CC BY
16
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ ФОСФОРИТОВ ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ
Улугбердиева Зияда Хотамовна
докторант Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкент
Хужамбердиев Шерзод Мусурмонович
докторант Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: sherzod0108@mail.ru
Мирзакулов Холтура Чориевич
проф. Ташкентского химико-технологического института,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: khchmirzakulov@mail.ru
RESEARCHER OF THE PROCESS OF DEHYDRATING CALCIUM PHOSPHATES FROM
CENTRAL KYZYLKUM PHOSPHORITES
Ziyada Ulugberdieva
PhD student of Tashkent chemical technology of institute,
Uzbekistan, Tashkent
Sherzod Khujamberdiev
PhD student of Tashkent institute of chemical technology,
Uzbekistan, Tashkent
Kholtura Mirzakulov
professor of Tashkent institute of chemical technology,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты исследований влияния процесса термообработки одинарных фосфорных удобрений на химический состав дегидратированных фосфатов кальция из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Фосфаты кальция получены разложением мытого обожженного фосконцентрата экстракционной фосфорной кислотой при соотношении Р2О5ЭФК:Р2О5ФС = 2,15-4,50 и последующей аммонизацией до рН 3,3-3,5.
Показано влияние фракционного состава, соотношения Р2О5ЭФК:Р2О5ФС и температуры прокалки на химический состав и степень полимеризации удобрений. Установлены оптимальные технологические параметры получения низкополимеризованных фосфатов кальция.
ABSTRACT
The results of studies of the influence of the process of heat treatment of single phosphate fertilizers on the chemical composition of dehydrated calcium phosphates from the phosphorites of Central Kyzylkum are presented. Calcium phosphates are obtained by decomposition of washed burned phosphate concentrate by extraction phosphoric acid with a ratio of Р2О5EPA:Р2О5PRм = 2.15-4.50 and subsequent ammonization to a pH of 3.3-3.5.
The effect of the fractional composition, the ratio of Р2О5EPA:Р2О5PRM and the temperature of calcination on the chemical composition and degree of polymerization of fertilizers is shown. The optimal technological parameters for the production of low-polymerized calcium phosphates are established.
Ключевые слова: орто- и пирофосфаты кальция, дегидратация, фосфорная кислота, фосфориты.
Keywords: ortho and calcium pyrophosphates, dehydration, phosphoric acid, phosphates.
В Узбекистане ощущается острый недостаток них не превышает 35% от годовой потребности. Де-фосфорсодержащих удобрений. Обеспеченность в фицит фосфорных удобрений усугубляется еще и
Библиографическое описание: Улугбердиева З.Х., Хужамбердиев Ш.М., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса дегидратации фосфатов кальция из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 5(62). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7258
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
тем, что с урожаем из почвы выносится большое количество питательных веществ, а коэффициент использования фосфорных удобрений не превышает 20-25% в первый год внесения и 40% в последующие 2-3 года [1; 3]. Кроме того, ежегодно необходимо производство 272-292 тыс. т Р2О5 в виде одинарных фосфорных удобрений для внесения под зяблевую пахоту при выращивании хлопчатника и зерновых [7]. Все это указывает на увеличение валового выпуска фосфорсодержащих удобрений. При обогащении и выпуске 716 тыс. т мытого обожженного фос-концентрата (МОФК) в отвалы уходит более 40% фосфатного сырья с низким содержанием фосфорного ангидрида. Переработка фосфоритов с низким содержанием Р2О5 в фосфорные удобрения пролонгированного действия позволит увеличить валовый объем фосфорсодержащих удобрений, повысить их коэффициент использования и частично покрыть недостаток в одинарных фосфорных удобрениях.
Целью наших исследований является разработка технологии эффективных концентрированных одинарных фосфорных удобрений пролонгированного действия путем термохимической переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов (ЦК) экстракционной фосфорной кислотой (ЭФК).
