Розробка теоретичних та технологічних основ процесів відновлення фосфатвмісних систем природним газом у присутності сульфату натрію з одержанням пентасульфіду фосфору та комплексним використанням твердофазних продуктів, зокрема для виробництва скла.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукДо таких продуктів відносяться сульфіди фосфору, які використовуються у багатьох галузях народного господарства, зокрема, в оборонній та сірниковій промисловості, для одержання ядохімікатів, в органічних синтезах тощо, але їх виробництво в Україні відсутнє. Цей метод характеризується значною енергоємністю, жорсткими вимогами до хімічного та гранулометричного складу фосфатної сировини, кварциту та коксу, утворенням значних кількостей твердофазних і газофазних відходів, які не знаходять подальшого застосування. ведення процесу в твердофазному режимі дає можливість знизити температурний режим відгонки фосфору до 1100-1200ОС, повніше автоматизувати та механізувати виробництво. Починаючи з 1994 року, дослідження велись відповідно з планом НДР кафедри хімії ВДПУ( накази №76 від 22.12.94р, №91 від 22.04.98р та №96 від 5.06.00р.) згідно тематичного плану НДДКР за замовленням Міносвіти України, а також координаційного плану НДР №70 “Наукові основи хімічної технології створення нових неорганічних речовин та матеріалів, комплексної хіміко-технологічної переробки мінеральної сировини України”, затвердженого наказом Міносвіти України №37 від 13.02.1997р. розробити принципову технологічну схему і визначити оптимальний режим процесу відновлення фосфат-сульфатних шихт природним газом;У першому розділі проведено критичний аналіз сучасного стану і перспектив розвитку фосфорних технологій, охарактеризовані запаси фосфоровмісної сировини, приведена класифікація фосфатних родовищ України за хімічним складом, властивостями та природою. Показано, що на даному етапі практично відсутня власна фосфатна сировина для задоволення потреб діючих заводів по виробництву мінеральних добрив, а хоч вітчизняні фосфоровмісні руди є забалансові, проте запаси їх досить значні (в перерахунку на Р2О5 - 3,9 млрд. т) і можуть повністю забезпечити власні потреби. У цьому ж розділі здійснено аналіз методів одержання фосфору, зокрема електротермічного, переконливо обґрунтовані переваги газовідновної переробки фосфатної сировини, проаналізовано досягнення у вивченні механізму відновлення трикальційфосфату і сульфату натрію, як більш ефективної флюсуючої добавки з точки зору зниження температурного режиму та отримання сульфідів фосфору. Знайдена температурна залежність енергії Гіббса доводить переваги використання природного газу перед іншими газовими відновниками, оскільки відновлення воднем та оксидом вуглецю(ІІ) призводить до утворення водяної пари і двоокису вуглецю, які зсувають рівновагу основної реакції у зворотному напрямку. В процесі відновлення системи САЗ(РО4)2 - Na2SO4 - SIO2-відновник досліджували вплив складу шихт, природи газових відновників, мольних співвідношень на ступінь відновлення фосфору та сірки, склад газової фази та утворених твердофазних продуктів.Знайдено залежність термодинамічних параметрів системи САЗ(РО4)2 - Na2SO4 - SIO2-відновник від температури. На підставі термодинамічних, експериментальних та фізико-хімічних досліджень системи САО-Р2О5-SIO2 встановлено, що розклад та розкислення трикальційфосфату до13000С є малоймовірним, а сам процес характеризується високим поглинанням енергії. При температурах вище 13000С розглянута система розчиняє і звязує оксиди лужного та кислотного характеру і на основі цієї особливості та високого ендоефекту процесів розкладу САЗ(РО4)2 рекомендовано застосовувати розглянуту систему для локалізації високотемпературних джерел, в тому числі і радіоактивних. 4.Встановлено, що мольне співвідношення шихти САЗ(РО4)2 : Na2SO4 : SIO2 = 1 : 3 : 9 ?18 є оптимальним і забезпечує максимальний вихід сірки та фосфору, знижує температуру відновлювального процесу до 850-9500С і забезпечує відновлення фосфатно-сульфатних систем в твердофазному режимі. Сумісна відгонка сірки та фосфору при відновленні фосфатно-сульфатних систем в присутності двооксиду кремнію розпочинається в межах 800-8500С і при 900-9500С за 30-60 хв. при витраті метану 50-100% від стехіометрії досягається 97-98% вихід відновлених продуктів.