Tìm hiểu về công nghệ sản xuất phân lân nung chảy và vấn đề môi trường

Tìm hiểu về công nghệ sản xuất phân lân nung chảy và vấn đề môi trường

Trường đại học Bách khoa hà nội Viện KH- CN Môi trường Bài tập chuyên đề: Quá trình sản xuất Tên chun đề: Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy vấn đề môi trường Thành viên thực hiện: Trần Cát Linh Tống Duy Cương Nguyễn Thị Ngọc Ánh Đinh Thu Hằng Hà nội ngày 19\10\08 I.Tình hình sản xuất phân lân nung chảy giới nước - Thực tế nay, nhu cầu sử dụng phân bón sản xuất nơng nghiệp quốc gia lớn.Theo số liệu năm 2006-2007, số lượng phân bòn sử dụng ở: Trung Quốc la 48,8 triệu tân Ấn Độ 22,045 triệu Mỹ 20,821 triệu EU 13,86 triệu tân Thái Lan 1,69 triệu Việt Nam 2,604 triệu tấn.Trong lượng phân lân sử dụng 0,634 đáp ứng 30% nhu cầu sử dụng - Muốn đáp ứng nhu cầu phân bón phát triển sản xuất nơng nghiệp năm sau theo đường nhập ngày tăng phân bón mà phải phát triển sản xuất để đáp ứng tối đa nhu cầu nông nghiệp cải thiện chất lượng phân bón giúp người nơng dân khơng cần bón nhiều mà đạt hiệu Một cơng nghệ sản xuất phân bón mang lại hiệu tương đối cao la công nghệ sản xuất phân lân phương pháp nhiệt nói chung phân lân nung chảy nói riêng.Đây cơng nghệ đơn giản, đầu tư tư thấp,giá thành sản phẩm hạ.Tùy thuộc vào nguyên liệu phương pháp chế biến mà sản phẩm có hàm lượng 16-36% P2O5 hữu hiệu  Nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy: Cơ sở phương pháp dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vơ định hình ( khơng hấp thụ , khó tiêu, khó tan ) thành dạng vơ định hình mà hấp thụ Căn vào nguyên lý trên: đem phối trộn quặng apatit với chất phụ gia theo tỉ lệ định sau nung lò cao nhiệt độ từ 1400- 1500 0C…làm cho hỗn hợp quặng phụ gia hóa lỏng Liệu lỏng lấy làm lạnh đột ngột nước có áp lực cao ( lưu lượng nước gấp 15-20 lần sản phẩm ) nhằm phá vỡ tinh thể quặng chuyển P2O5 quặng thành dạng dễ tan axit yếu (có thể tan 98% axit citric 2% chứa dịch mà tiết ra) thu bán thành phẩm phân lân Quá trình chủ yếu kết hình thành trạng thái thủy tinh vơ định hình Ở nhiệt độ 1400-15000C hỗn hợp quặng lò dạng kết tinh bị hóa mềm chảy lỏng linh động, mạng tinh thể bị phá vỡ , sau liệu lỏng làm lạnh đột ngột để chất lỏng không trở trạng thái ban đầu ( tinh thể bền vững ) Ta thu sản phẩm dạng thủy tinh Quá trình tạo phân nung chảy thực chất trình chuyển hóa - Ca3(PO4)2 từ dạng kết tinh thành dạng “ thủy tinh “  Giới thiệu phân lân nung chảy: Phân lân nung chảy hỗn hợp photphat silicat(Ca Mg).Thành phần phân lân nung chảy gồm chủ yếu là: 4(Ca,Mg)O.P2O5 5(Ca,Mg)O.P2O5.SiO2 Tóm lại thành phần phân lân nung chảy gồm chủ yếu nguyên tố P, nguyên tố Ca,Mg số nguyên tố vi lượng Fe, Co, Mn, Cu, Mo,… Thực tế trình sản xuất phân lân phối trộn để tạo nhiều loại phân mà hòa tan có độ pH từ 6-8 phù hợp với loại đất khác  Ưu điểm phân lân nung chảy: - Trong thành phần có bổ xung nhiều nguyên tố dinh dưỡng trung lượng : Mg: chất chủ yếu tạo nên diệp lục tố , giúp tổng hợp P , đường chất béo.