CC BY
24
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
ЭФФЕКТИВНЫМ СПОСОБ ФОСФОРНОКИСЛОТНОИ АКТИВАЦИИ
ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ
Каноатов Хайррулло Муродиллаевич
канд. техн. наук, доцент, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: Kanoatov8086@mail. ru
Мансуров Омон Абдувалиевич
ассистент,
Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: 0mansurov1990@mail. com
Мамажанова Иродахон Рахматовна
ассистент,
Ферганский политехнический институт Республика Узбекистан, г.Фергана E-mail: mamajanova. [email protected]
EFFECTIVE METHOD FOR PHOSPHORIC ACID ACTIVATION OF PHOSPHATE RAW MATERIAL
Khayrullo Kanoatov
Candidate of techniques sciences, Namangan Institute of engineering and technology,
Uzbekistan, Namangan
Omon Mansurov
Assistant,
Namangan Institute of engineering and technology,
Uzbekistan, Namangan
Irodaxon Mamajanova
Assistant,
Fergana Polytechnic Institute Uzbekistan, Fergana
АННОТАЦИЯ
В статье приведены результаты кислотнотермической обработки рядовой фосфоритовой муки и термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов в диапазоне соотношений Р2О5ЭФК : Р2О5ФС от 1 : 0,3 до 1 : 0,7 и температурах от 105 до 3000С. Оптимальными параметрами явились соотношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,3 и температура 2200С. При этом получаются продукты с высоким содержанием общей, усвояемой и водорастворимой форм Р2О5.
ABSTRACT
The article presents the results of thermal acid treatment of ordinary phosphorite flour and thermoconcentrate of phosphorites of the Central Kyzylkum in the range of P2O5EPA: P2O5ph ratios from 1: 0.3 to 1: 0.7 and temperatures from 105 to 300°C. The optimal parameters were the ratio Р2О5EPA: Р2О5ph = 1: 0.3 and a temperature of 220°С. This produces products with a high content of the total, assimilable and water-soluble forms of P2O5.
Ключевые слова: Рядовой фосфорит, термоконцентрат, пылевидная фракция, минерализованная масса, удобрения, активация, соотношения, экстракционная фосфорная кислота, разложения, Центральных Кызылкум.
Keywords: Ordinary phosphorite, thermoconcentrate, dust fraction, mineralized mass, fertilizers, activation, ratio, extraction phosphoric acid, decomposition, Central Kyzylkum.
Библиографическое описание: Каноатов Х.М., Мансуров О.А., Мамажанова И.Р. Эффективный способ фосфорно-кислотной активации фосфатного сырья // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. 12(81). URL: httys://7universum.com/ru/tech/archive/item/11012 (дата обращения: 25.12.2020).
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Введение
Технология производства концентрированных фосфорных удобрений, основанная на кислотном разложении фосфатного сырья, требует больших удельных затрат фосфорной кислоты [1], что является одной из основных причин высокой себестоимости удобрений и препятствует наращиванию производственных мощностей. Кроме того, для производства двойного суперфосфата требуются высококачественное фосфатное сырье и концентрированная фосфорная кислота [2]. Поэтому мы для получения одинарных фосфорных удобрений из бедного фосфатного сырья Центральных Кызылкумов воспользовались методом фосфорнокислотной активации сырья [3-5]. Суть этого метода заключается в обработке фосфоритов фосфорной кислотой, но в значительно меньших количествах, чем это требуется для полного разложения сырья. При этом образуются, так называемые, недоразложенные или частично разложенные фосфаты, агрохимические испытания которых показали их высокую эффективность [6, 7]. Причем испытывались образцы удобрений с различной степенью разложения сырья. Фосфорит подвергался обработке фосфорной кислотой из расчета 12, 25, 50 и 70% от количества Н3РО4, необходимого для производства двойного суперфосфата. Наилучшие результаты получены при 25 и 50%-ной норме Н3РО4 от стехиометрии на получение Са (Н2РО4)2. Коэффициенты использования Р2О5 из суперфосфата и частично разложенного фосфорита были практически одинаковыми. Фосмука Егорьевского месторождения с 25- и 50%-ным уровнем разложения была одинакова по эффективности с аммофосом и двойным суперфосфатом.
