Получение фосфатных соединений из материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия

Получение фосфатных соединений из материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в целом к обработке материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, и в частности к обработке, направленной на повторное использование.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фосфор является важным и жизненно необходимым элементом. Тем не менее, выделение фосфора в поверхностные воды и вызываемая этим эвтрофикация также привели к увеличению проблем, связанных с качеством воды. Таким образом, по всему миру были приняты меры по снижению уровня фосфора, попадающего в поверхностные воды, включающие использование технологий удаления фосфора из бытовых и промышленных сточных вод. Впоследствии фосфор накапливается в осадках сточных вод, которые являются основными побочными продуктами заводов по обработке сточных вод.

Минеральные источники фосфора считают ограниченными и исчерпаемыми. Таким образом, существует повышенный интерес к технологиям, которые могут способствовать переработке и эффективному повторному применению фосфора, присутствующего в отходах, таких как осадок сточных вод.

Использование осадков сточных вод в качестве удобрений сокращается во многих странах, что связано со сложностями поиска сельскохозяйственных земель вокруг крупных городов, в которых можно размещать большие объемы осадков, но также и с проблемой высокого содержания в осадках сточных вод загрязняющих материалов, таких как тяжелые металлы, органические загрязняющие вещества и патогены. Одним из решений проблемы снижения объема осадков сточных вод и уничтожения органических загрязняющих веществ и патогенов перед утилизацией является сжигание.

В обезвоженном осадке сточных вод сохраняется значительное количество воды (примерно 70-80 процентов) главным образом в виде внутриклеточной воды в микроорганизмах. Таким образом, для сжигания необходимо сушить осадки сточных вод до содержания сухого вещества примерно 40 процентов. В нескольких странах построены специализированные заводы по моно-сжиганию осадка сточных вод. В указанных заводах поступающие осадки сточных вод перед сжиганием сушат с применением повторно используемого источника тепла.

Зола, полученная в результате моно-сжигания осадка сточных вод, содержит примерно 6-14 процентов фосфора по массе, что незначительно ниже концентрации фосфора в фосфатной породе (например, 12-16 процентов фосфора по массе), которую, как правило, применяют в качестве сырья для получения неорганических фосфорсодержащих удобрений. Более 90 процентов фосфора, содержащегося в сточных водах, также присутствует и в золе. Фосфор, содержащийся в золе, нерастворим в воде, так как связан с кальцием, железом или алюминием. Таким образом, ценность золы в качестве фосфорсодержащего удобрения является незначительной. Кроме того, зола обогащена тяжелыми металлами, что затрудняет непосредственное повторное использование золы на посевных площадях.

Помимо моно-сжигания осадки сточных вод также можно сжигать совместно с биомассой, такой как древесная щепа и т.д. Преимущество указанного подхода заключается в отсутствии необходимости использования специализированных заводов для сжигания осадка сточных вод. Смесь осадка сточных вод и биомассы можно сжигать на обычных мусоросжигательных заводах, не проводя предварительную сушку смеси. Тем не менее, концентрация фосфора в золе после совместного сжигания осадка сточных вод и биомассы снижается, как правило, до менее чем 5 процентов.

Был разработан ряд способов для выделения фосфора из осадка сточных вод после моно-сжигания, в котором повышено содержание фосфора.

В патенте Японии №9145038 описан способ, основанный на нагревании золы до 1400°C для испарения элементного фосфора, который конденсируют в воде и окисляют до фосфорной кислоты. Недостатками этого подхода являются высокие энергозатраты, требуемые для нагревания золы осадка и испарения фосфора, и пониженная эффективность выделения фосфора, вызванная образованием шлака фосфата железа.

