Poltegor instituti” ochiq konchilik instituti, ul. Parkowa 25, 51-616, Vrotslav, Polsha

Fosfogips

Chiqindi

Fosfogips bilan ifloslanish

Noyob tuproq elementlari

Morfologik xarakteristikasi

Ushbu maqolada sobiq Wizow kimyoviy zavodida (Polsha) apatit kelib chiqqan fosfogips (PG) chiqindilarining kimyoviy va fizik xossalari bo'yicha o'tkazilgan tadqiqot natijalari keltirilgan bo'lib, ular keyinchalik qayta ishlash va iqtisodiy foydalanish uchun muhim ahamiyatga ega. Tadqiqot chiqindilar nodir yer elementlarini (REE) qayta tiklash va qurilish materiallari ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida foydali bo'lishi mumkinligini tekshirish uchun o'tkazildi. Quyidagi usullar tanlandi: rentgen nurlari diffraktsiyasi, energiya dispersli rentgen detektori bilan skanerlash elektron mikroskopiyasi, atom yutilish spektrometriyasi, induktiv bog'langan plazma spektrometriyasi, differensial issiqlik tahlili, termogravimetriya va tabiiy radioaktiv ifloslanish analizatori bilan gamma-spektrometriya. Fosfogipsning kimyoviy fizik xossalari ushbu chiqindi materialdan REE va qurilish maqsadlarida xom ashyo sifatida foydalanish imkoniyatini berishi isbotlangan. PG massa bo'yicha 0,343–0,637% oralig'ida REEning umumiy miqdorini o'z ichiga oladi va radioaktivlik darajasini ko'rsatmaydi, bu esa uni qurilish maqsadlarida istisno qiladi. Taqdim etilgan natijalar foydali savdo mahsulotlari uchun apatit PGni boshqarishning hozirgi texnologik yo'nalishlari uchun asos bo'lib xizmat qiladi, bu esa keyingi qayta ishlash orqali uni saqlash zaruriyatini bartaraf etish imkoniyatini yaratadi.

Grafik abstrakt

Kirish
Hozirgi vaqtda noyob yer elementlari (REE) yangi texnologiyalarning rivojlanishiga katta ta'sir ko'rsatmoqda, masalan, iqtisodiyotning strategik tarmoqlari [ 1 , 2 , 3 ] zamonaviy iqtisodning maxovini hisoblanib, texnologik ishlanmalar uchun asos bo'lib xizmat qilmoqda. Rivojlangan mamlakatlarning iqtisodiy siyosati butun dunyo bo'ylab ta'minot bo'yicha monopoliyaga ega bo'lgan mamlakatlar tomonidan etkazib beriladigan xom ashyoga bog'liqlikni kamaytirishga qaratilgan. Xom ashyoning mavjudligi va ta'minot xavfsizligi iqtisodiyotga ta'sir qiladi; bundan tashqari, ortib borayotgan talab va cheklangan xomashyo resurslari yangi REE konlarini qidirishni talab qiladi [ 2 , 3 , 4 , 5 ].
Yevropa o'zining asosiy REE manbalariga ega emas, lekin aslida REEning eng muhim iste'molchilaridan biri hisoblanadi. REElar muhim xom ashyo sifatida qaraladi va Evropa Ittifoqi (EI) iqtisodiyoti uchun muhim bo'lgan xom ashyolar ro'yxatiga kiritilgan [ 3 , 6 , 7]. Xom ashyo tashabbusi 2008 yilda xom ashyo, shu jumladan REE bilan bog'liq muammolarni hal qilish uchun ilgari surilgan. Komissiyaning Yevropa Parlamentiga 2017 yilgi Yevropa Ittifoqi uchun muhim xom ashyolar ro‘yxati to‘g‘risidagi yangi xabari 2014 yilgi muhim xom ashyo ro‘yxatini yangilaydi. Roʻyxat Komissiya tomonidan savdo bitimlari boʻyicha muzokaralar olib borishda, savdoni buzuvchi choralarga qarshi chiqishda, tadqiqot va innovatsion harakatlarni ishlab chiqishda hamda 2030 yilgacha Barqaror rivojlanish kun tartibi va uning Barqaror rivojlanish maqsadlarini amalga oshirishda yordamchi element sifatida foydalaniladi (COM(2017) 490).
REE qazib olishning yangi usullarini izlash katta ahamiyatga ega; yaqin vaqtgacha ular texnik, texnologik yoki iqtisodiy jihatdan yoqimsiz deb hisoblangan [ 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 8 ]. Shu sababli, muhim xom ashyoning yangi manbalari muhim ahamiyat kasb etmoqda, masalan, elektron chiqindilar, kon suvlari, cho'kindilar, shaxta chuqurlari, qora ko'mir va uchuvchi kullarni qayta ishlash va qayta ishlash [ 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 ].
One source of REEs that should be taken into consideration is apatite phosphogypsum. It is generated as a side product which is neutralized by storage during the production of phosphoric acid from phosphate raw materials by the so-called wet methods. They consist in the decomposition of phosphate raw materials by sulfuric acid [18,19,20] and may be carried out according to

• 
  hemihydrate (HH, x = 1/2),
  
• 
  dihydrate (DH, x = 2),
  
• 
  and anhydrite (AH, x = 0) processes.
  

