CC BY
13
УДК 628.161.2
Почиталкина И.А., Ле Ф.Х.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПУЛЬП В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ NPK-УДОБРЕНИЙ
Почиталкина Ирина Александровна, к.т.н., доцент кафедры технологий неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва, e-mail: pochitalkina@list.ru: Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
Ле Фук Хонг, аспирант кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Методом рентгеновской дифракции исследован фазовый состав кислой суспензии, нейтрализованных пульп и пульп сложных удобрений, полученных из бедного апатита Лаокай 2 класса. Показано, что азотнокислотным способом переработки можно получить удобрение, содержащее фосфор в усвояемой форме и имеющей пролонгированное действие.
Ключевые слова: Азотнокислотная вытяжка, пульпа, NPK-удобрения, рентгенофазовый анализ, растворимость
STUDY OF THE PHASE COMPOSITION OF PULPS IN THE PROCESS OF OBTAINING NPK FERTILIZERS
Pochitalkina I.A., Le P.H.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The method of x-ray diffraction investigates phase composition of the sour suspension, the neutralised pulps and pulps of the difficult fertilizers received from poor apatite Laokay of 2 classes. It is shown, that the nitric acid method in the way of processing it is possible to receive fertilizer, phosphorated in assimilated form and having the prolonged action.
Keywords: Nitric Acid Extract, pulp, NPK fertilizers, x-ray phase analysis, solubility.
Азотная атака фосфатного вещества, входящего в состав апатитовых и фосфоритовых руд приводит к образованию раствора нитрата кальция и свободной фосфорной кислоты, основанного на следующей реакции (1) [2]:
Са5(Р04)з(Р,0Н) + 10ИШз = 5Са(Шз)2 + +ЗН3РО4 + ШЩгО) (1)
Азотнокислотное разложение исследуемого образца апатита Лаокай [1] проводилось в стеклянном термостатируемом лабораторном реакторе с перемешиванием при ранее установленных оптимальных условиях: температура 45°С, скорость вращения мешалки 120об/мин, норма азотной кислоты 140% от стехиометрического соотношения, коэффициент разложения сырья при этом составлял 99,9% [3].
При разложении апатита Лаокай азотной кислотой образуется раствор - азотнокислотная вытяжка, содержащая в качестве основных соединений фосфорную кислоту, нитраты кальция и фториды (реакция 1 ).
Кроме того, в вытяжке находятся соединения магния, алюминия, железа и других примесей, перешедшие из исходного сырья (2).
(Са, М§)С0з + 2НШз = (Са, М§)(Шз)2 + СО2 + +Н2О (2)
Образовавшиеся нитраты железа и алюминия взаимодействуют с выделяющейся фосфорной кислотой, превращая водорастворимые фосфаты в
нерастворимые, что практически приводит к потере фосфора (3).
R2O3+ 3HNÜ3 + H3PO4 = R(NÜ3)3 + RPO4 + ЗН2О (3)
где R - Fe, Al.
Выделяющийся фтороводород реагирует с диоксидом кремния, как правило, сопутствующим фосфатам, в результате чего большая его часть остается в растворе в виде
кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6 (4).
SiÜ2 + 6HF = H2SiF6 + 2Н2О (4)
При нейтрализации азотнофосфорнокислотной вытяжки раствором аммиака образуются фосфаты аммония (5)
3NH3+ 2H3PO4 = (NH4)2HPÜ4 + NH4H2PO4 (5)
Так как апатит месторождения Лаокай содержит избыточное количество CaO по отношению к полезному компоенту P2O5, возможно проводить реакцию обогащения продукта в соответствии с уравнением (6).
2Ca(NO3)2 + 4H3PO4 + 5NH3 = =Ca(H2PO4)2 + CaHPO4 + NH4H2PO4 + 4NH4NO3 (6).