Đất đồi thối hóa , đất xám đất bạc màu, đất phù sa sơng thường thiếu Mg Nó có lợi cho phẩm chất lấy đường , lấy dầu , họ đậu , vv Silic : tích lũy hịa thảo ( ngơ , lúa , cao lương ) làm cứng cáp , giảm sâu bệnh - Mặt khác loại phân có tính kiềm thích hợp với loại đất phèn ,đất chua - Lân phân lân tồn dạng khơng hịa tan nước nên hiệu trồng chậm phân supe lại có hiệu bền lâu khơng bị chuyển thành dạng khó hấp thụ - Với loại đất có dung tích hấp thụ lớn giữ lân đất phù sa chua , đất phèn , đất pheralit chua, …vv hiệu lân nung chảy cao nhiều so với supe lân II Đặc điểm sử dụng nguyên,nhiên vật liệu sản xuất phân lân nung chảy.Một số công nghệ sản xuất phân lân nung chảy 1.Về nguyên liệu Nguyên liệu dùng sản xuất phân lân nung chảy gồm có:quặng apatit đá secpentin - Quặng apatit có cơng thức cấu tạo Ca10F2(PO4)6 Ca5F(P04)3 Trong thành phần dao động gịm có: CaO:43% P2O5:31-35% Fe2O3: 1,7-2,0% Al2O3: 2-2,2% MgO: 1,7-2,0% SiO2: 2,5-3% F: 1,7-2,0% CO2: 1,9-2,3% Quặng Flo apatit có đặc điểm:màu xám,nâu;khối lượng riêng d = 3,18-3,21 g/cm3;tnc = 1400-1559 0C Kích cỡ quặng để đưa vào lò cao 11-90mm - Đá secpentin có cơng thức cấu tạo 3MgO.2SiO2.2H2O Ngồi đá secpentin cịn có số ngun tố vi lượng Ni, Mn, Cu, … Có lợi cho trồng Kích thước đá sau nghiền đập sàng để đưa vào lò cao 11- 90mm -Ngồi ngun liệu trên, cịn sử dụng thêm số loại đá quặng khác như: +Đá sa thạch:thành phần SiO2 > 90%,cỡ hạt từ 11-90mm +Quặng bánh: sản phẩm tận thu loại quặng dá có kích thước < 10mm, trộn thêm chất kết dính (xi măng 7%) dùng máy ép thành bánh 2.Về nhiên liệu Than sử dụng trinh đốt lò để sản xuat phân lân nung chảy có chất lượng tốt, hàm lượng chất bốc nhỏ, cường độ chịu nhiệt cao, nhiệt lớn Có loại than sử dụng than Antraxit, Cốc - Than Atraxit:Hàm lượng tro chiếm < 12%, cỡ hạt 40-90mm.Hiện có Na Dương Thanh Hóa - Than Cốc:trữ lượng nhiệt tốt nhất, lượng tro chiếm 18%, cỡ hạt 40-90mm (dùng lò cao), 11-30mm (dùng cho lị đốt khí CO).Than Cốc phải nhập ngoại từ Trung Quốc loại than khơng có nước 3.Cơng nghệ sản xt phân lân nung chảy Hiện nay,trong nước ta có qui trình cơng nghệ sản xuất phân lân nung chảy chinh -Công nghệ 1:Là công nghệ đưa từ Trung Quốc sang với việc sử dụng nguyên liệu Quặng Apatit loại I với thành phần P205 28-40%, sử dụng nhiên liệu than Cốc.Kích thước hat nguyên liệu đưa vào lị 25- 80mm -Cơng nghệ 2: Là công nghệ với việc sử dụng nguyên liệu Quặng Apatit loại II với thành phần P205 18-25%, sử dụng nhiên liệu than Antraxit.Kích thước hạt nguyên liệu dưa vào lò 11- 90mm 4.Qui trình sản xuất phân lân nung chảy chung Sơ đồ nguyên lý sản xuất phân lân nung chảy: Nguyên Kẹp hàm đập liệu Sàng khô Rửa Lọc bụi Lò cao Rửa bụi 1450÷15000C Ca(OH)2 Xử lý Tơi nước Khí thải thái ÷ 5atm Lọc bụi Bãi rửa Sấy Nghiền sàng Sản phẩm Thuyết minh sơ đồ : Quặng apatit, đá secpentin đưa bãi chứa nhờ ô tô, máy xúc chuyển phễu máy đập nhằm gia công nguyên liệu kích thước cần thiết, qua sàng khơ, sàng ướt để loại bỏ hạt cỡ.Lượng mịn tập trung vào bãi chứa.Than chọn lọc, đảm bảo chất lượng kích cỡ chuyển sàn lị cao - Quặng đá, than cân theo phối liệu, chuyển vào thùng tời đưa lên lò cao.