Кислотно-термическая переработка кальцийсо-держащего сырья используется для производства кормовых, обесфторенных фосфатов огнеупоров и биокерамики [5; 6; 8]. Термической дегидратации подвергают гидрофосфаты, образующиеся при разложении фосфатного сырья фосфорной кислотой при
нормах ниже стехиометрической, на образование мо-нокальцийфосфата. При нормах фосфорной кислоты, близких к стехиометрической, образуется двойной суперфосфат. При снижении нормы кислоты образуется смесь моно- и дикальцийфосфатов с последующим переходом в дикальцийфосфат. Для исследований влияния процесса дегидратации на химический состав фосфатов кальция с содержанием различных форм фосфатов кальция приготовили образцы удобрений с отношением Р2О5эфк:Р2О5фс от 2,15 до 4,50. Химический анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами [2; 4; 9].
Для исследований использовали МОФК ЦК состава (масс. %): P2O5 - 26,20; СaO - 57,70; CaO:P2O5
- 2,202; MgO - 0,60; Fe2Oз - 0,34; Al2Oз - 0,49; SOз -3,21; F - 2,84 и ЭФК из этого же сырья состава (масс. %): P2O5 - 17,98; СaO - 0,31; MgO - 1,12; Fe2Oз
- 0,93; Al2Oз - 1,36; SOз - 2,32; F - 1,25. МОФК разлагали ЭФК при 80оС в течение 90 минут. Массовое соотношение суммы Р2О5 эфк и Р2О5 фс к сумме оксидов кальция, магния, железа, алюминия фосфорита и ЭФК (Я) варьировали от 1,33 до 2,04, что соответствует отношению Р2О5ЭФЮР2О5ФС = 2,15-4,50. Кислую пульпу нейтрализовали газообразным аммиаком до рН 3,3-3,5 и сушили при температуре 90-100оС. Для дегидратации отобрали образцы удобрений с размером частиц от -4 до +3, от -3 до +2, от -2 до + 1 мм.
Химические составы полученных удобрений в зависимости от соотношения Р2О5ЭФК:Р2О5ФС или R приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав фосфорных удобрений
№ Р2О5 ЭФК Р2О5 ФС R рН Химический состав, масс, %
Р2О506Щ. Р2О5УСВ. Р2°5водн. Р2О5 усе Р2О5 еодн
Р2О5 общ Р2О5 общ
1 2,15 1,33 1,8 36,43 26,09 14,14 71,64 38,83
2 2,85 1,56 1,67 39,78 32,06 17,17 82,10 43,00
3 3,65 1,80 1,53 44,17 37,60 26,56 85,10 60,10
4 4,00 1,90 1,48 45,20 39,36 28,83 86,44 63,80
5 4,50 2,04 1,45 46,61 40,81 31,86 87,56 68,36
Как видно из таблицы, с повышением соотношения Р2О5ЭФЮР2О5ФС с 2,15 до 4,5 или R с 1,33 до 2,04 увеличивается содержание Р2О5общ. с 36,43% до 46,61%, Р2О5усв с 26,09% до 40,81% и Р2О5водн. с 14,14% до 31,86%. При этом доля усвояемой нормы
Р2О5 повышается с 71,64% до 87,56%, а водорастворимой - с 38,83% до 68,36%.
Аммонизированные фосфорные удобрения подвергли термической дегидратации при температурах 150-300оС в течение 90 минут. Полученные результаты приведены в таблицах 2-6.
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
Таблица 2.