В опубликованной заявке на Европейский патент ЕР 2016203 (А1) описан способ термохимического удаления тяжелых металлов из золы осадка. Способ основан на добавлении хлоридов щелочноземельных металлов в золу и нагревании более 900°C для испарения хлоридов тяжелых металлов. Недостатками этого подхода являются высокие энергозатраты, требуемые для нагревания, нерастворимость фосфора, содержащегося в остатке, в воде (низкая ценность в качестве удобрения), и пониженная концентрация фосфора в остатке, вызванная разбавлением элементами, оставшимися в золе, и добавляемыми химическими агентами. Обработка золы, полученной в результате совместного сжигания осадка, которая изначально содержит фосфор в относительно низкой концентрации, вероятно будет приводить к очень низкому содержанию фосфора в продукте.

В опубликованной международной заявке на патент WO 00/50343 описан способ выделения железа, алюминия и фосфора из раствора для выщелачивания золы с использованием ионообмена. Недостатки способа включают дороговизну, связанную с необходимостью использования большого избытка восстановительных химических агентов, и выделение растворов с относительно низкой концентрацией.

В опубликованной международной заявке на патент WO 2008/115121 раскрыты способ и установка для выделения фосфора. Способ можно применять для выделения фосфора из растворов для выщелачивания золы. Отделение железа и алюминия, проводят с использованием сильной катионообменной смолы, восстанавливаемой минеральной кислотой. Недостатки схожи с описанной заявкой WO 00/50343 и включают дороговизну, связанную с необходимостью использования большого избытка восстановительных химических агентов, ограниченную ценность выделяемых железо- и алюминийсодержащих продуктов, связанную с загрязнением кислотой, низкую концентрацию и невозможность отдельного выделения железа и алюминия.

Вформатеконференции

(ConferenceontheManagementotResiduesEmanatingfromWaterandWastewaterTreatment, 12.08.2005, Johannesburg, South-Africa) Шаум (Schaum) с соавторами описали способ выделения фосфора из золы осадка. Способ основан на растворении золы осадка после моно-сжигания в серной кислоте и последующем добавлении гидроксида натрия в выщелачивающий раствор для осаждения продукта, содержащего, главным образом, фосфат алюминия. Недостатки способа включают дороговизну, связанную с использованием дорогого гидроксида натрия, и ограниченную ценность выделяемого продукта, содержащего фосфат алюминия. Фосфат алюминия имеет очень низкую растворимость в воде и, таким образом, не может высвобождать фосфор в количествах, достаточных для применения в качестве удобрения для посевных культур. Кроме того, алюминий является токсичным для растений. Ценность фосфата алюминия в качестве удобрения, таким образом, является очень низкой.

В научной публикации Франц (Franz, WasteManag. 2008; 28 (10): 1809-18) описал способ выделения фосфора, основанный на растворении золы осадка в серной кислоте и последующем осаждении фосфора из выщелачивающего раствора с использованием извести. Недостатки способа включают низкое содержание Р в выделяемом продукте, связанное с разбавлением образующимся гипсом, значительные количества токсичного алюминия в продукте и низкая доступность фосфора для растений, связанная с образованием не растворимой в воде формы. Таким образом, ценность продукта в качестве удобрения является очень низкой.

Дитрих (Dittrich) с соавторами в формате конференции (IntemationalConferenceonNutrientRecoveryfromWastewaterStreams, Vancouver, 2009) описали способ выделения фосфора из золы осадка сточных вод, основанный на растворении золы осадка сточных вод в хлороводородной кислоте, последующей экстракции железа и тяжелых металлов с использованием растворителя аламина 336 и осаждении фосфора в виде фосфата алюминия и фосфата кальция с использованием извести. Недостатки способа включают повышенные затраты при использовании хлороводородной кислоты по сравнению с серной кислотой, выделение растворителя аламина 336, требующее дорогостоящего использования карбоната аммония и хлороводородной кислоты, получение больших количеств осажденного железа совместно с тяжелыми металлами, которые необходимо удалять, выделение фосфора в виде смеси не растворимых в воде фосфата кальция и фосфата алюминия, имеющих низкую ценность в качестве удобрений.