Ở lị cao diễn q trình sấy, hóa mềm chảy lỏng nhiệt chuyển hoắ quặng chứa lân thành dạng vơ định hình cách làm lạnh đột ngột nước, cần trục múc từ bể bán thành phẩm đưa vào phễu chứa, nhờ hệ thống băng tải đưa bãi Ở Việt Nam: Nguyên liệu P2O5 CaO MgO SiO2 Tỉ lệ phối tử 3-4 2-3 2-3 - Bán thành phẩm bãi tự nhiên (độ ẩm < 7%) cầu trục mức đưa vào phễu theo hệ thống băng tải chuyển vào máy sấy thung quay, bán thành phẩm sấy với nhiệt độ 600-7000C, sau bán thành phẩm có dộ ẩm < 1% gia công chế biến theo yêu cầu: + Để sản xuất lân nghiền: bán thành phẩm chuyển vào máy nghiền đến độ mịn 50-70% tùy theo yêu cầu sản xuất + Để sản xuất lân hạt: bán thành phẩm chuyển sang sàng thu dược sản phẩm hạt -Sản phẩm đóng bao nhãn, xếp kho, xuất cho khách hay chuyển sang tổ sản xuất khác III.Quy trình sản xuất phân lân nung chảy 1.Sơ đồ cấu tạo lị cao:( hình bên ) 1: Chuông nạp liệu 2: thùng chứa phận nạp liệu 3: Lớp cách nhiệt vỏ lò 4: Gạch chịu nhiệt vỏ lò 5: Vỏ thân lò 6: Ống phân phối gió 7: Bọc nước làm mát 8: Lớp bột chịu lửa bảo vệ bọc nước 9: Cửa tháo liệu 10: Ống gió vào lị 11: Ống khí 12: Chng nạp nhiên liệu thứ 13: Phễu chứa liệu đỉnh lị 2.Các q trình hóa lý xảy lị cao Có thể chia từ đỉnh lị đến đáy lò làm khu vực: - Khu vực sấy phối liệu-Khu vực đỉnh lò: Khu vực nhiệt độ khống chế khoảng nhiệt độ 150-7000C.Nếu thấp nhiệt độ bay nước làm ngưng tụ nước, bụi than bị kết tinh.Nước kết tinh thoát ra:Ở nhiệt độ lớn 1500C nhiên liệu vào lò bắt đầu bị bốc Ở nhiệt độ lớn 5000C nước kết tinh secpentin Ở nhiệt độ lớn 650oC nước kết tinh bay hết theo khí lị;Secpentin bắt đầu bị phân hủy theo phản ứng: 3MgO.2SiO2  2MgO.SiO2+MgSiO2+2H2O Ở nhiệt độ lớn 6500C tạo thành 3Mg2SiO4 theo phản ứng: 2(3MgO.2SiO2)  3Mg2SiO4+2MgSiO3 - Khu vực phân giải muối cacbonat Nhiệt độ khoảng 730- 9200C, xảy phản ứng phân giải muối cacbonat phán ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni 7300 C MgO+CO2 MgCO3   9000 C CaO+CO2 CaCO3   8000 C 2Fe+3CO Fe2O3+C   Fe2O3+3CO  2Fe+3CO NiO+CO  Ni+CO2 Vì tỷ trọng Fe Ni lớn nhiều so với tỷ trọng phối liệu nên Fe Ni lắng xuống đáy tạo thành xỉ feroniken (xỉ gang niken).Hợp chất tháo qua cửa liệu đáy lò - Khu vực hóa mềm chảy lỏng Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 8000C quặng bắt đầu mềm tiếp tục mềm dần nhiệt độ 12000C bắt đầu chảy.Nhưng nhiệt độ quặng chưa đủ linh động lấy khó khăn chậm Tại oxy khơng khí than cháy mạnh hơn.Trong lò xảy phản ứng Phản ứng chính: 2C+O2  2CO+Q