The main reaction is as follows:
Ca10(PO4)6F2+10H2SO4+xH2O→6H3PO4+2HF+10CaSO4⋅xH2O.Ca10(PO4)6F2+10H2SO4+xH2O→6H3PO4+2HF+10CaSO4⋅xH2O.
(1)
Dihidrat usulida (DH-jarayon) REElar fosfor kislotasi eritmasiga o'tib, taxminan 20% yoki undan ko'pni tashkil qiladi; REEning qolgan qismi fosfodigidrat (PHD) chiqindilarida qoladi. Gemihidrat usulida (HH-jarayon) REE deyarli butunlay yarim gidratli fosfogipsga (PSH) o'tadi [ 21 , 22 , 23 , 24 ].
2014 yilda butun dunyo bo'ylab fosfat xom ashyosi ishlab chiqarish 225 Mt (million tonna) ni tashkil etdi va 2018 yil uchun prognozlar 258 Mt [ 25 ] ni tashkil qiladi. Evropada (shu jumladan Rossiyada) 30 dan ortiq fosfor kislotasi ishlab chiqarish zavodlari mavjud bo'lib, ularda ba'zilari hali ham apatitdan kislota ishlab chiqaradi yoki ishlab chiqaradi. Shuni ta'kidlash kerakki, apatit o'rniga fosforit ishlatilganda, olingan fosfogips chiqindilari apatitdan ko'ra ko'proq ifloslangan va qayta tiklanadigan REE ni o'z ichiga oladi. Shunday qilib, faqat ikkinchisi REEning potentsial manbai va shu bilan birga, qurilishda ishlatiladigan qurilish materiallarini ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida ko'rib chiqilishi kerak.
PGning eng muhim ko'rsatkichlaridan biri, xususan, qurilishda qo'llanilishini aniqlaydigan, uning tarkibidagi radioaktiv elementlarning radioaktivligidir [ 26 ]. Polshada qurilish materiallari va ipso facto xavfsizligi bilan bog'liq to'g'ri gigiena va sog'liq sharoitlarini ta'minlash ikkita qonun hujjatlari bilan tartibga solinadi: Qurilish qonuni va Atom qonuni, shuningdek, ijro etuvchi qoidalar [ 27 ] va Evropa Ittifoqi tavsiyalari [ 28 ]. Yuqorida aytib o'tilgan qoidalarga ko'ra, qurilish materiallari uchun tabiiy radioaktiv elementlarning chegarasi oshib ketgan materiallardan foydalanish taqiqlanadi.
Sobiq kimyo zavodi Wizow, fosfor kislotasini ishlab chiqarishni tugatishdan oldin, xom ashyo sifatida Kola apatit konsentratidan foydalangan. U Rossiya Federatsiyasining Kola yarim orolida uchraydigan magmatik fosfat rudalarini kaltsiylash yo'li bilan ishlab chiqariladi va 1-2% REE ni o'z ichiga oladi [ 8 , 18 , 24 , 29 ]. Bu xomashyo Markaziy va Sharqiy Yevropa mamlakatlarida, shu jumladan Polshada, asosan, oʻgʻit ishlab chiqarish uchun moʻljallangan fosfor kislotasi ishlab chiqarish hamda maishiy kimyo ishlab chiqarishda keng qoʻllanilgan [ 29 , 30 , 31 , 32 , 33]. Taxminlarga ko'ra, Wizowdagi PG qoziqda taxminan 5 million tonna chiqindi mavjud [ 22 , 23 ], o'rtacha REE miqdori 0,3-0,7%.
Biroq, ko'p miqdordagi fosfor kislotasi fosfor kislotasiga qayta ishlanishi sababli, nodir tuproq metallari PG chiqindilarida to'planadi, bu REE ning qimmatli manbai bo'lishi mumkin [ 8 , 11 ].
Sobiq kimyo zavodi Wizow Polshaning janubi-g'arbiy qismida, Boleslawiec shahridan taxminan 4 km shimolda, Germaniyadan taxminan 45 km va Chexiya chegarasidan 60 km uzoqlikda joylashgan ( 1- rasm ). 1983 yilgacha kimyo zavodida dihidrat usulida (DH-jarayon) fosfor kislotasi ishlab chiqarilgan; ammo, 1984 yildan boshlab ishlab chiqarish texnologiyasi 2006 yilgacha qo'llanilgan yarimgidrat usuliga (HH-jarayoniga) o'zgartirildi. Asosiy chiqindi mahsulot sifatida fosforik kislota, ftor birikmalari izlari bo'lgan kaltsiy sulfat yarimgidratni o'z ichiga olgan fosfogips edi. va taxminan 0,6% REO [ 23 ].