического производства, в составе которого имеются Y₂O₅ и MnO, осуществляющие каталитическое окисление фосфидов и сульфидов кислородом в механохимическом режиме.

Предлагаемые в качестве добавки ванадий и марганец, содержащий шлак, характеризуются более высокой каталитической активностью, чем известные добавки, что обусловлено совместным присутствием ванадия и марганца в шлаке, причем марганец содержит слабосвязанный кислород, а ванадий - крепко-связанный кислород. Присутствие в шлаке кислорода с существенно отличающейся энергией связи обуславливает синергетический эффект (неаддитивный), за счет чего осуществляется высокая каталитическая активность добавки и повышается степень очистки шлака от сероводорода и фтористого водорода.

Концентрацию вредных веществ в исходном фосфорном шлаке и после помола его с добавкой ванадийсодержащего конвертерного шлака определяли следующим образом: 5 г шлака помещали в кварцевую трубку диаметром 1,0 см, высотой 10 см, нагревали до 300^оС. Через шлак со скоростью 30 мл/мин пропускали в течение 1 ч инертный газ (аргон или азот), который анализировали на содержание фосфина, сероводорода, фтористого водорода. Количество вредных веществ, определенное в пропущенном объеме газа (1,8 л), соответствует количеству вредных веществ в 5 г шлака.

В качестве сырьевых материалов использовали гранулированный фосфорный шлак Чимкентского производственного объединения "Фосфор" и находящийся в отвалах ванадийсодержащий конвертерный шлак Карагандинского металлургического комбината.

П р и м е р 1. 5 г фосфорного шлака, содержащего, мг/г: фосфин 0,053; сероводород 0,08; фтористый водород 0,0024, смешивают с 0,025 г ванадийсодержащего конвертерного шлака. При этом смесь содержит, мас.%: ванадийсодержащий конвертерный шлак 0,5; фосфорный шлак 99,5, фосфорный шлак с добавкой подвергают помолу в агатовой ступе до удельной поверхности 2800-300 г/см² при 30^оС. Концентрация вредных веществ, определенная в молотом шлаке, составляет, мг/г: фосфин 0,000; сероводород 0,0015; фтористый водород 0,00003. Степень очистки фосфорного шлака от вредных веществ составляет, %: по фосфину 100; по сероводороду 97,5; по фтористому водороду 98,7.

П р и м е р 2. 5 г фосфорного шлака, содержащего, мг/г; фосфин 0,053; сероводород 0,09; фтористый водород 0,0024, смешивают с 0,05 г ванадийсодержащего конвертерного шлака. При этом смесь содержит, мас.%: ванадийсодержащий конвертерный шлак 1,0; фосфорный шлак 99,0, фосфорный шлак с добавкой подвергают помолу при 35^оС при условиях примера 1. Концентрация вредных веществ, определенная в молотом шлаке, составляет, мг/г: фосфин 0,000; сероводород 0,0012; фтористый водород 0,000017. Степень очистки фосфорного шлака от вредных веществ составляет, %: по фосфину 100; по сероводороду 98; по фтористому водороду 99,0.

П р и м е р 3. 5 г фосфорного шлака, содержащего, мг/г: фосфин 0,053; сероводород 0,09; фтористый водород 0,0024, смешивают с 0,1 г ванадийсодержащего конвертерного шлака. При этом смесь содержит, мас.%: ванадийсодержащий конвертерный шлак 2,0; фосфорный шлак 98,0, фосфорный шлак с добавкой подвергают помолу при 40^оС при условиях примера 1. Концентрация вредных веществ, определенная в молотом шлаке, составляет, мг/г: фосфон 0,000; сероводород 0,0009; фтористый водород 0,00001. Степень очистки фосфорного шлака от вредных веществ составляет, %: по фосфину 100; по сероводороду 98,5; по фтористому водороду 99,9.

Содержание в фосфорном шлаке, очищаемом предлагаемым способом, добавки ванадийсодержащего конвертерного шлака ниже 0,5 мас.% не позволяет очищать фосфорный шлак от вредных примесей с высокой степенью очистки, так как вводимое количество добавки недостаточно для осуществления каталитического действия (пример 4).

П р и м е р 4 (запредельные значения). 5 г фосфорного шлака, содержащего мг/г: фосфин 0,053; сероводород 0,09; фтористый водород 0,0024, смешивают с 0,02 г ванадийсодержащего конвертерного шлака. При этом смесь содержит, мас. %: ванадийсодержащий конвертерный шлак 0,4; фосфорный шлак 99,6. Фосфорный шлак с добавкой подвергают помолу при 40^оС при условиях примера 1. Концентрация вредных веществ, определенная в молотом шлаке, составляет, мг/г: фосфин 0,00026; сероводород 0,003; фтористый водород 0,00007, что превышает в два раза ПДК этих веществ в воздухе производственных помещений. Степень очистки фосфорного шлака от вредных веществ составляет, %: по фосфину 99,6; по сероводороду 95,0; по фтористому водороду 95,84.

Содержание в фосфорном шлаке, очищаемом предлагаемым методом, ванадийсодержащего конвертерного шлака выше 2 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшее повышение его количества не вызывает снижения содержания вредных примесей в фосфорном шлаке. Однако увеличение расхода добавки ухудшает качество шлака для его использования в производстве строительных материалов.

П р и м е р 5 (запредельные значения). 5 г фосфорного шлака, содержащего, мг/г: фосфин 0,053; сероводород 0,09; фтористый водород 0,0024, смешивают с 0,15 г ванадийсодержащего шлака металлургического производства. При этом получают шлак, содержащий, мас.%: ванадийсодержащий шлак металлургического производства 3,0; фосфорный шлак 97,0. Фосфорный шлак с добавкой подвергают помолу при 40^оС при условиях примера 1. Концентрация вредных веществ, определенная в молотом шлаке, составляет, мг/г: фосфин 0,00; сероводород 0,0012; фтористый водород 0,000017. Степень очистки фосфорного шлака от вредных веществ составляет, %: по фосфину 100; по сероводороду 98,0; по фтористому водороду 99,0.

Химический состав сырьевых материалов представлен в табл.1.

Сравнительные данные известного и предлагаемого способов представлены в табл.2. Из приведенных примеров видно, что по предлагаемому способу очистки содержание сероводорода, фтористого водорода в фосфорном шлаке снижается в 2-4 раза соответственно по сравнению с известным.