Этот частично разложенный с помощью фосфорной кислоты фосфорит назван суперфосфатно-фосфоритным удобрением или сокращенно Супер-фосом. Проведены опытно-промышленные испытания процесса его получения [8, 9]. В качестве исходного сырья служили экстракционная фосфорная кислота из хибинского апатита (25-26% Р2О5) и кингисеппский флотационный концентрат состава (%): Р2О5 28-29; СаО 41-43; М§0 2,0-2,4. Норма кислоты составляла 45-50% от стехиометрической дозы для производства двойного суперфосфата. Готовый продукт содержал 37,7-39,7% Р2О5общ., 46,4-56,3% от этого количества было в водорастворимой форме.
В последние годы Научно-исследовательским институтом по удобрениям и инсектофунгицидам (Москва) и Мелеузовским ОАО «Минудобрения» разработана технология нового фосфорсодержащего удобрения - димонофосфата кальция, содержащего смесь моно- и дикальцийфосфата, получаемого разло-
жением низкосортного фосфатного сырья при пониженных нормах расхода фосфорной кислоты [10 - 14]. Технология апробирована на переработке желвако-вого типа фосфатного сырья: Вятско-Камского (21,5 -22,5 % Р2О5 и 6,2 - 6,9 % Я203), Егорьевского (20 % Р2О5 и 11 % Я203), Чилисайского (17,1 % Р2О5 и 4,7 % Я203) месторождений, а также остаточно -метасоматического типа Ашинского месторождения (22,5% Р2О5). Во всех случаях получены положительные результаты. Продукт содержал 31-43% Р2О5усв. при коэффициенте разложения 70-80%.
Нами изучен процесс активации рядовой фосфоритовой муки, мытого концентрата, пылевидной фракции, минерализованной массы и термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов обычной (18,69% Р2О5) и упаренной (29,05 - 46,00% Р2О5) экстракционной фосфорной кислотой при 750С в течение 30 мин при соотношениях Р2О5ЭФК : Р2О5ФС, равных от 1 : 0,3 до 1 : 1. После активации продукты высушивались при 105 0С [3-5].
В табл. 1 . приведены составы продуктов после активации рядовой фосфоритовой муки и термоконцентрата обычной (18,69% Р2О5) и упаренной ЭФК (29,05 - 29,86% Р2О5) при соотношениях Р2О5ЭФК : Р2О5ФС от 1 : 0,3 до 1 : 0,7.
Экстракционная фосфорная кислота имела состав (вес. %): 18,69 Р2О5; 0,26 СаО; 0,64 Mg0; 0,73 М2О3; 0,46 Бе203; 2,72 803; 1,02 Б; 0,093 С1. Она производится на Алмалыкском ОАО «Аммофос» из термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов путем разложения последнего серной кислотой в ди-гидратном режиме. Термоконцентрат имел следующий состав (вес. %): 27,26 Р2О5; 53,36 СаО; 1,30 АЩ}; 0,51 Бе203; 0,61 Mg0; 2,91 Б; 2,41 СО2; СаО : Р2О5 = 1,96; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 9,32%. Рядовая фосфоритовая мука имела состав (вес. %): 17,20 Р2О5; 46,22 СаО; 1,24 А1203; 1,05 Бе203; 1,75 Mg0; 2,00 Б; 16,00 СО2; СаО : Р2О5 = 2,69; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 18,49%.
Стехиометрическую норму фосфорной кислоты для разложения фоссырья с получением монокаль-цийфосфата рассчитывали по уравнению:
СаО в сырье + Р2О5 в кислоте
Са (Н2РО4)2
Для рядовой фосфоритовой муки 100%-ная норма экстракционной фосфорной кислоты 18,69 и 29,86%-ной концентрации (стехиометрическая норма на монокальцийфосфат) составляет на 1 г Р2О5 в фосмуке 6,82 г Р2О5 в кислоте, или Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,147. Для термоконцентрата 100 % - ная норма экстракционной фосфорной кислоты 18,69 и 29,05%-ной концентрации составляет 4,95 г Р2О5 в кислоте на 1г Р2О5 в сырье, или Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,202.
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Таблица 1
Состав одинарных фосфорных удобрений ортофосфатного типа из фосфоритов Центральных Кызылкумов
Массовое Норма ЭФК от Р2О5общ. Р2О5усв. По Лим. Р2°5водн. СаОобщ. СаОводн.
соотношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС стехиометрии на Са(Н2РО4)2, % к-те, % % % % , % Р О 1 2О5общ.
Из рядовой фосмуки и ЭФК (18,69 % Р2О5)
1 0,3 48,9 42,22 38,73 27,23 25,37 11,00 0,60
1 0,4 36,7 38,03 33,04 21,06 28,85 8,94 0,76
1 0,5 29,3 36,60 28,10 14,36 32,79 6,66 0,896
1 0,7 21,0 33,30 23,60 2,63 36,83 1,54 1,10
Из рядовой фосмуки и ЭФК (29,86 % Р2О5)
1 0,5 29,3 36,65 29,15 15,01 32,83 6,12 0,896
1 0,7 21,0 33,33 24,84 4,07 36,89 2,06 1,10
Из термоконцентрата и ЭФК (18,69 % Р2О5)
1 0,5 40,4 43,14 33,29 29,55 28,12 10,21 0,65
1 : 0,7 28,9 40,98 25,91 20,21 36,67 8,01 0,821
Из термоконцентрата и ЭФК (29,05 % Р2О5)
1 0,3 67,2 47,76 41,56 38,22 21,90 11,56 0,458
1 0,4 50,5 45,23 37,92 33,41 23,57 10,99 0,52
1 0,5 40,4 43,07 34,67 30,12 27,91 11,10 0,646
1 0,7 28,9 40,37 28,37 21,62 33,06 9,03 0,82
О солевом составе полученных при активации продуктов косвенно можно судить по отношению СаОобщ. : Р2О5общ. в них, зная, что это соотношение во фторапатите равняется 1,315, в трикальцийфосфате 1,183, в дикальцийфосфате 0,79, в монокальцийфос-фате 0,395, в димонофосфате кальция (50% моно- и 50 % дикальцийфосфата) 0,592.
Отсюда следует, что первый продукт в табл. 1 из фосмуки при соотношении Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,3 является димонофосфатом кальция, второй продукт при Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,4 является дикальций-фосфатом с небольшим количеством монокальций-фосфата, третий продукт при Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,5 является смесью дикальций- и трикальцийфосфата и четвертый продукт при Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,7 является, по-существу, трикальцийфосфатом. Это соотношение неприемлемо для активации фосмуки, так как содержание Р2О5водн. в продукте слишком мало (2,63 %) по отношению к Р2О5усв. (23,60 %). По этой же причине неприемлемо соотношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,7 для активации фосмуки фосфорной кислотой с концентрацией 29,86 % Р2О5.
Лучшие по составу продукты получаются при активации термоконцентрата. Так, при соотношении Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,5, то есть при норме 18,69%-ной Н3РО4 40,4%, получается продукт димонофос-фатного состава с преобладанием дикальцифосфата. Он содержит Р2О5общ. 43,4%, Р2О5усв. 33,29%, Р2О5водн. 29,55%, СаОводн. 10,21%, является концентрированным по фосфору и отвечает требованиям сельского хозяйства по содержанию усвояемых форм фосфора : Р2О5усв. : Р2О5общ. = 77 % и Р2О5водн. : Р2О5усв. = 89%. Даже при соотношении Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,7 в случае использования термоконцентрата и кислот с 18,69% Р2О5 и 29,05% Р2О5 мы получаем продукты с высоким содержанием водорастворимой формы Р2О5, хотя по соотношению СаОобщ. : Р2О5общ. (0,82)
они должны представлять собой дикальцийфосфат с примесью трикальцийфосфата.
Во всяком случае фосфорнокислотная активация фосфатного сырья в условиях пониженной нормы кислоты является эффективным способом перевода неусвояемой формы Р2О5 в усвояемую для растений форму.
Однако, в продуктах фосфорнокислотной активации фосфатного сырья можно значительно повысить содержание фосфора как в общей форме, так и в усвояемой, если подвергнуть их термообработке. Кислотнотермическая переработка фосфатного сырья является перспективной технологией в производстве фосфорсодержащих удобрений [15-16], поскольку образующиеся при этом полимерные фосфаты менее подвержены деградации в почве, отличаются длительным последействием и более высоким коэффициентом использования фосфора растениями [17-18].
