Metale ziem rzadkich z fosfogipsu i kwasu solnego HCl

Metoda przetworzenia fosfogipsu na gips i metale ciężkie i metale ziem rzadkich:
Fosfogips i Hcl:
Fosfogips powstaje przy produkcji kwasu fosforowego według reakcji:
3Ca3(PO4)2·CaF2 + 10H2SO4 → 10CaSO4 + 6H3PO4 + 2HF
Fosfogips to gips CaSO4 zanieczyszczony metalami ciężkimi i kwasem fosforowym i tlenkiem
fosforu i kwasem fluorowodorowym HF. W celu użycia fosfogipsu, jako gipsu budowlanego,
należy usunąć z fosfogipsu metale ciężkie i fosfor. Fosfogips zawiera również metale ziem
rzadkich, które nie stanowią przeszkody w wykorzystaniu fosfogipsu, jako gipsu budowlanego, ale
metale ziem rzadkich osiągają wysokie ceny za kilogram, ponieważ są potrzebne w nowoczesnym
przemyśle.
Mój pomysł na przetworzenie fosfogipsu polega na rozdrobnieniu fosfogipsu i wrzuceniu
fosfogipsu do reaktora chemicznego i zalaniu rozdrobnionego fosfogipsu roztworem kwasu solnego
HCl. Gips CaSO4 nie zareaguje z kwasem solnym HCl, ponieważ kwas solny Hcl nie wyprze reszty
kwasowej kwasu siarkowego H2SO4. W reaktorze zajdą reakcje chemiczne opisane poniżej. Po
przeprowadzeniu reakcji chemicznych w reaktorze chemicznym pozostanie czysty gips CaSO4,
który należy wypompować z reaktora do zbiornika zewnętrznego i zneutralizować resztki kwasów
przez dodanie wodorotlenku sodu NaOH i sprzedać, jako gips budowlany, natomiast roztwór wodny
powstały w wyniku reakcji chemicznych będzie zawierał chlorki metali ciężkich i chlorki metali
ziem rzadkich i chlorek żelaza i chlorek glinu i kwas solny Hcl i kwas fosforowy H3PO4 i kwas
fluorowodorowy HF. Roztwór ten musi być podgrzany do odparowania wody i kwasu solnego Hcl i
kwasu fluorowodorowego HF. Chlorowodór Hcl i fluorowodór HF muszą być następnie
przepuszczone przez wodę w celu uzyskania kwasu solnego Hcl i kwasu fluorowodorowego HF.
Roztwór kwasów Hcl i HF może być zneutralizowany wodorotlenkiem sodu NaOH do chlorku
sodu NaCl i fluorku sodu NaF. Następnie chlorki metali i kwas fosforowy muszą być rozpuszczone
w wodzie i poddane elektrolizie, w wyniku której na jednej elektrodzie powstanie stop chemiczny
metali ciężkich i metali ziem rzadkich i żelaza i glinu, który można sprzedać za wysoką cenę,
natomiast na drugiej elektrodzie powstanie gazowy chlor Cl2, który można sprzedać. Gdy podczas
elektrolizy zacznie wydzielać się gazowy tlen, wtedy w roztworze nie będzie już żadnych chlorków
metali, ani kwasu solnego. Na dnie elektrolizera pozostanie kwas fosforowy H3PO4, który można
sprzedać.