В опубликованной международной заявке на патент WO 03000620 описан способ обработки осадка, включающий стадии помещения осадка в условия, которые предъявляют исключительные требования к отсутствию воды, добавления окислителя, в частности кислорода, к осадку, отделения фосфора от воды и диоксида углерода, образующихся при окислении, и выделения фосфора посредством растворения фосфора в щелочи. Основным недостатком способа является обязательная обработка осадка путем окисления, крайне восприимчивая к наличию воды, которая является трудоемкой. При использовании техники растворения фосфора в щелочи в отношении золы осадка сточных вод уровень выделения является очень низким и, как правило, составляет менее десяти процентов.

Существует потребность в способе выделения фосфора из материалов, содержащих фосфор, и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, например, из золы осадка сточных вод, при помощи которого основную часть фосфора можно выделять в ценной форме, не содержащей тяжелые металлы, где фосфор можно применять для получения удобрений, обладающих большой доступностью для растений, или в качестве кормовых фосфатов. Кроме того, способ должен обеспечивать обработку любого типа золы осадка независимо от осаждающих химических агентов, используемых на заводе по обработке сточных вод. Выделение фосфора должно быть эффективным с точки зрения затрат и должно позволять проводить обработку золы с низким содержанием фосфора, такой как зола осадка сточных вод после совместного сжигания. Кроме того, для увеличения повторного полезного использования элементов и снижения необходимости утилизации остатков золы желательно проводить отделение и выделение других элементов, содержащихся в золе, таких как кальций, железо, алюминий, тяжелые металлы и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

Основной задачей настоящего изобретения является предложение способа обработки материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, для выделения элементов для повторного применения. Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение выделения фосфора из материалов, содержащих фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, в концентрированной форме, которая позволяет снижать затраты на транспортировку. Дополнительной задачей настоящего изобретения является обеспечение экологически безопасной и экономически эффективной обработки выделяемого фосфора с образованием чистых и ценных форм.

Указанные выше задачи решают при помощи способов и устройств согласно приведенной формуле изобретения. В целом, согласно первому аспекту способ концентрирования фосфатных соединений включает растворение сырья, содержащего золу осадка сточных вод, в хлороводородной кислоте. Зола осадка сточных вод содержит фосфор и по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия. Нерастворимые остатки отделяют после растворения, в результате чего образуется первый выщелачивающий раствор. Указанный первый выщелачивающий раствор имеет мольное отношение фосфора к суммарному содержанию железа(III) и алюминия. Указанное мольное отношение контролируют таким образом, чтобы оно превышало 1. В первый выщелачивающий раствор добавляют основание после отделения нерастворимых остатков. Основание добавляют в таком количестве, которое вызывает осаждение фосфатных соединений, содержащих по меньшей мере один металл, выбранный из железа и алюминия, из первого выщелачивающего раствора. Осажденные фосфатные соединения удаляют из первого выщелачивающего раствора. В первый выщелачивающий раствор после удаления осажденных фосфатных соединений добавляют серную кислоту, вызывая осаждение сульфатных соединений. Осажденные сульфатные соединения отделяют от первого выщелачивающего раствора. По меньшей мере часть выщелачивающего раствора повторно используют после отделения осажденных сульфатных соединений, в качестве хлороводородной кислоты, используемой для растворения золы осадка сточных вод.

Согласно второму аспекту способ получения фосфатных соединений включает способ концентрирования фосфатных соединений согласно первому аспекту и способ выделения фосфатных соединений.

