Research into the process of storage and recycling technogenic phosphogypsum placers

Abstract

Purpose. Study of technogenic placers storage conditions using the example of phosphogypsum dumps at PJSC “Rivneazot” by determining the rocks sorption properties, distribution and concentration of elements, as well as substantiation of recommendations for this production waste recycling. Methods. A series of experimental, laboratory, and full-scale studies of the hydrophysical soils properties have been conducted and the degree of their pollution by phosphogypsum waste under PJSC “Rivneazot” conditions has been revealed. Coefficient of permeability was found using the PVN-OO appliance. Granulometric composition was determined by the method of N.A. Kachynskyi. Mathematical modelling of the elements distribution process within the waste storage was applied. The migration of phosphorus, fluorine, sulphur, copper, chromium, manganese, zinc, lead, cadmium, iron, nickel and cobalt along the profile of artificial soil cross section has been studied. The experimental data were approximated and statistically processed in the MathCad and Microsoft Excel software packages. Findings. The patterns of rare earth elements distribution in technogenic placers within the mining waste storage have been determined. The authors have developed a mathematical model of the polluting agents’ filtration process through the soil massif. The recommendations are presented on the environmentally safe storage and recycling of phosphogypsum waste. A technology is proposed for the соmprehensive phosphogypsum wastes recycling of anti-radiation building products manufacture, which is accompanied by rare earth elements extraction. Originality. The main factors and patterns have been revealed that regulate the distribution of rare earth elements in technogenic placers within the mining waste storage, which influence the rocks sorption properties. Practical implications. Based on determined patterns, the study substantiates the practical possibility for recycling the technogenic placers within the phosphogypsum waste storage and identifying the zones with maximum elements concentration.

Мета. Вивчення умов зберіганні техногенних розсипів на прикладі відвалів фосфогіпсу ПрАТ “Рівнеазот” з визначенням сорбційних властивостей порід, розподілу, концентрації елементів та обґрунтування рекомендацій з переробки відходів даного виробництва. Методика. Проведено серію експериментальних, лабораторних і натурних досліджень водно-фізичних властивостей ґрунтів та виявлення ступеню їх забруднення відвалами фосфогіпсу в умовах ПрАТ “Рівнеазот”.Коефіцієнт фільтрації визначався приладом ПВН-ОО. Гранулометричний склад визначався за методом Н.А. Качинського. Застосовано математичне моделювання процесу розподілу елементів у межах складування відходів. Досліджено міграцію фосфору, фтору, сірки, міді, хрому, марганцю, цинку, свинцю, кадмію, заліза, нікелю і кобальту вздовж профілю штучного ґрунтового перерізу. Апроксимація та статистична обробка дослідних даних проводилась у програмних пакетах MathCad та Microsoft Excel. Результати. Встановлено закономірності розподілу рідкоземельних елементів у техногенних розсипах в межах зберігання відходів гірничого виробництва. Авторами розроблена математична модель процесу фільтрування забруднюючих речовин через ґрунтовий масив та надані рекомендації з екологічно безпечного зберігання й переробки відходів фосфогіпсу. Запропоновано технологію комплексної переробки відходів фосфогіпсу з виготовлення протирадіаційних будівельних виробів і супутнім вилученням рідкоземельних елементів. Наукова новизна. Виявлено основні фактори та закономірності, що регулюють розподіл рідкоземельних елементів у техногенних розсипах в межах зберігання відходів гірничого виробництва, які впливають на сорбційні властивості порід. Практична значимість. Дослідженням доведена практична можливість переробки техногенних розсипів у межах зберігання відходів фосфогіпсу та знаходження зон максимальної концентрації елементів на основі встановлених закономірностей.

Цель. Изучение условий хранении техногенных россыпей на примере отвалов фосфогипса ЧАО “Ровноазот” с определением сорбционных свойств пород, распределения, концентрации элементов и обоснование рекомендаций по переработке отходов данного производства. Методика. Проведена серия экспериментальных, лабораторных и натурных исследований водно-физических свойств почв и выявление степени их загрязнения отвалами фосфогипса в условиях ЧАО “Ровноазот”. Коэффициент фильтрации определялся прибором ПВН-ОО. Гранулометрический состав определялся по методу Н.А. Качинского. Применено математическое моделирование процесса распределения элементов в границах складирования отходов. Исследована миграция фосфора, фтора, серы, меди, хрома, марганца, цинка, свинца, кадмия, железа, никеля и кобальта вдоль профиля искусственного почвенного сечения. Аппроксимация и статистическая обработка опытных данных проводилась в программных пакетах MathCad и Microsoft Excel. Результаты. Установлены закономерности распределения элементов на техногенных россыпях в пределах хранения отходов горного производства. Авторами разработана математическая модель процесса фильтрации загрязняющих веществ через грунтовый массив и даны рекомендации относительно экологически безопасного хранения и переработки отходов фосфогипса. Предложена технология комплексной переработки отходов фосфогипса по изготовлению противорадиационных строительных изделий и попутным извлечением редкоземельных элементов. Научная новизна. Определены основные факторы и закономерности, регулирующие распределение редкоземельных элементов в техногенных россыпях в пределах хранения отходов горного производства, которые влияют на сорбционные свойства пород. Практическая значимость. Исследованием доказана возможность переработки техногенных россыпей в пределах хранения отходов фосфогипса и нахождения зон максимальной концентрации элементов на основе установленных закономерностей.