Phản ứng phụ: C+H2O  CO+2H2-Q 2CO+O2 2CO2 +Q Và phản ứng khử F, hoàn nguyên Ni P 2Ca5F(PO4) +SiO2 +H2O  3Ca3(PO4)2 +CaSiO2 +HF 4Ca5F(PO4) +3SiO2  6Ca3(PO4)2+2CaSiO3 +SiF4 Hoặc dạng tổng quát : Ca10F2(PO4)+3(3MgO.SiO2.2H2O)3(3MgO.3CaO.SiO2.P2O5.CaF)+6H2O Trong phần CaF2 phản ứng với SiO2 nước CaF2+SiO2+H2O  CaSiO3+2HF - Khu vực nhiệt Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò) Nguyên nhiên liệu sau chảy lỏng nhị q trình cháy tiếp tục nâng lên nhiệt độ từ 1300-15000C.Tại nhiệt độ chất lân trạng thái lơngr linh động (vơ định hình), hiệu suất chuyển hóa cao.Chất lân trạng thái tháo cửa liệu, làm lạnh đột ngột tơi nhanh nước có áp lực cao(lưu lượng nước gấp 15-20 lần lượng sản phẩm), ta thu bán thành phẩm phân lân có chất lân dạng vơ định hình tan tốt axit xitric 2% có thành phần nhựa tiết ra, giúp hấp thụ tốt Bán thành phần nước áp lực cao đẩy bể IV.Vấn đề ô nhiễm trinh sản xuất phân lân nung chảy 1.Khí thải - Khí CO, CO2 sinh q trình đốt nhiên liệu - Khí H2S, HF sinh trinh đốt nguyên liệu lị cao Các khí độc hại đến môi trường sức khỏe người Để xử lý khí thải, hỗn hợp khí đưa qua tháp phân li bụi, bụi tách ra, khí tiếp tục hấp thụ.Các khí CO2, H2S, HF hấp thụ nhờ có dung dịch sữa vơi lắng xuống bể chứa hấp thụ, khí thải tiếp tục vào tháp tách nước để tách nước trước vào lò đốt CO.Tại lò đốt diễn trình cháy:2CO+O2=CO2 Sau khí thải theo ống khói thải môi trường.Nhiệt độ đốt CO tận dụng để nung gia nhiệt cho khơng khí cấp vào lị nhờ quạt cao áp, khí nóng khỏi thiết bị có nhiệt độ từ 300-4000C dùng để sấy qua nguyên liệu tăng nhiệt độ nguyên liệu đầu vào vừa làm tăng hiệu suất lò cao, vừa giảm tiêu hao nhiên liệu 2.Chất thải rắn - Chất thải rắn sản xuất phân lân chủ yếu quặng mịn cõ, trung bình phân bón tỉ lệ loại bỏ vào khoảng 0,25-0,35 quặng mịn Quặng mịn sinh trình đập nguyên liệu, sàng nguyên liệu trước đưa vào lò cao để nung lên Trước lượng quặng mịn phải vất bỏ làm cho bãi thải chứa quặng mịn ngày cao núi, vừa gây ô nhiễm mơi trường, vừa lãng phí tài ngun, vừa tăng giá thành sản phẩm.Hiện nay, số nhà máy, điển hình nhà máy Phân lân Vân Điển,có giải pháp tạo chất kết dính vơ đóng bánh toàn lượng quặng thải thành nguyên liệu đạt tiêu chuẩn theo kích cỡ nguyên liệu đưa vào lò cao.Quặng mịn quay trở lại sản xuất giúp tận dụng gần 300000 quặng mịn đưa vào sản xuất.Lượng chất thải rắn từ chỗ tồn đọng nhiều năm không kiểm soát được, vơi dần trở thành nguyên liệu phục vụ sản xuất, vừa tiết kiệm tài nguyên, vừa giải ô nhiễm môi trường, vừa hạ giá thành sản phẩm - Chất thải rắn lượng bụi phát sinh trình nghiền nguyên liệu, bụi phát sinh dây chuyền sản xuất, q trình đóng bao bì sản phẩm Để xử lý lượng bụi trinh nghiền nguyên liệu,sau sàng khô, người ta tiến hàng sàng ướt để khử bụi tận gốc Để xử lý bụi phát sinh trinh sấy bán thành phẩm, tiến hành tạo ẩm hợp lý cho nguyên liệu(để lượng ẩm