Согласно третьему аспекту система для концентрирования фосфатных соединений включает реактор для выщелачивания золы, устройство для отделения остатка, установку для смешения с основанием, устройство для отделения фосфатов, установку для смешения с серой, устройство для отделения сульфатов и установку для повторного использования. Реактор для выщелачивания золы выполнен с возможностью растворения сырья, содержащего золу осадка сточных вод, в хлороводородной кислоте. Зола осадка сточных вод содержит фосфор и железо и/или алюминий. Устройство для отделения остатка соединено с реактором для выщелачивания. Устройство для отделения остатка выполнено с возможностью удаления нерастворимых остатков из реактора для выщелачивания золы. В результате образуется первый выщелачивающий раствор. Первый выщелачивающий раствор имеет мольное отношение фосфора к суммарному содержанию железа(III) и алюминия. Система для концентрирования фосфатных соединений дополнительно содержит средства для контролирования мольного отношения таким образом, чтобы оно составляло более 1. Установка для смешения с основанием соединена с выходом устройства для отделения остатка. Установка для смешения с основанием выполнена с возможностью добавления основания в первый выщелачивающий раствор. Добавление основания вызывает осаждение фосфатных соединений, содержащих железо и/или алюминий, из первого выщелачивающего раствора. Устройство для отделения фосфатов соединено с установкой для смешения с основанием. Устройство для отделения фосфатов выполнено с возможностью удаления осажденных фосфатных соединений из первого выщелачивающего раствора. Установка для смешения с серой соединена с выходом устройства для отделения фосфатов. Установка для смешения с серой выполнена с возможностью добавления серной кислоты в первый выщелачивающий раствор. Добавление серной кислоты вызывает осаждение сульфатных соединений. Устройство для отделения сульфатов соединено с установкой для смешения с серой. Устройство для отделения сульфатов выполнено с возможностью удаления осажденных сульфатных соединений из первого выщелачивающего раствора. Установка для повторного использования соединена с выходом устройства для отделения сульфатов и входом реактора для выщелачивания золы. Установка для повторного использования выполнена с возможностью повторного использования по меньшей мере части выщелачивающего раствора.

Согласно четвертому аспекту система для получения фосфатных соединений включает систему для концентрирования фосфатных соединений согласно третьему аспекту и систему для выделения фосфатных соединений.

Согласно пятому аспекту способ выделения фосфатных соединений включает обеспечение подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа. Железо экстрагируют из подаваемого раствора с использованием первого органического растворителя. Первый органический растворитель содержит трибутилфосфат, модификатор и разбавитель. Экстракция приводит к образованию раствора с пониженным содержанием железа. Экстрагированное железо удаляют из первого органического растворителя с использованием воды или разбавленной кислоты. Первый органический растворитель используют повторно после удаления железа для последующей экстракции железа. Фосфатные соединения выделяют из подаваемого раствора с пониженным содержанием железа путем экстракции фосфорной кислоты из раствора с пониженным содержанием железа с использованием второго органического растворителя. Второй органический растворитель содержит трибутилфосфат и предпочтительно модификатор и разбавитель. Второй органический растворитель имеет более высокую концентрацию трибутилфосфата по сравнению с первым органическим растворителем. Выделение приводит к образованию подаваемого раствора с пониженным содержанием фосфора. Экстрагированную фосфорную кислоту удаляютиз второго органического растворителя с использованием водного раствора. Второй органический растворитель используют повторно после удаления экстрагированной фосфорной кислоты для экстракции фосфорной кислоты из раствора с пониженным содержанием железа.

Согласно шестому аспекту способ выделения фосфатных соединений включает растворение фосфатных соединений в щелочном растворе с образованием выщелачивающего раствора. Фосфатные соединения содержат алюминий. В выщелачивающий раствор добавляют известь, вызывая осаждение фосфата кальция. Осажденный фосфат кальция отделяют от выщелачивающего раствора. Выщелачивающий раствор используют повторно после указанного отделения осажденного фосфата кальция для указанного растворения фосфатных соединений с использованием щелочного раствора. Кислоту добавляют по меньшей мере в отводимую часть выщелачивающего раствора после отделения осажденного фосфата кальция, вызывая осаждение гидроксида алюминия. Осажденный гидроксид алюминия отделяют от отводимой части выщелачивающего раствора.