По завершении реакции нейтрализации в пульпу, содержащую азот и фосфор вводили третий питательный компонент - хлорид калия. Этот процесс описывается уравнением (7):
KCl + NH4NO3 = KNO3 + NH4CI (7)
Значение произведения растворимости солей по реакциям 1^7 представлены в таблице 1.
таблице 1. Таблица произведений растворимости.
Соединение ПР -ig(np)
Ca(H2PO4)2 1.10"3 3
CaHPO4 2,7.10-7 6,57
AlPO4 5,75.10-19 18,24
FePO4 1,3.10-22 21,18
Саз(Р04)2 2.10-29 28,7
Mg3(PO4)2 1.10-13 13
MgNH4PO4 2,5.10-13 12,6
NH4NO3; Mg(NO3)2
Остальные соли: КМ03; N^0; NH4H2PO4; (NH4)2HPO4; Ca(NOз)2; полностью растворяются в растворе.
Полученные удобрения анализировались на содержание целевых компонентов и примесей с помощью химического и физико-химического методов анализа. Был проведен химический и рентгенофазовый
анализ №К-удобрений. Образцы были исследованы на содержание азота, калия, фосфора в водной, усваиваемой и общей формах. В настоящей работе для определения калия использовался тетрафенилборатный метод (устанавливали согласно
ГОСТ 20851.3-93 [4]). Определение Р2О5 в готовых образцах минеральных удобрений проводилось согласно ГОСТ 20851.2-75 [5] и N определял фотокалориметрическим методом по стандартной методике [6].
| hwiMIM
I Г*М*4*1ЧЫ "HflfOlliM ГМ.. rvj'ki^fc I
I f:TMiHHtMCil.l| : CMaCUWit
Jj
i/J
UdfalL
luiilJliLl
Рисунок 1. Рентгенограмма NPK-удобрения
Согласно данным рентгенофазового анализа, в готовых продуктах в качестве основных фаз присутствуют CaHPO4, NH4H2PO4, NH4Cl, KNO3, NH4NO3, KCl.
Результаты химического анализа пробы NPK-удобрения приведен в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав NPK-удобрения
X NPK,% масс Р2О5, % масс Р2О5усв/Р2О5общ % отн Р2О5вод/Р2О5общ % отн K2O, % масс Nобщ % масс
общ. усв. вод
42,84 14,32 14.13 3,64 98,67 25,20 14,27 14,25
Экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными и соответствуют полученному сложному сбалансированному удобрению с содержанием питательных веществ 33-54% и соотношением 1:1:1.
Список литературы:
1. Почиталкина И. А., Кондаков Д. Ф., Ле Ф. Х., Ву Ч. Т. Состав бедной апатитовой руды месторождения Лаокай // Журнал неорганической химии. 2018. № 8. С. 1046-1049. doi: 10.1134/50044457X18080184.
2. Андреев М.В. Технология фосфорных и комплексных удобрений / Андреев М.В, Бродский А.А., Забелешинский Ю.А., Зорина Е.А., Кленицкий А.И., Кочетков В.Н., Родин В.И., Эвенчик С.Д. Под
ред. С.Д. Эвенчика, А.А. Бродского. - М.: Химия. -1987. - 464с.
3. I.A. Pochitalkina, P.H. Le, T.T. Vu and I.A. Petropavlovskii. Study of the interaction kinetics of apatite ore with nitric acid by independent analytical methods // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 525 (2019) 012032
4. ГОСТ 20851.3-93. Удобрения минеральные. Методы определения массовой доли калия.
5. ГОСТ 20851.2-75 (ИСО 5316-77, ИСО 6598-85, ИСО 7497-84). Удобрения минеральные. Методы определения фосфатов.
6. Технология минеральных удобрений и солей. Лабораторные работы./ Сост. Т.В. Конькова, Е.Ю. Либерман, Н.П. Какуркин, И.А. Почиталкина, Т.Г. Власова.- М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005.- 60с.