Влияние размера гранул, температуры прокалки и соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав дегидратированных фосфатов кальция при соотношении Р2О5 эфк : Р2О5 ф/с = 2,15 (И = 1,33)
№ T, оС Размер гранул d, мм Р2О5, масс. % Р2О5 усе. Р О 2 5 усе.орто. Р О 2 5 усе .поли. Р2О5еодн
Общ. Усвояемое Водн. Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100%
Орто+поли Орто Поли
1 Исх. прод. 36,43 26,09 26,09 - 14,14 71,62 71,62 - 38,81
2 150 +1:-2 38,80 26,47 13,51 12,96 12,53 68,22 34,82 33,40 32,29
3 200 39,31 26,06 6,18 19,88 6,99 66,31 15,72 50,59 17,79
4 250 40,06 25,41 3,71 21,70 2,70 63,43 9,26 54,17 6,74
5 300 41,20 21,09 2,84 18,25 1,97 51,19 6,89 44,30 4,78
6 150 +2:-3 38,21 25,98 13,70 12,28 12,83 68,01 35,86 32,15 33,59
7 200 38,89 25,64 6,66 18,98 7,43 65,91 17,12 48,79 19,10
8 250 39,72 24,97 4,88 20,09 3,07 62,87 12,29 50,58 7,73
9 300 40,40 19,87 3,00 16,87 2,26 49,18 7,43 41,75 5,59
10 150 +3:-4 37,83 25,55 14,16 11,39 13,01 67,54 37,43 30,11 34,39
11 200 38,23 24,12 7,38 16,74 8,01 63,09 19,30 43,78 20,95
12 250 39,44 24,30 4,62 19,68 3,63 61,61 11,71 49,90 9,20
13 300 40,08 19,64 3,94 15,70 2,96 49,00 9,83 39,17 7,39
Таблица 3.
Влияние размера гранул, температуры прокалки и соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав дегидратированных фосфатов кальция при соотношении Р2О5 эфк : Р2О5 ф/с = 2,85 (И = 1,56)
Раз- Р2О5, масс. % Р2О5 усе. Р О 2 5 усе.орто. Р О 2 5 усе .поли. Р 2 О5 еодн
T, оС мер Усвояемое
№ гранул d, мм Общ. Орто+поли Орто Поли Водн. Р2О5 общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100%
1 Исх. прод. 39,78 32,66 32,66 - 17,17 82,11 82,11 - 43,16
2 150 42,57 32,04 15,80 16,24 14,60 75,26 37,12 38,15 34,30
3 200 +1:-2 43,26 31,96 6,90 25,06 5,70 73,88 15,95 57,93 13,18
4 250 44,63 29,47 4,37 25,10 3,56 66,03 9,79 56,24 7,98
5 300 45,68 26,09 3,48 22,59 2,37 57,20 7,66 49,45 5,19
6 150 42,31 31,96 16,10 15,86 15,01 74,50 38,05 37,49 35,48
7 200 +2:-3 43,13 30,45 7,20 23,25 5,82 70,60 16,69 53,91 13,49
8 250 44,51 29,01 4,76 24,25 4,06 65,15 10,69 54,46 9,12
9 300 46,22 25,71 4,31 21,40 3,30 55,70 9,31 46,32 7,14
10 150 42,05 31,83 17,93 13,90 15,25 73,48 42,64 33,06 36,27
11 200 +3:-4 43,09 29,23 7,40 21,83 6,38 67,83 17,17 50,66 14,81
12 250 44,40 28,40 5,46 22,94 4,35 63,96 12,30 51,66 9,80
13 300 45,30 24,28 5,02 19,26 3,60 53,60 11,08 42,52 7,95
Таблица 4.
Влияние размера гранул, температуры прокалки и соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав дегидратированных фосфатов кальция при соотношении Р2О5 эфк : Р2О5 ф/с = 3,65 (И = 1,80)
№ T, оС Размер гранул d, мм Р2О5, масс. % Р2О5 усе. Р О 2 5 усе .орто. Р О 2 5 усе.поли. Р О Р2О5 еодн
Общ. Усвояемое Водн. Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5 общ. 100%
Орто+поли Орто Поли
1 Исх. прод. 44,17 37,60 37,60 - 26,56 85,13 85,13 - 60,13
2 150 +1:-2 46,54 37,83 18,30 19,53 16,80 81,29 39,32 41,96 36,10
3 200 49,23 42,65 11,85 30,80 7 ,80 86,63 24,07 62,56 15,84
4 250 51,66 45,22 7,20 38,02 4,50 87,53 13,94 73,60 8,71
5 300 52,30 35,35 4,85 30,50 3,50 67,59 9,27 58,32 6,69
6 150 +2:-3 45,83 35,92 18,21 17,71 17,50 78,33 39,71 38,62 38,18
7 200 46,48 39,44 11,34 28,10 7,70 84,86 24,40 60,46 16,57
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2019 г.