Как уже отмечалось выше, продукты фосфорно-кислотной активации рядовой фосмуки и термоконцентрата представляют из себя смеси монокальций-фосфата Са(Н2РО4)2^О, дикальцийфосфата СаНРО4-2Н2О и трикальцийфосфата в различных пропорциях. Термическая обработка этих продуктов позволит удалить из них кристаллизационную и часть конституционной воды, повысив тем самым содержание фосфора. Но при этом нам нужно сохранить как можно больше усвояемой и водорастворимой форм Р2О5.
Для того, чтобы осуществить кислотнотермиче-ское разложение фосфатного сырья, мы подвергли полученные после фосфорнокислотной активации продукты (табл. 1) термообработке при 140, 180, 220, 260 и 3000С в течение часа. Затем они были проанализированы на содержание в них различных форм Р2О5 по стандартной методике [19], пригодной только для солей ортофосфорной кислоты, и по видоизмененной методике [20], позволяющей учитывать
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
и водорастворимые соединения пиро- и триполи-фосфорных кислот. По этой методике для определения водорастворимой Р2О5 отбирают пипеткой 50 мл прозрачного фильтрата, переносят их в стакан емкостью 300-400 мл и добавляют 12,5 мл концентрированной ЫКО3. После этого пробу кипятят 1,5-2 часа, чтобы полностью прогидролизовать растворенную часть полифосфата до ортофосфата. Далее поступают по принятой методике [19], осаждая РО\~ - ионы
щелочной магнезиальной смесью и определяя содержание Р2О5 по весу прокаленного осадка М§2?2О7.
Результаты показывают, что стандартная методика определения усвояемой и водорастворимой форм Р2О5 не подходит для анализа термообрабо-танных продуктов, так как не отражает реального их содержания. При соотношении Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,3 с ростом температуры от 105 до 3000С по стандартной методике отношение Р2О5усв : Р2О5общ. меняется от 74,06 до 18,33%, Р2О5водн. : Р2О5общ. от 64,46 до 6,30%, а на самом деле по видоизмененной методике эти отношения меняются от 74,61 до 79,17% и от 66,18 до 27,19% соответственно. Можно сделать вывод, чем меньше фосфатного сырья подается на активацию фосфорной кислотой, тем выше со дер -жание Р2О5общ. в продуктах. Чем выше температура
декабрь, 2020 г.
обработки, тем выше содержание Р2О5общ.. Концентрация фосфорной кислоты не влияет на результаты кислотнотермического разложения фосфатного сырья. Определяющими параметрами являются соотношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС и температура обработки, оптимальная температура обработки продуктов фосфорнокислотной активации сырья является 2200С. При этой температуре в продуктах для всех соотношений Р2О5ЭФК : Р2О5ФС наблюдается максимальное содержание усвояемой и водорастворимой форм Р2О5. А также для рядовой фосфоритовой муки оптимальными параметрами кислотнотермической обработки являются соотношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,3 и температура 2200С. Получаемый при этом продукт содержит 43,89% Р2О5общ., 35,1% Р2О5усв.,
20,9% Р2О5водн., Р2О5усв. : Р2О5общ. = 80,11% и Р2О5водн. I Р2О5общ. = 47,73%. Для термоконцентрата оптимальными парметрами также являются отношение Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 : 0,3 и температура 2200С. Продукт содержит 53,92% Р2О5общ., 48,7% Р2О5усв., 41,4% Р2О5водн., Р2О5усв. : Р2О5общ. = 90,5% и Р2О5водн. I Р2О5общ. = 76,76%. Но с использованием термоконцентрата хорошие продукты получаются даже при соотношении Р2О5ЭФК : Р2О5ФС = 1 I 0,7.
Список литературы:
1. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Часть 2, - Л.: Химия, 1970г - 1556 стр.
2. Двойной суперфосфат: Технология и применение / М.А. Шапкин, Т.И. Завертяева, Р.Ю. Зинюк, Б.Д. Гуллер.-Л.: Химия, 1987г. - 216 стр.
3. Каноатов Х.М., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С. Переработка рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов в качественные фосфорные удобрения // Материалы конф. «Актуальные проблемы химической переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов». - Ташкент, 2016 г, с. 51-54.
