Научный задел. Поиск эффективных способов утилизации многотоннажных промышленных отходов представляет собой одну из серьезных и актуальных экологических проблем России и мира.

Анализ результатов исследований отечественных и зарубежных ученых, в т.ч. научных коллективов Санкт-Петербургского горного университета, позволяет сформировать перечень наиболее перспективных областей применения отхода переработки фосфатного сырья – фосфогипса (основной состав представлен СаSO₄*2H₂O). Отход может найти применение в промышленности строительных материалов, в сельском хозяйстве и как источник ценных компонентов, например, редкоземельных элементов (РЗЭ).

Полезное использование фосфогипса позволит не только освободить часть площадей объектов размещения, но и предотвратить негативное воздействие на окружающую среду в будущем.

Текущее состояние. Однако состав и свойства фосфогипса существенно отличаются от гипсосодержащего сырья природного происхождения, что приводит к сложностям при разработке способов его полезного использования в указанных отраслях. Использование же отхода без предварительного извлечения ценных химических веществ ведет к утрате последних. Тем временем, объем фосфогипса, захороненного на объектах размещения – гипсонакопителях – в России составляет порядка 300 млн т, при среднем показателе утилизации не более 2 %.

Решаемая проблема. Исследование посвящено решению актуальной проблемы полезной утилизации многотоннажных техногенных отходов минерально-сырьевого комплекса. Целью является анализ и обобщение сведений о составе, свойствах и способах переработки фосфогипса для выбора наиболее эффективного направления комплексного использования фосфогипса в качестве вторичного материального ресурса.

Методы исследования. Комплекс используемых методов включает патентно-информационный анализ проблемы, лабораторные методы изучения состава и свойств отхода, а также экспериментальные исследования процесса переработки фосфогипса с использованием уникального оборудования Научного Центра «Проблем переработки минеральных и техногенных ресурсов» и аккредитованного Центра коллективного пользования Санкт-Петербургского горного университета.

Результаты исследования. В ходе работы проведен анализ вещественного состава фосфогипса различного генеза, в том числе свежего и отвального. Рассмотрено влияние отвалов фосфогипса на компоненты окружающей среды. Выполнен критический анализ способов полезной утилизации фосфогипса с учетом ограниченной применимости отхода в различных отраслях. В качестве наиболее перспективного направления, позволяющего достичь комплексной переработки отхода, выбран способ гидрохимической переработки фосфогипса на фосфомел.

Детали исследования. Подтверждено, что состав фосфогипса за счет его техногенного происхождения имеет ряд отличий по сравнению с гипсосодержащим сырьем природного происхождения. Отход содержит продукты неполного разложения фосфатного сырья, оксиды тяжелых металлов и соединения, включающие ценные компоненты – редкоземельные элементы.

Большинство объектов размещения отхода являются объектами накопленного вреда и представляют собой источник комплексного негативного воздействия на атмосферный воздух, почву, подземные и поверхностные водные объекты.

Доказано, что наиболее эффективным направлением, которое позволит одновременно достичь снижения объемов складируемого отхода и обеспечить его комплексную переработку с извлечением ценных компонентов, является карбонатная конверсия (рисунок 1). Указанный способ в условиях производственного цикла также может сопровождаться утилизацией промышленных дымовых газов, содержащих CO₂, что способствует уменьшению углеродного следа предприятия.

Заключение. Результатами исследования, посвященного комплексной утилизации фосфогипса, являются:

1. Обобщение сведений о составе и свойствах техногенного сырья (на примере фосфогипса), необходимых для выбора направления его использования в качестве вторичного ресурса и вовлечения в хозяйственный оборот;

2. Обоснование выбора наиболее эффективного направления комплексной утилизации фосфогипса для производства продукции с заданными свойствами с учетом экономических и экологических перспектив ее полезного использования в условиях Северо-Западного региона.