«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.
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