8 250 49,83 43,41 8,40 35,01 5,20 87,10 16,86 70,24 10,44
9 300 51,40 34,10 6,84 27,26 4,60 66,34 13,31 53,04 8,95
10 150 +3:-4 43,50 32,89 17,49 15,40 17,90 75,63 40,23 35,40 41,15
11 200 45,64 36,62 12,40 24,22 8,80 80,24 27,17 53,07 19,28
12 250 47,93 39,87 8,90 30,97 6,20 83,18 18,57 64,62 12,94
13 300 50,20 31,31 7,41 23,90 5,70 62,36 14,74 47,61 11,36
Таблица 5.
Влияние размера гранул, температуры прокалки и соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав дегидратированных фосфатов кальция при соотношении Р2О5 эфк : Р2О5 ф/с = 4,0 (Я = 1,90)
№ T, оС Размер гранул ^ мм Р2О5, масс. % Р2О5 усв. Р О 2 5 усв. орто. Р О 2 5 усе.поли. Р2О5еодн
Общ. Усвояемое Водн. Р2О5общ. 100% Р2О5 общ. 100% Р2О5общ. 100% Р2О5общ. 100%
Орто+поли Орто Поли
1 Исх. прод. 45,20 39,36 39,36 - 28,83 87,08 87,08 - 63,78
2 150 +1:-2 48,20 42,56 21,86 20,70 18,90 88,30 45,36 42,95 39,21
3 200 49,80 45,29 12,70 32,59 8,76 90,94 25,50 65,44 17,59
4 250 51,92 47,92 8,62 39,30 5,11 92,30 16,60 75,69 9,84
5 300 52,81 38,12 6,38 31,74 4,18 72,18 12,08 60,10 7,92
6 150 +2:-3 47,92 38,95 19,62 19,33 17,91 81,28 40,94 40,34 37,38
7 200 48,98 40,79 12,10 28,69 9,62 83,28 24,70 58,57 19,64
8 250 50,12 42,03 9,30 32,73 6,76 83,86 18,56 65,30 13,49
9 300 50,79 35,10 7,30 27,80 5,11 69,11 14,37 54,74 10,06
10 150 +3:-4 46,04 36,69 19,49 17,20 20,19 79,69 42,33 37,36 43,85
11 200 47,52 38,82 13,76 25,06 10,48 81,69 28,96 52,74 22,05
12 250 49,31 41,01 10,20 30,81 7,19 83,17 20,68 62,48 14,58
13 300 50,20 32,37 8,10 24,27 5,89 64,48 16,14 48,35 11,73
Таблица 6.
Влияние размера гранул, температуры прокалки и соотношения Р2О5эфк:Р2О5фс на химический состав дегидратированных фосфатов кальция при соотношении Р2О5 эфк : Р2О5 ф/с = 4,5 (Я = 2,04)
№ T, оС Размер гранул ^ мм Р2О5, масс. % Р2О5 усе. Р О 2 5 усе. орто. Р О 2 5усе. поли. Р2О5 еодн
Общ. Усвояемое Водн. Р2О5 общ. 100% Р2О5 общ. 100% Р2О5 общ. 100% Р2О5 общ. 100%
Орто+поли Орто Поли
1 Исх. прод. 46,61 40,81 40,81 - 31,86 87,56 87,56 - 68,35
2 150 +1:-2 48,56 43,07 21,76 21,31 20,21 88,69 44,81 43,88 41,62
3 200 49,29 44,49 12,17 32,32 9,49 90,26 24,69 65,57 19,25
4 250 52,62 51,09 10,60 40,49 6,36 97,09 20,14 76,95 12,09
5 300 53,71 41,59 8,30 33,29 5,79 77,43 15,45 61,98 10,78
6 150 +2:-3 47,89 39,36 19,49 19,87 20,88 82,19 40,70 41,49 43,60
7 200 48,40 41,67 12,49 29,18 10,89 86,09 25,81 60,29 22,50
8 250 50,89 47,16 13,47 33,69 8,04 92,67 26,47 66,20 15,80
9 300 52,32 39,01 8,74 30,27 6,62 74,56 16,70 57,86 12,66
10 150 +3:-4 47,23 38,50 19,44 19,06 22,07 81,52 41,16 40,36 46,73
11 200 47,81 39,79 15,10 24,69 12,09 83,23 31,58 51,64 25,29
12 250 49,60 44,44 12,60 31,84 8,56 89,60 25,40 64,19 17,26
13 300 50,89 35,98 12,27 23,71 7,91 70,70 24,11 46,59 15,54
Как видно из таблиц, с увеличением R с 1,33 до 2,04 при прочих равных условиях содержание Р2О506Щ., Р2О5усв. и Р2О5водн. повышается. Так, для фракции +3^-2 мм содержание Р2О5 общ. с 38,2140,40% повышается до 47,89- 52,32%, Р2О5усв. с 19,8725,98 до 39,01-47,16%, Р2О5водн. с 2,26-12,83% до 6,6220,88%. Если Р2О5о6щ. с увеличением температуры прокалки с 150оС до 300оС монотонно возрастает с
