Industrielles Auswaschen von Chloriden aus Phosphaterzen unter ...

Wüste Kysilkum erschließen. Die usbekischen Phosphatvorkommen
– Fluorcarbonat-Apatite – sind mariner Herkunft und entstanden
als Sedimente eines Meeres, das sich zweimal in der Erdgeschichte
(Kreidezeit und Tertiär) über dem Gebiet der heutigen
Wüste Kysilkum gebildet hat und dann wieder ausgetrocknet ist.
Zusammen mit den dabei entstandenen zwei Phosphatschichten
hat sich auch Meersalz als Natriumchlorid abgelagert (Bild 1).
Vor fast neun Jahren ist die erste Phosphatlagerstätte Taschkura in
der Wüste Kysilkum erschlossen worden. Dabei wurde eine Anlage
für die trockene Aufbereitung gebaut, die das Erz zerkleinert,
siebt und zusätzlich kalziniert. Die Anreicherung an P 2 O 5 im Phosphatkonzentrat
lag bei ca. 26 %. Nach verhältnismäßig kurzer
Zeit stellte sich heraus, dass das im Erz enthaltene Natriumchlorid
dem Hauptabnehmer des Phosphatkonzentrates, dem größten
usbekischen Chemiewerk in der Stadt Almalyk, große technische
Probleme bereitete. Bei der klassischen Herstellung von Phosphorsäure
wird das Phosphatkonzentrat als Pulver mit Schwefelsäure
vermischt. Die dabei entstehenden Temperaturen liegen
knapp unter 100° C. Das im Phosphatpulver vorhandene NaCl
löst sich sofort auf. Dabei entstehen chemisch instabile und unter
diesen Bedingungen sehr aggressive Chlorid-Ionen „Cl¯“. Diese
verursachen eine starke Korrosion an allen Anlagekomponenten,
in denen der Prozess abläuft.
Das Auswaschen von Chloriden wollte der Betreiber zuerst nicht
in Betracht ziehen. Durch das in der Wüste knapp vorhandene
und zudem stark salzhaltige Wüstenwasser fehlten damals noch
wirtschaftlich vertretbare und kostengünstige Lösungen. Nach
mehreren erfolglosen Versuchen, die Korrosion durch Verwendung
von hochwertigen Legierungen zu stoppen, war der Betreiber
gezwungen, die Ursache des Problems – die Chloride – zu
beseitigen. Die Produktion der für das Land strategisch wichtigen
Phosphorsäure und der Düngemittel stand dabei auf dem Spiel.
2. Die Aufgabe
Das usbekische Bergbaukombinat „Navojinski Gornometalurgiceski
Kombinat“ (NGMK), mit dem Hauptsitz in der Stadt Navoi,
ist ein führender Hersteller von Gold, Uran und Phosphatkonzentrat
mit über 70 000 Beschäftigten. Vor drei Jahren wurde die
Firma Engineering Dobersek GmbH aus Mönchengladbach von
NGMK mit der Lösung der Problematik beauftragt. Eine Anlage
sollte konzipiert, projektiert, geliefert, montiert und in Betrieb genommen
werden, die folgende Aufgaben zu erfüllen hatte:
– Herstellung von 104 t/h gewaschenem Phosphaterz, mit einer
deutlich reduzierten Chloridkonzentration von ca. 0,2 %
auf max. 0,033 % (ein in zahlreichen Versuchen vom Kunden
ermittelter Grenzwert, bei dem die Korrosionsbildung an der
Ausrüstung akzeptabel bleibt).
– Ausschließliche Verwendung des stark salzhaltigen Wassers
aus den Wüstenbrunnen; das Wasser enthält 650 mg/l Chloride
und stand in begrenzter Menge zur Verfügung. Dadurch
musste der Wasserverbrauch auf niedrigem Niveau gehalten
werden.