CaSO4 + HCl ==> reakcja nie zajdzie CaSO4
P4O10 + 6 H2O ==> 4 H3PO4
CaF2 + 2 HCl ==> CaCl2 +2 HF
Fe2O3 + 6 Hcl ==> 2 FeCl3 + 3 H2O
Al2O3 + 6 Hcl ==> 2 AlCl3 + 3 H2O
As2S3 + 6 Hcl ==> 2 AsCl3 + 3 H2S
CdS + 2 Hcl ==> CdCl2 + H2S
(FeO Cr2O3) + 8 Hcl ==> FeCl2 + H2O + 2 CrCl3 + 3 H2O
ZnS + 2 Hcl ==> ZnCl2 + H2S
ZnCO3 + 2 Hcl ==> ZnCl2 + H2O + CO2
PbS + 2 Hcl ==> PbCl2 + H2S
PbCO3 + 2 Hcl ==> PbCl2 + H2O + CO2
Pb5(PO4)3Cl + 10 Hcl ==> 5 PbCl2 + 3 H3PO4 + Hcl
Ree – metale ziem rzadkich, występują jako związki chemiczne w fosfogipsie. Metale te występują
na różnych wartościowościach, ale dla przykładu przyjąłem wartościowość II:
ReeS + 2 Hcl ==> ReeCl2 + H2S
ReeCO3 + 2 Hcl ==> ReeCl2+ H2O + CO2
Ree3(PO4)2 + 6 Hcl ==> 3ReeCl2 + 2 H3PO4
Ree(NO3)2 + Hcl ==> reakcja nie zajdzie
ReeO + 2HCl ==> ReeCl2 + H2O
Na każdą tonę wytworzonego kwasu fosforowego H3PO4 przypada około 5 ton fosfogipsu.
Stężenie pierwiastków ziem rzadkich w fosfogipsie często przekracza 0,5%. Fosfogipsy należy
więc traktować jako surowiec wtórny tych, niezmiernie ważnych we współczesnych technologiach,
pierwiastków.
W Polsce fosfogipsy zalegają w ilości ponad 5 mln ton na hałdzie nieczynnych już Zakładów
Chemicznych Wizów koło Bolesławca (Dolny Śląsk), a ja mieszkam w Bolesławcu, więc zależy mi
na usunięciu hałd fosfogipsu z terenu mojego miasta rodzinnego. Istnieje również hałda
fosfogipsów w Wiślince. Przez okres 36 lat na hałdzie zgromadzono około 16 mln ton fosfogipsów,
nie są to dane dokładne, ponieważ brakuje dokładnych danych z okresu lat siedemdziesiątych.
Rocznie na hałdzie składowano w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych po ponad 600 tys.
ton fosfogipsu, ilości te ograniczono w latach dziewięćdziesiątych do 200 – 300 tys. ton. Obecnie
ok. 200 tys. ton. Składowisko osiągnęło oficjalnie wysokość 41 metrów nad poziomem terenu, wg
innych pomiarów 46 metrów nad poziomem terenu. Teoretycznie zakładając, że hałdę
przemieszczamy w inne miejsce potrzeba by do tego około 10000 składów pociągów towarowych.
Jeśli przyjąć stężenie pierwiastków ziem rzadkich w fosfogipsie na poziomie 0,5%, to dla hałdy
Wizów mamy 0,5 * 0,01 * 5 mln ton = 25000 ton metali ziem rzadkich, czyli 25 milionów
kilogramów metali ziem rzadkich, natomiast dla hałdy w Wiślince mamy 0,5 * 0,01 * 16 mln ton
= 80000 ton metali ziem rzadkich, czyli 80 milionów kilogramów metali ziem rzadkich, czyli
łącznie 105 milionów kilogramów metali ziem rzadkich. Cena metali ziem rzadkich jest różna w
zależności od konkretnego metalu i waha się od 7 dolarów za kilogram Lantanu, przez 85 dolarów
za kilogram Prazeodymu i przez 550 dolarów za kilogram Terbu do 15 tysięcy dolarów za kilogram
skandu 99.9%.
http://mineralprices.com/
LIGHT RARE EARTH METALS
HEAVY RARE EARTH METALS
Chcę skontaktować się z polskimi lub zagranicznymi firmami chemicznymi i górniczymi, które
będą zainteresowane wydobywaniem metali ziem rzadkich i czystego gipsu budowlanego i kwasu
fosforowego i kwasu fluorowodorowego z fosfogipsu. Ja dałbym mój pomysł na przetworzenie
fosfogipsu i chciałbym otrzymać część zysków ze sprzedaży metali ziem rzadkich i gipsu i kwasu
fosforowego i kwasu fluorowodorowego.