Согласно седьмому аспекту способ получения фосфатных соединений включает способ концентрирования фосфатных соединений и способ выделения фосфатных соединений согласно шестому аспекту. Фосфатные соединения содержат железо. Способ выделения фосфатных соединений включает дополнительное фильтрование гидроксида железа из выщелачивающего раствора перед добавлением извести. Способ концентрирования фосфатных соединений включает растворение сырья, содержащего золу осадка сточных вод, содержащую фосфор и по меньшей мере железо, в жидкости, содержащей минеральную кислоту. Отделяют нерастворимые остатки, образующиеся после растворения, вызывая к образованию первичного выщелачивающего раствора. Основание, содержащее по меньшей мере часть отфильтрованного гидроксида железа, полученного в способе выделения фосфатных соединений, добавляют в первичный выщелачивающий раствор после отделения нерастворимых остатков. Это приводит к осаждению фосфатных соединений, содержащих по меньшей мере железо, из первичного выщелачивающего раствора. Осажденные фосфатные соединения удаляют из первичного выщелачивающего раствора для использования в качестве фосфатных соединений в способе выделения фосфатных соединений.

Согласно восьмому аспекту система для выделения фосфатных соединений включает установку для обеспечения подаваемого раствора, содержащего фосфаты железа, секцию экстракции железа и секцию выделения фосфатов. Секция экстракции железа соединена с выходом установки для обеспечения подаваемого раствора. Секция экстракции железа выполнена с возможностью экстракции железа из подаваемого раствора с использованием первого органического растворителя, вызывая к образованию подаваемого раствора с пониженным содержанием железа. Первый органический растворитель содержит трибутилфосфат, модификатор и разбавитель. Секция экстракции железа дополнительно выполнена с возможностью удаления экстрагированного железа из первого органического растворителя с использованием воды или разбавленной кислоты. Секция экстракции железа дополнительно выполнена с возможностью повторного использования первого органического растворителя после удаления железа для экстракции железа. Секция выделения фосфатов соединена с выходом секции экстракции железа для введения подаваемого раствора с пониженным содержанием железа. Секция выделения фосфатов в свою очередь включает устройство для экстракции фосфорной кислоты, предназначенное для экстракции фосфорной кислоты из раствора с пониженным содержанием железа с использованием второго органического растворителя, в результате получают подаваемый раствор с пониженным содержанием фосфора. Второй органический растворитель содержит трибутилфосфат и предпочтительно модификатор и разбавитель. Второй органический растворитель имеет более высокую концентрацию трибутилфосфата по сравнению с первым органическим растворителем. Устройство для удаления фосфорной кислоты выполнено с возможностью удаления экстрагированной фосфорной кислоты из второго органического растворителя с использованием водного раствора. Установка для повторного использования выполнена с возможностью повторного использования второго органического растворителя и соединена с выходом устройства для удаления фосфорной кислоты и входом устройства для экстракции фосфорной кислоты.

Согласно девятому аспекту система для выделения фосфатных соединений включает реактор для растворения, емкость для смешения, первое устройство для разделения твердых веществ и жидкости, установку для повторного использования, емкость для удаления алюминия и второе устройство для разделения твердых веществ и жидкости. Реактор для растворения выполнен с возможностью растворения фосфатных соединений в щелочном растворе с образованием второго выщелачивающего раствора. Фосфатные соединения содержат алюминий. Емкость для смешения соединена с реактором для растворения и выполнена с возможностью добавления извести во второй выщелачивающий раствор, вызывая осаждение фосфата кальция. Первое устройство для разделения твердых веществ и жидкости соединено с емкостью для смешения и выполнено с возможностью выделения фосфата кальция, осажденного в емкости для смешения, из второго выщелачивающего раствора. Установка для повторного использования расположена между емкостью для смешения и реактором для растворения и выполнена с возможностью повторного использования по меньшей мере части второго выщелачивающего раствора, полученного в первом устройстве для разделения твердых веществ и жидкости, в реакторе для растворения в качестве по меньшей мере части щелочного раствора. Емкость для удаления алюминия соединена с первым устройством для разделения твердых веществ и жидкости и выполнена с возможностью введения по меньшей мере отводимого потока второго выщелачивающего раствора из первого устройства для разделения твердых веществ и жидкости и добавления кислоты для осаждения гидроксида алюминия. Второе устройство для разделения твердых веществ и жидкости выполнено с возможностью отделения осажденного гидроксида алюминия от отводимого потока.