– Es war darauf zu achten, dass die Fraktion von –5 mm bis
+20 µm, die den größten Anteil an Phosphorpentoxid P 2 O 5
enthält, während des Prozesses nicht verloren geht – erlaubt
waren max. 3 %.
– Die Restfeuchte des gewaschenen Erzes durfte 7 % nicht übersteigen,
damit die nachgeschaltete vorhandene Kalzinierungsanlage
ohne Anbackungsgefahr arbeiten kann.
3. Die Lösung: ein speziell entwickeltes Verfahren
Nach mehreren von ED durchgeführten Untersuchungen – dafür
mussten über 3 t Phosphaterz aus Usbekistan nach Deutschland
transportiert werden – hat sich ED für ein Verfahren entschieden,
das alle defi nierten Anforderungen erfüllt und dabei auch eine
wirtschaftliche Produktion gewährleistet. Die Anlage wurde in
zwei separaten Linien (2 x 50 % Kapazität) konzipiert, um eine
Bild 1: links: Gewaschenes Phosphaterz in 100-facher Vergrößerung;
rechts: Salzkorn unter einem Rasterelektronenmikroskop
Fig. 1: left: Washed phosphate ore (100 x magnifi cation); right:
grain of salt under a scanning electron microscope
phosphate deposits – fl uorocarbonate apatites – are of marine
origin, having been formed as the sediment of a sea that covered
the area of today’s Qizilqum Desert twice in geological history
(Cretaceous and Tertiary periods) and dried out each time.
Together with the two strata of phosphate formed, sea salt was
deposited as sodium chloride (Fig. 1).
Almost nine years ago the fi rst phosphate deposit at Tashkura
was opened up in the Qizilqum Desert. A plant was built for dry
processing of the ore, in which it is comminuted, screened and
calcined. The content of P 2 O 5 in the phosphate concentrate was
around 26 %. After a relatively short time it was established that
the sodium chloride contained in the rock was causing major technical
problems at the facilities of the main buyer of the phosphate
concentrate, the largest Uzbekistan chemicals plant in the town
of Olmaliq. In the classical production of phosphoric acid, powdered
phosphate concentrate is mixed with sulphuric acid. The
temperatures generated during mixing are just below 100° C. The
NaCl contained in the phosphate powder immediately dissolves.
In this process chemically unstable chloride ions “Cl¯” are formed
which are very aggressive in these conditions. These cause severe
corrosion of all components in the processing plant.
The plant operator initially refused to consider washing out the
chlorides. In view of the scarcely available, but very salty water in
the desert, no economically viable and low-cost solutions could
be offered at that time. After several unsuccessful attempts to
stop the corrosion by using high-quality alloys, the operator was
forced to eliminate the cause of the problem, i.e. the chlorides.
The production of the strategically important phosphoric acid
and fertilizers for the country was at stake.
2. The Objective
The Uzbekistanian mining combine “Navojinski Gornometalurgiceski
Kombinat“ (NGMK), headquartered in the town of Navoi,
is a leading producer of gold, uranium and phosphate concentrate
with over 70,000 employees. Three years ago NGMK
called in Engineering Dobersek GmbH, a fi rm based in Mönchengladbach,
Germany, to come up with a solution to the problems.
The company was contracted to design, plan, supply, install and
commission a plant to meet the following requirements:
– Production of 104 t/h washed phosphate ore, with a substantially
reduced chloride concentration from around 0.2 % to
max. 0.033 % (a limit determined by the client in numerous
tests at which corrosion of the equipment is considered acceptable).
– Use of only the extremely salty water from the desert wells: this
water, which is only available in limited quantities, contains
650 mg/l chlorides. Water consumption therefore had to be
minimized.
– The fraction from –5 mm to +20 µm, which contains the largest
percentage of phosphorous pentoxide P 2 O 5 , must not be
lost during the process – a maximum of 3 % was allowed.
AUFBEREITUNGS TECHNIK 48 (2007) Nr. 11-12 3