4. Каноатов Х.М., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Одинарные фосфорные удобрения, получаемые фосфорнокислотной активацией фосфатного сырья Кызылкумского месторождения. Сообщение 2. // Химическая технология. Контроль и управление. - 2017 г. - № 4. - с. 5-10.
5. Каноатов Х.М., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Одинарные фосфорные удобрения, получаемые фосфорнокислотной активацией фосфатного сырья Кызылкумского месторождения. Сообщение 1 // Химическая промышленность. - 2008г. - т. 85, №6. - с. 271-277.
6. Ромодина Л.В. Частично разложенный фосфорит, его свойства и применение: Автореф. дис. ... канд. с.- х. наук. -М., 1981 г - 17 с.
7. Останин А.И. Агрохимическое обоснование производства и применения фосфорных удобрений пониженной растворимости: Автореф. дис. ... докт. с.- х. наук. - М., 1987г - 45 с.
8. Новиков А.А, Завертяева Т.И., Шестаков В.И., Мильков Г.А., Чамова М.П., Кузнецов А.А., Ражев В.М., Будник В.П. Промышленные испытания процесса получения фосфорного удобрения продленного действия. М.: 1983. 13 с. - Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы 26.09.83, № 929 хп - Д 83.
9. Бабкин В.В., Бродский А.А. Фосфорные удобрения России. - М.: ТОО «Агрохим - принт», 1995. - 464 с.
10. Альмухаметов И.А. Разработка и промышленное освоение технологии димонофосфата кальция: Автореф. дис. ... канд.техн.наук. - М., 2000 г, - 20 с.
11. Ангелов А.И., Казак В.Г., Галина В.Н., Ангелова М.А., Альмухаметов И.А., Усманов Р.Т., Ярмухаметов Х.И., Габдуллина Ф.Г.,Пашкова А.В., Сидоренкова Н.Г., Шарипов Т.В. Переработка региональных фосфоритов в квалифицированные фосфорные удобрения // Химическая промышленность. - 1996 г - № 11. - с. 704-712.
12. Ангелов А.И., Казак В.Г., Борисов В.М., Ангелова М.А. Технология димонофосфата кальция с использованием бедных желваковых фосфоритов // Химическая промышленность. - 1996 г - № 1. - с. 7-12.
13. Ангелов А.И., Альмухаметов И.А., Казак В.Г, Коршунов В.В. Промышленное освоение производства димонофосфата кальция // Химическая промышленность. - 1999 г - № 11. - с. 695-699.
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
14. Патент № 2142927 РФ. МКИ6 СО5 В 3/00, 11/00, 1/02. Способ получения фосфорного удобрения / И.А. Альмухаметов, А.И. Ангелов, Ф.Г. Габдуллина, В.Н. Галина, Ф.А. Галиев, А.Р. Держинский, В.Г. Казак, П.В. Классен, В.В. Коршунов, В.А. Леонтьев, А.В. Пашкова, Р.Т. Усманов, Ю.Д. Черненко, Х.И. Ярмухаметов.
15. Бектуров А.Б., Серазетдинов Д.З., Урих В.А. Некоторые проблемы получения полифосфатных удобрений кислотно-термическим способом // Проблемы химии и химической технологии. - М.: Наука, 1977 г - с. 148-156.
16. Шевченко Н.П., Уланова Н.М., Угрюмова Л.Е. Исследование реакций образования фосфатов в процессе кис-лотнотермической обработки некондиционных фосфоритов // Конденсированные фосфаты, соли и алюмосиликаты из минерального сырья Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1990г, с. 27-51.
17. Карцева Л.Н. Эффективность поли-, пиро- и метафосфатов на разных почвах // Агрохимия. - 1969г. - № 9. -
18. Мамедов Э.Х., Кожемячко В.А., Янишевский Ф.В. Действие удобрений полифосфатного типа на урожай хлопчатника и фосфатный режим лугово-сероземных почв Азербайджана // Агрохимия. - 1992г. - № 6. -
19. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М. Винник, Л.Н. Ербанова, П.М. Зайцев и др. - М.: Химия, 1975, 218 стр.
20. Кубасова Л.В., Александрова Г.Г. Определение водорастворимой формы Р2О5 в дегидратированных фосфатах // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 1968. - т. 11, № 7. - с. 849-850.
с. 13-19.
с. 13-22.