Одно из преимуществ настоящего изобретения заключается в том, что оно позволяет проводить экстракцию фосфора, кальция, алюминия, железа и тяжелых металлов, например, из золы осадка сточных вод, в виде высококачественных продуктов, таких как фосфорная кислота, фосфат кальция, фосфат аммония, гипс, хлорид железа, сульфат железа, гидроксид алюминия, гидроксид железа, сульфиды тяжелых металлов и т.д., экологически безопасным и экономически эффективным образом. Другое преимущество настоящего изобретения заключается в том, что фосфор можно выделять в виде концентрированного, растворимого в воде, неорганического продукта с высоким качеством, т.е. фосфор в больших количествах доступен для растений и содержит незначительное количество примесей тяжелых металлов, что позволяет использовать его в качестве удобрения или чистых фосфатных солей для применения в качестве кормовых добавок. Дополнительные объекты и преимущества обсуждают для различных вариантов реализации в подробном описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение, а также дополнительные объекты и преимущества, станут более понятными при изучении следующего описания, а также прилагаемых чертежей, где:

На ФИГ. 1 приведена блок-схема одного из вариантов реализации системы для получения фосфатных соединений;

На ФИГ. 2 приведена постадийная технологическая схема одного из вариантов реализации способа концентрирования фосфатных соединений;

На ФИГ. 3 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для концентрирования;

На ФИГ. 4 приведена блок-схема другого варианта реализации установки для концентрирования;

На ФИГ. 5А-D приведены неполные технологические схемы вариантов реализации способов концентрирования фосфатных соединений;

На ФИГ. 6 приведена блок-схема другого варианта реализации установки для концентрирования;

На ФИГ. 7А-В приведены неполные технологические схемы вариантов реализации способов концентрирования фосфатных соединений;

На ФИГ. 8 приведена блок-схема другого варианта реализации установки для концентрирования;

На ФИГ. 9 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа концентрирования фосфатных соединений;

На ФИГ. 10-11 приведены блок-схемы других вариантов реализации установок для концентрирования;

На ФИГ. 12 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа концентрирования фосфатных соединений;

На ФИГ. 13 приведена постадийная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 14 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения;

На ФИГ. 15 приведена неполная блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения;

На ФИГ. 16 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 17 приведена неполная блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения;

На ФИГ. 18 приведена изотерма экстракции железа(III) из искусственного подаваемого раствора с использованием растворителя, содержащего 30% ТБФ, 30% додеканола в керосине;

На ФИГ. 19 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 20 приведена кривая выделения железа(III) из растворителя, содержащего 30% ТБФ, 30% додеканола в керосине;

На ФИГ. 21 приведена неполная блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения;

На ФИГ. 22 приведена изотерма экстракции H3PO4 при фоновом содержании AlCl3 (59 г/л) и CaCl2 (200 г/л) с использованием 80% ТБФ в керосине в качестве растворителя;

На ФИГ. 23 приведена постадийная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 24 приведена неполная блок-схема одного из вариантов реализации установки для удаления алюминия, используемой совместно с установкой для выделения;

На ФИГ. 25 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 26 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения фосфора и алюминия и возможно железа;

На ФИГ. 27 приведена технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфора и алюминия и возможно железа;

На ФИГ. 28 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для выделения;

На ФИГ. 29 приведена неполная технологическая схема одного из вариантов реализации способа выделения фосфатных соединений;

На ФИГ. 30 приведена блок-схема одного из вариантов реализации системы для получения фосфатных соединений;

На ФИГ. 31 приведена технологическая схема одного из вариантов реализации способа получения фосфатных соединений;

На ФИГ. 32 приведена диаграмма, на которой проиллюстрирована кривая выделения;

На ФИГ. 33 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для концентрирования;

На ФИГ. 34 приведена технологическая схема одного из вариантов реализации способа концентрирования фосфатных соединений; и

На ФИГ. 35 приведена блок-схема одного из вариантов реализации установки для концентрирования.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Некоторое термины, часто используемые в настоящем описании, следует толковать следующим образом:

Растворитель - Жидкая фаза, как правило, органическая, которая предпочтительно растворяет экстрагируемые растворенные вещества из водного раствора.

