Санкт-Петербургский государственный горный университет (г. Санкт-Петербург)

Химическая промышленность России, производящая фосфорные минеральные удобрения оказывает отрицательное действие на геоэкологический круговорот фосфора и фтора.

Основную опасность для окружающей среды представляют фосфор и фтор, находящиеся в продукционной фосфорной кислоте и токсичные отходы производства, которые складируются в шламоотвалах и загрязняют окружающую среду. В соответствии с этим актуальным является разработка технологических решений для устранения негативного влияния фтора и фосфора на окружающую среду.

Негативное влияние на биосферу оказывают производства ЭФК, связанные с хранением значительного количества отходов производства – сульфатов кальция, которые хранятся в хранилищах, и оказывают свое влияние на систему почва → растения → животные → почва, поскольку фосфор и фтор мигрирует в форме легкорастворимых фосфатных неорганических соединений, возникающих при разложении органических остатков.

С использованием системного анализа выполнено исследование процесса термического разложения высококремнистых природных известняков применительно к системе (Mg,Ca)O – (A1,Fe)₂O₃ – SiO₂ – СО₂ для определения условий синтеза неорганических комплексных соединений с заданными физико-химическими свойствами.

Варьируя температурой обжига известняка и изменяя соотношения компонентов оксидов СаO, МgO, SiO₂, A1₂O₃, Fe₂O₃, можно получать комплексные неорганические соединения с заданным минералогическим и химическим составом: х(Са, Мg)О×уSiO₂, х(Са, Мg)О×у(А1,Fe)₂O₃, где (х = 1 - 3, у = 1 - 2), которые могут использоваться в качестве реагентов для очистки сточных вод от фосфора, фтора и других токсичных компонентов.

Выполненное исследование по очистке сточных вод от фтора при производстве ЭФК подтверждает целесообразность использования натриево-кальциевого силиката Na₂СаSiO₄ в качестве обесфторивающего реагента.

Экспериментальные результаты по взаимодействию силикатов с промышленной сточной водой при температурах 298 и 333 К показывают, что при очистке сточных вод с использованием силиката кальция необходимо, чтобы молярное соотношение СаО:Р₂О₅ = 1,6, а СаО:F = 2, при этом достигается степень вывода фтора из раствора – 96…98 %. Кроме того, при очистке сточных вод от фтора и Р₂О₅ возможно использование нефелинового концентрата, гидрогранатов кальция, алюминатов и ферритов.

Разработанный термодинамический метод расчета и прогнозирования физико-химических и термодинамических характеристик неорганических соединений, который позволяет на основе электрохимического потенциала проследить структурные изменения в кристалле и получить требуемый конечный состав за счет введения в кристаллическую структуру заданных компонентов и, соответственно, степень избирательного поглощения ионов фосфорной кислоты, фтора и других компонентов необходимую для эффективной очистки сточных вод.

Разработанный метод позволяет на научной основе реализовать выбор неорганических реагентов для очистки сточных вод от токсичных соединений фтора и осуществлять заданное соотношение для термического процесса переработки компонентов – токсичные отходы – щелочные алюмосиликатные минералы - карбонатные породы.