38,21% до 40,40%, то Р2О5усв. и Р2О5водн. снижаются с 25,98% до 19,87% и с 12,83% до 2,26% для размера фракции -3^+2 мм при R = 1,33. При R = 2,04 показатели Р2О5водн. также возрастают, а показатели Р2О5усв. повышаются с 39,36% до 47,16% при температуре 300оС. Показатели Р2О5водн. с повышением температуры снижаются для всех значений R. Аналогично ведут себя показатели Р2О5общ., Р2О5усв. и Р2О5водн. с
№ 5 (62)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
повышением Я и температуры для остальных фракций удобрений.
Доля усвояемой ортоформы Р2О5 с повышением температуры для фракции -3^+2 мм снижается с 35,86 при температуре 150оС до 7,43%, тогда как доля усвояемой полиформы с 32,15% Р2О5 повышается до 50,58% при температуре 250оС и снижается до 41,75% при 300оС. Доля водорастворимой Р2О5 при этих условиях снижается с 33,59% до 5,59. С повышением Я до 1,56 доля усвояемой полиформы повышается для фракции -3^+2 мм с 37,49% при 150оС до 54,46% при температуре 250оС и снижается до 46,32% при температуре прокалки 300оС. Аналогичная картина наблюдается для фракции -3^+2 мм и при Я = 1,90 и 2,04.
май, 2019 г.
С увеличением размера фракции с -2^+1 до -3^+2 и -4^+3 и Я наблюдается незначительное снижение Р2О5общ. и увеличение доли Р2О5водн.. Остальные закономерности остаются практически без изменений.
Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения одинарных концентрированных фосфорных удобрений пролонгированного действия из фосфоритов ЦК, содержащих 50,5870,24% полиформ Р2О5. Для этого необходимо прокалку фосфорных удобрений с Я = 1,56-2,04 осуществлять при температуре 250оС в течение 90 минут.
Список литературы:
1. Беглов Б.М., Намазов Ш.Р. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. - Ташкент, 2013. -460 с.
2. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. - М.: Госхимиздат, 1982. - 352 с.
3. Мельников Л.Ф. Органоминеральные удобрения: теория и практика их получения и применения. - СПБ.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - 304 с.
4. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов // М.М. Винник, Л.Н. Урбанов и др. - М.: Химия, 1975. - 218 с.
5. Олифсон А.Л., Махов С.В. Исследования в области комплексной переработки фосфатного сырья. - М., 2015. - 426 с.
6. Пористая керамика на основе пирофосфата кальция / Т.В. Сафронова, В.И. Путляев, Я.Ю. Филиппов и др. // Новые огнеупоры. - 2015. - № 1. - С. 46-51.
7. Практические рекомендации по сельскому хозяйству: земля, вода, удобрения. - Ташкент, 1996. - 108 с.
8. Свойства порошка аморфного пирофосфата кальция, синтезированного с использованием ионного обмена, для получения биокерамики / Т.В. Сафронова, В.И. Путляев, С.А. Курбатова и др. // Неорганические материалы. - 2015. - Т. 51. - № 11. - С. 1269-1276.
9. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. - М.: Химия, 1970. - 360 с.