Экстрагирующий агент - Активный компонент, как правило, органический, растворителя, позволяющий проводить экстракцию.

Жидкость - жидкостная экстракция - Разделение одного или более растворенных веществ в смеси посредством переноса масс между несмешиваемыми фазами, где по меньшей мере одна фаза, как правило, представляет собой органическую жидкость.

Разбавитель - Жидкость, как правило, органическая, в которой растворяют экстрагирующий агент и модификатор с образованием растворителя.

Модификатор - Вещество, добавляемое в растворитель для увеличения растворимости экстрагирующего агента, солей экстрагирующего агента или ионных веществ, полученных в результате экстракции или выделения. Также добавляют для подавления образования эмульсии.

Удаление - Элюирование из обогащенного растворителя.

Отмывка - Селективное удаление примесей из обогащенного растворителя перед проведением выделения.

Рафинат - Водная фаза, из которой в результате экстракции удалены растворенные вещества.

На чертежах одинаковые числовые обозначения используют для схожих или соответствующих элементов.

При обработке сырья, содержащего относительно низкие концентрации фосфора, очевидно, необходимо при помощи различных способов выделять, обрабатывать или утилизировать большое количество остаточных веществ. Объем указанных остаточных веществ, как правило, может быть более высоким по сравнению с объемом требуемого конечного фосфорсодержащего продукта. Как следствие указанных больших объемов остаточных или побочных продуктов обработку указанного сырья в определенных случаях предпочтительно проводят на месте, где сырье становится доступным. Транспортировка указанного низкоконцентрированного сырья, очевидно, требует больших затрат, а также больших транспортных мощностей. Это означает, что обработку, как правило, проводят во множестве различных мест. Тем не менее, для большинства способов, используемых для обеспечения фосфорсодержащих соединений, подходящих, например, для внесения в качестве удобрений, требуется использование относительно сложных установок. Предпочтительным вариантом является проведение более централизованной обработки.

Для по меньшей мере частичного удовлетворения указанных предпочтений была разработана концепция применения промежуточного фосфорсодержащего продукта. Указанные основные идеи схематически изображены на фиг. 1. Проиллюстрирована система 1 для получения фосфатных соединений, содержащая первую часть, содержащую устройство для концентрирования 2, т.е. систему для концентрирования фосфатных соединений, и вторую часть, содержащую устройство для выделения 3, т.е. систему для выделения фосфатных соединений. Сырье 4, как правило, с относительно низким содержанием фосфора, обрабатывают в устройстве для концентрирования 2 с получением промежуточного фосфатного продукта 10. Промежуточный фосфатный продукт 10 имеет более высокое содержание фосфатов по сравнению с сырьем 4, таким образом, его проще транспортировать. В концепции согласно настоящему изобретению сырье 4, как правило, золу осадка сточных вод, обрабатывают хлороводородной кислотой 5, основанием 6 и серной кислотой 7, вызывая к получению промежуточного фосфатного продукта, содержащего фосфаты железа и/или фосфаты алюминия и кальция. Устройство для концентрирования 2 приводит к получению остатков 8 в виде соединений, не растворимых в хлороводородной кислоте, и сульфатов 9. Основную часть хлороводородной кислоты выделяют внутри устройства для концентрирования 2, что проиллюстрировано эллипсом со стрелкой 17. В предпочтительных вариантах реализации в устройстве для концентрирования 2 происходит удаление по меньшей мере основной части тяжелых металлов и ионов, таких как Mg, Mn, К и Na, из промежуточного фосфатного продукта, основную часть кальция предпочтительно выделяют в виде гипса. В конкретных вариантах реализации железо(II) можно выделять в виде гидроксида железа(II).

