«НЕСООТВЕТСТВИЯ» В ПРИРОДЕ

В 1926 году экспедиция, руководимая академи­ком А. Е. Фероманом, обнаружила на Кольском по­луострове залежи богатого фосфором минерала апатита. Эти залежи оказались величайшими в мире.

Миллионы лет назад магма вторглась в толщу нефелиновых пород и, взаимодействуя с ними, об­разовала караваеобразное апатито-нефелиновое тело. Во время ледникового периода ледяные пла­сты исполосовали северные районы, местами сгла­дили горы, местами прорыли долины и вскрыли глу­бинные породы. Обнажились и залежи апатитовой руды, которая ныне перерабатывается в ценнейшее сырье для получения суперфосфата.

Технология переработки апатитов такова: руду измельчают и подвергают обогащению, в про­цессе которого апатит отделяется от нефелина и других минералов, а затем полученный апатитовый концентрат обрабатывают серной кислотой — этим реактивом № 1, сильнейшим химическим агентом, миллионы тонн которого расходуются в бесчислен­ных производствах.

Получившийся в результате такой обработки су­перфосфат измельчают и доставляют на поля.

Но тут-то, на последнем этапе и возникают трудности. В 1970 году в нашей стране должно быть произведено около 80 миллионов тонн минеральных удобрений. Значит, десятки миллионов тонн супер­фосфата придется перебросить в разные концы стра­ны по железным дорогам, а затем по шоссе и про­селкам распределить по миллионам гектаров полей.

Месторождение апатитов Кольского полуостро­ва находится по воле природы достаточно далеко от посевных площадей…

Сблизить химические заводы, производящие фосфорные туки, с их потребителем — сельским хо­зяйством значит решить важнейшую экономическую задачу. Иначе удобрения будут слишком дороги. Но для решения этой задачи потребовалось отказаться от использования одних только богатых руд, переба­зировав хотя бы частично производство удобрений в другие районы, где приходится вовлекать в экс­плуатацию более бедные фосфорные руды.

А при решении этой задачи сразу же выясни­лось, что испытанный путь получения суперфосфата обработкой природных минералов серной кислотой не пригоден.

Задача усложнялась: необходимо было извлечь из бедных фосфорных руд технически чистый жел­тый (или, как его иначе называют, белый) фосфор, затем сжечь его и получить фосфорную кислоту, ко­торую уже легко переработать в удобрения. Впро­чем, и чистый фосфор, и фосфорная кислота нахо­дят и другие применения.

Фосфор из бедных руд получают возгонкой при высоких температурах. Поэтому и сам способ на­зван термическим, и фосфорную кислоту, получен­ную из желтого фосфора, тоже называют термиче­ской. Выпускать эти вещества будет химический за­вод, вступивший в строй действующих предприятий.

ЧЕТВЕРТЫЙ ИНГРЕДИЕНТ

В процессе участвуют три основных вещества.

Первое — это руда, фосфорит, в котором содер­жится около 23—25% пятиокиси фосфора Р₂О₅ (в Кольских апатитовых концентратах этого окисла око­ло 40%). Интересно, что в отличие от апатитовой руды бедный фосфором минерал в этом случае не обогащают перед дальнейшей обработкой. Бедную фосфорную руду целиком загружают в печи, конеч­но, в измельченном виде.

Удаление посторонних примесей происходит не­посредственно в печах при помощи второго ингре­диента— кварцита. Действующим началом в квар­ците служит двуокись кремния SiO₂,  образующая с примесями сравнительно легкоплавкие шлаки, кото­рые сливаются из печей в ковши. Процесс отрегули­рован так, что вместе со шлаками уходит в отбросы совсем немного фосфора, содержащегося в руде.

Третье вещество — это каменноугольный кокс, более или менее чистый углерод, которым восста­навливается окись фосфора. При этом образуется элементарный фосфор и угарный газ. После очистки от пыли газ сжигают.

Четвертый ингргдиент процесса — электрическая энергия₁ нагревающая, в печах руду, расплавляю­щая шлаки и возгоняющая восстановленный коксом фосфор. Расход электроэнергии достигает 16 ты­сяч киловатт-часов на тонну фосфора. Поэтому термический способ получения фосфорной кислоты стал возможен только после того, как в СССР была создана мощная сеть электростанций. По этой же причине новые заводы по переработке бедных фос­форных руд строят поближе к электростанциям — поставщикам дешевой энергии.

ПРОДУКЦИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Основное уравнение термического процесса вы­глядит так:

Как уже было сказано, фосфорит в печах вос­станавливается, фосфор возгонкой превращается в газ. Он смешивается с другими газообразными про­дуктами, поступает в электрофильтры, очищающие газы от пыли, и далее в конденсаторы газообразного фосфора, попросту говоря, охладители. В огромных емкостях вращающимися дисками разбрызгивается вода. Из газа выпадает фосфорный «дождь». Его на­капливают в приемнике, а оттуда перекачивают в жидком виде на склад или подают на переработку — на сжигание в цехе фосфорной кислоты.

Кроме фосфора, шлака и газообразных продук­тов в печах образуется некоторое количество фос­фида железа (феррофосфор), который используют в металлургии. Газы же после осаждения фосфора, сжигают и используют для сушки сырья. Завод пе­рерабатывает не весь фосфор в фосфорную кислоту, а затем в фосфорные соли и удобрения.

Фосфор нужен не только для удобрений — до­статочно вспомнить о спичках. Еще обширнее об­ласть применения фосфорной кислоты: подкормка для скота, медикаменты, моющие и противопожар­ные средства и многое другое.

Таким образом, это предприятие, детище по­следнего года семилетки, будет не только постав­щиком удобрений, но и началом других химических производств. В этом, между прочим,— важное преи­мущество электротермического способа производст­ва фосфорных удобрений по сравнению с кислот­ным.

Такова схема переработки фосфоритной руды

И еще одно. Завод, о котором мы пи­шем, — головное предприятие. Здесь будут испыты­вать новые аппараты, проверить новое оборудование, отрабатывать технологию производства фосфо­ра, фосфорной кислоты, концентрированных мине­ральных удобрений, чтобы использовать все новое и лучшее в проектах следующих строек Большой химии.

С. ВЛАДИМИРОВ

Консультанты — старшие научные сотрудники НИУИФ И. И. АБЛИЧЕНКОВ и М. Г. ФРЕНКЕЛЬ