Research into the process of carbonate conversion of phosphogypsum in the water media

Дмитро Олександрович Єлатонцев

doi:10.15587/2706-5448.2021.235243

Автор(и)

Дмитро Олександрович Єлатонцев Дніпровський державний технічний університет, Україна https://orcid.org/0000-0003-1043-418X

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2021.235243

Ключові слова:

натрій гідроксид, кальцій гідроксид, діоксид карбону, рентгенофазовий аналіз, температура конверсії, мінералогічний склад

Анотація

Об’єктом дослідження є фосфогіпс, що утворюється під час виробництва фосфорної кислоти з апатитів та фосфоритів. Тривалий час проблемі утилізації фосфогіпсу не приділялося належної уваги, що призвело до накопичення величезних запасів цього еконебезпечного відходу. Транспортування фосфогіпсу у відвали та його зберігання вимагає значних капітальних вкладень і експлуатаційних витрат, а також виділення великих земельних площ. Зберігання фосфогіпсу завдає шкоди навколишньому природному середовищу, оскільки це призводить до надходження значної кількості токсичних речовин у ґрунтові води та атмосферу. На сьогоднішній день численні дослідження спрямовуються на пошук ефективних шляхів застосування фосфогіпсу, але його склад, як правило, обмежує його повторне використання. Проведене дослідження спрямоване на вивчення наукових передумов створення ефективної схеми управління фосфогіпсом, шляхом конверсії його в карбонат кальцію. Для цього досліджувався хімічний склад та технологічні параметри конверсії фосфогіпсу з відвалів ЗАТ «Дніпровський завод мінеральних добрив» (м. Кам’янське, Україна). Запропонований метод конверсії передбачав реакцію між фосфогіпсом та водним розчином NaOH з утворенням Ca(OH)₂, котрий перетворювали у CaCO₃ шляхом карбонізації в потоці CO₂. Встановлено вплив температури на перетворення фосфогіпсу в Ca(OH)₂. Конверсію досліджували при 25 °C, 40 °C і 70 °C протягом 3 год. Встановлено, що на першому етапі процесу домішки, що містились у фосфогіпсі, переходили в осад Са(ОН)₂. В результаті карбонізації був отриманий CaCO₃ низької якості, що містив більше 10 % домішок. Збільшення тривалості карбонізації до 1 год дозволило отримати CaCO₃ з вмістом Са(ОН)₂<4 %. Результати дослідження показують, що метод карбонатної конверсії фосфогіпсу вимагає подальшої оптимізації технологічних параметрів для підвищення чистоти готової продукції.

Біографія автора

Дмитро Олександрович Єлатонцев, Дніпровський державний технічний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра хімічної технології неорганічних речовин

Посилання

Kovalenko, H. D., Durasova, N. S. (2015). Otsinka radiatsiinoi nebezpeky khvostoskhovyshch Prydniprovskoho khimichnoho zavodu dlia naselennia. Yaderna ta radiatsiina bezpeka, 3 (67), 49–53. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/ydpb_2015_3_11
Nazarenko, O., Ivanchenko, A. (2020). Research on technology of complex processing of phosphogypsum. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 109–114. doi: http://doi.org/10.33271/nvngu/2020-5/109
Walawalkar, M., Nichol, C. K., Azimi, G. (2016). Process investigation of the acid leaching of rare earth elements from phosphogypsum using HCl, HNO3, and H2SO4. Hydrometallurgy, 166, 195–204. doi: http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.06.008
Rashad, A. M. (2017). Phosphogypsum as a construction material. Journal of Cleaner Production, 166, 732–743. doi: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.08.049
Saadaoui, E., Ghazel, N., Ben Romdhane, C., Massoudi, N. (2017). Phosphogypsum: potential uses and problems – a review. International Journal of Environmental Studies, 74 (4), 558–567. doi: http://doi.org/10.1080/00207233.2017.1330582
Wang, J. (2020). Utilization effects and environmental risks of phosphogypsum in agriculture: A review. Journal of Cleaner Production, 276, 123337. doi: http://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123337
Lin, J., Sun, W., Desmarais, J., Chen, N., Feng, R., Zhang, P. et. al. (2018). Uptake and speciation of uranium in synthetic gypsum (CaSO 4 •2H 2 O): Applications to radioactive mine tailings. Journal of Environmental Radioactivity, 181, 8–17. doi: http://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.10.010
Masmoudi-Soussi, A., Hammas-Nasri, I., Horchani-Naifer, K., Férid, M. (2020). Rare earths recovery by fractional precipitation from a sulfuric leach liquor obtained after phosphogypsum processing. Hydrometallurgy, 191, 105253. doi: http://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105253
Hammas-Nasri, I., Horchani-Naifer, K., Férid, M., Barca, D. (2019). Production of a rare earths concentrate after phosphogypsum treatment with dietary NaCl and Na2CO3 solutions. Minerals Engineering, 132, 169–174. doi: http://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.12.013
Cárdenas-Escudero, C., Morales-Flórez, V., Pérez-López, R., Santos, A., Esquivias, L. (2011). Procedure to use phosphogypsum industrial waste for mineral CO2 sequestration. Journal of Hazardous Materials, 196, 431–435. doi: http://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.09.039
Levenets, V. V., Azhazha, V. M. (1999). Primenenie yaderno-fizicheskikh metodov dlya elementnogo analiza veschestva. ISPM-7. Fizicheskie i yaderno-fizicheskie metody analiza, 7, 138–141.