Промежуточный фосфатный продукт 10 имеет относительно высокое содержание фосфатов. Промежуточный фосфатный продукт 10, таким образом, можно применять в таком виде в качестве сырья для различных других способов, что проиллюстрировано пунктирной стрелкой 11. Схожие типы промежуточных фосфатных продуктов также могут быть обеспечены в каком-либо другом месте, и их можно вводить в систему 1 для получения фосфатных соединений, что проиллюстрировано пунктирной стрелкой 12. Промежуточный фосфатный продукт 10 также содержит железо, если его получают из золы осадка сточных вод, и, таким образом, как правило, не подходит в качестве удобрения. Промежуточный фосфатный продукт 10, таким образом, обеспечивают в устройстве для выделения 3 с образованием конечного продукта, содержащего фосфатное соединение, 14, который, как правило, используют непосредственно, например, в качестве удобрения или кормового фосфата.

Согласно концепции настоящего изобретения разработаны два предпочтительных способа обработки промежуточного осадка. Тем не менее, также можно применять любые другие способы выделения фосфатных соединений. В первом подходе промежуточный фосфатный продукт 10 обеспечен в подаваемом растворе, например, путем растворения с использованием жидкости, содержащей по меньшей мере хлороводородную кислоту, 13. В способе экстракции экстрагируют соединения железа 15 и соединения алюминия и/или кальция 16, вызывая к образованию конечного продукта, содержащего фосфатное соединение, 14. Способ экстракции предпочтительно проводят путем рециркуляции растворителя, что проиллюстрировано эллипсом со стрелкой 18.

Во втором подходе промежуточное соединение 10 обеспечено в подаваемом растворе, например, путем растворения с использованием жидкости, содержащей по меньшей мере гидроксид натрия, 13. В способе осаждения соединения железа 15 и соединения алюминия и/или кальция 16 отделяют от конечного продукта, содержащего фосфатное соединение, 14. Способ осаждения предпочтительно проводят путем рециркуляции щелочного раствора, что проиллюстрировано эллипсом со стрелкой 18.

Согласно фиг. 1 можно понять, что устройство для концентрирования 2 и устройство для выделения 3 выступают в качестве изготовителя и потребителя, соответственно, промежуточного фосфатного продукта 10, и, таким образом, являются аспектами одной и той же общей концепции изобретения. При типовом устройстве системы в ряд устройств для выделения 3 вводят промежуточный фосфатный продукт 10 из ряда устройств для концентрирования 2, число которых, как правило, больше чем число устройств для выделения 3.

Помимо основной задачи настоящего изобретения, указанной выше, приведены дополнительные общие задачи и задачи предпочтительных вариантов реализации. Одной из дополнительных задач одного из нескольких вариантов реализации является обеспечение обработки выделяемого фосфора с получением чистых и ценных форм, таких как фосфорная кислота, фосфат кальция, фосфат аммония и т.д., которые можно легко применять в качестве удобрений или в составе кормов. Другой задачей одного из нескольких вариантов реализации является обеспечение выделения тяжелых металлов для дополнительной обработки или утилизации. Дополнительной задачей одного из нескольких вариантов реализации является обеспечение селективного осаждения тяжелых металлов в отсутствие значительного совместного осаждения железа. Другой задачей одного из нескольких вариантов реализации является обеспечение выделения кальция из золы осадка сточных вод в виде чистого гипса, подходящего для изготовления гипсовых плит, получения удобрений, применения в качестве материала-наполнителя для бумаги и т.д. Дополнительной задачей одного из нескольких вариантов реализации является значительное снижение массы остаточной золы после обработки по сравнению с первоначальной массой. Дополнительной задачей одного из нескольких вариантов реализации