Утилизация фосфогипса как отхода производства фосфорных удобрений

Объемы промышленных отходов, накопленных на территории Российской Федерации, оцениваются примерно в 80 млрд. т. В свою очередь, 140 млн. т приходятся на отвалы фосфогипса, при этом уровень его вторичного использования составляет всего 0,2%. Большая часть фосфогипса выступает в качестве отходов сектора производства минеральных удобрений и составляет около 75% от исходного сырья.

В зависимости от мощности производства фосфорсодержащих удобрений, а также принятой технологии вскрытия апатитового концентрата, на предприятии образуются, представленные фосфогипсом, отходы, объем которых может достигать десятков миллионов тонн. В состав фосфогипса входят такие вредные примеси, как фосфаты, сульфаты, фториды, хлориды, соединения РЗМ, которые при растворении способны проникать в грунтовую толщу территории размещения отвала, загрязняя почвенно-растительный слой и грунтовые воды. Несмотря на коркообразование на поверхности отвала фосфогипса, что частично уберегает отвал от ветровой и водной эрозии, факт пыления и загрязнения атмосферного воздуха также присутствует.

В качестве объекта исследования, оказывающего негативное воздействие на компоненты окружающей среды, автором был рассмотрен отвал фосфогипса на территории расположения ООО «ПГ «Фосфогипс» площадью более 45 га. Предприятие химического комплекса ООО «ПГ «Фосфорит» представляет собой сложный промышленный комплекс, в состав которого входит ГОК, ныне прекративший свою деятельность, и химический комплекс по производству минеральных удобрений
и сопутствующей продукции.

Проблема утилизации фосфогипса для предприятий сектора производства минеральных удобрений стоит достаточно остро, т.к., в связи с ежегодным увеличением площади занимаемым отвалами фосфогипса, а также их токсичностью, плата за размещение отходов представляет собой колоссальную финансовую нагрузку на предприятие, а получение экологического разрешения на увеличение лимитов отходов весьма проблематично. 

Содержание сульфата кальция в фосфогипсе сопоставимо с количеством сульфата кальция в природном гипсе, в связи с чем использование фосфогипса в таких отраслях народного хозяйства как строительная индустрия и агропромышленный комплекс является наиболее рациональным решением. Предприятия по производству строительных и вяжущих материалов, а также минеральных удобрений и кормовых добавок в условиях наблюдаемого дефицита природного сырья нуждаются в поиске новых нетрадиционных ресурсов и технологий производства.

Использование фосфогипса в промышленности строительных материалов целесообразно при производстве практически всех типов гипсовых вяжущих. Строительный гипс из фосфогипса получают в ходе процесса дегидратации при автоклавной обработке с добавлением нейтрализующей извести. Гипс, представляющий собой продукт обработки фосфогипса, наряду с природным гипсовым камнем и ангидридом, используется как сырье для производства низкообжиговых и высокообжиговых гипсовых вяжущих. В дальнейшем гипсовые вяжущие используются для производства таких стройматериалов как: кирпич, стеновые материалы (стеновые блоки, гипсобетонные панели для перегородок, гипсовые плиты для перегородок, отделочные материалы для стен), штукатурка, плиты декоративные, гипсовые панели облицовочные и т.д. При добавлении до 5% технического гипса в шихту при производстве кирпича интенсифицируется процесс сушки, а также повышается качество изделий.

Поэтапная схема производства цемента подразумевает следующий ряд технологических операций: добыча сырья; изготовление сырьевой смеси посредством смешения основных компонентов – известняка и глины (мокрым или сухим способом); обжиг смеси при температуре, достигающей 1450°С, и получение клинкера; помол клинкера с гипсом и специальными добавками до момента получения мелкодисперсного порошка. 

Гипс, используемый в качестве минерализатора клинкерной смеси при ее обжиге, а также регулятора скорости схватывания цемента, частично можно заменить иным сырьем, включающим сульфат кальция, в частности фосфогипсом. Добавление технического гипса в размере 3-4% в измельчаемый клинкер помогает получить легкоразмалываемую сырьевую смесь и ускорить схватывание свежеприготовленного цемента. 

Наиболее простым методом утилизации фосфогипса является его использование в строительстве и ремонте дорожных одежд. Руководствуясь технологией укладки дорог с использованием фосфогипса, изготовление дорожного покрытия ведется нижеследующим образом. Горячий технический гипс выкладывается на место расположения будущего дорожного полотна, после чего прессуется до формирования слоя толщиной 35 см. После остывания уложенного гипса слой превращается в  монолитную плиту, прочность которой можно сравнить с бетоном. Для улучшения сцепления материала сверху предусматривается укладка асфальтовой крошки. Помимо использования фосфогипса как основы дорожного полотна также имеет место его включение в компонентный состав асфальтовой смеси в качестве вяжущей добавки.

В аграрной промышленности фосфогипс используется как компонент химической мелиорации – гипсования почв. Компоненты фосфогипса, обладающие кислотной природой, обеспечивают нейтрализацию солонцовых почв, что способствует восстановлению рН баланса почвы. Фосфор и кальций, присутствующие в составе фосфогипса, поглощаясь почвой и усваиваясь растениями, увеличивают урожайность сельскохозяйственных культур. За счет вытеснения кальцием из почвы чрезмерного количества натрия обеспечивается снижение клейкости и предотвращение создания водонепроницаемой корки на почвах и, как следствие, нормализация водопроницаемости.

При реализации одного из представленных методов необходимо брать в расчет факт содержания в фосфогипсе вышеупомянутых примесей, наличие которых может пагубным образом сказаться на свойствах производимой продукции или на состоянии выращенных культур. В связи с этим, в качестве первой стадии переработки фосфогипса рекомендуется рассматривать очистку отходов от примесей. Таким образом, выбор метода переработки фосфогипса как отхода производства фосфорных удобрений на ООО «ПГ «Фосфорит» с целью уменьшения негативного воздействия в пределах территории размещения отвала фосфогипса необходимо производить с учетом физико-химических характеристик отходов и материально-экономической целесообразности реализации того или иного метода.