ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ФОСФОРИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЗНЕК Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

DOI: 10.24412/2181 -144X-2023-4-39-46

Хуррамов Н.И., Рахматова З.А., Хамидов Р.А.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ФОСФОРИТОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЗНЕК

Хуррамов Наврузбек Ибраимович - доцент кафедры «Химическая технология» Навоийского государственного горно-технологического университета,

Рахматова Зиёда Амриддин кизи - базовый докторант Навоийского государственного горно-технологического университета, Хамидов Рустам Абдугафурович - доцент кафедры «Металлургия» Навоийского государственного горно-технологического университета.

Аннотация. В данной статье изучен процесс получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из необожжённых мытых концентратов фосфоритов Центральных Кызылкумов.

Для решения задач были использованы следующие методы исследования: химический анализ, микроскопический анализ, рентгенофазовый анализ, термогравиметрический анализ, титриметрический анализ и вискозиметрический метод определения вязкости жидкостей. А также изучено реологических свойств полученные растворы (экстракционная пульпа) при температурных пределах 20-80 оС. Нами определены что с увеличением массового соотношения Ж:Т от 2:1 до 5:1 при температуре 20 оС плотность снижается от 1398 до 1296 кг/м3 Ключевые слова: необожжённый фосфорит, фильтрация, норма кислоты, фосфогипс, оборотный раствор, экстракция, плотность, вязкость, реологические свойства.

AZNEK KONI FOSFORITLARDAN EKSTRAKSION FOSFOR KISLOTASI OLISH JARAYONINI O'RGANISH

Xurramov Navruzbek Ibraiomvich - Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti "Kimyoviy texnologiya" kafedrasi dotsenti,

Raxmatova Ziyoda Ariddin kizi - Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti tayanch doktoranti,

Xamidov Rustam Abdugafurovich - Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti "Metallurgiya" kafedrasi dotsenti.

Annotatsiya: Ushbu maqolada kuydirilmay yuvib quritilgan Markaziy Qizilqum fosforitlaridan ekstraksion fosfor kislotasi olish jarayoni o'rganilgan. Muammoni xal qilish uchun quyidagi tahlil usullaridan foydalanilgan: kimyoviy, mikroskopik, rentgenfazali, termogravimetrik, titrimetrik va qovushqoqlikni aniqlash uchun viskozimetrik tahlillar.

Shunindek, olingan eritmalarning 20-80 oC harorat oralig'ida reologik xossalari ham o'rganilgan. Aniqlandiki, S:Q nisbatning 2:1 dan 5: gacha 20 oC haroratda ortishida zichlik 1398 dan 1296 kg/m3 gacha kamayadi.

Kalit so'zlar: kuydirilmagan fosforit, filtrlash, kislota normasi, fosfogips, aylanma eritma, ekstraksiya, zichlik, qovushqoqlik, reologik xossa.

INVESTIGATION OF THE PROCESS OF OBTAINING EXTRACTION PHOSPHORIC ACID FROM PHOSPHORITES OF THE AZNEK DEPOSIT

Khurramov Navruzbek Ibraiomvich - associate Professor of the Department of Chemical Technology of the Navoi State Mining and Technological University, Rakhmatova Ziyoda Amriddin kizi- basic doctoral student of the Navoi State University of Mining and Technology,

Khamidov Rustam Abdugafurovich - associate Professor of the Department of Metallurg of the Navoi State Mining and Technological University.

Abstract. In this article, the process of obtaining extractive phosphoric acid (EPA) from unbaked washed concentrates of phosphorites of the Central Kyzylkum is studied.

To solve the problems, the following research methods were used: chemical analysis, microscopic analysis, X-ray phase analysis, thermogravimetric analysis, titrimetric analysis and viscometric method for determining the viscosity of liquids. And also studied the rheological properties of the resulting solutions (extraction pulp) at the temperature range of 20-80 °C. We have determined that with an increase in the mass ratio L:S from 2:1 to 5:1 at the temperature of 20 °C, the density decreases from 1398 to 1296 kg/m3

Key words: unbaked phosphorite, filtration, acid rate, phosphogypsum, recycled solution, extraction, density, viscosity, rheological properties.

Введение. В мире в настоящее время обострилась проблема продовольственного обеспечения, обусловленная высокими темпами роста населения, сокращением природных ресурсов, таких как пахотно пригодных земель и запасов пресной воды. В связи с этим в решении продовольственной программы огромную роль играет увеличение объемов производства фосфорсодержащих удобрений. Для этого до недавнего времени Казахстанские фосфориты Каратау покупались Узбекистаном за валюту. Это, в свою очередь, приведет к росту цен на фосфорные удобрения и их неконкурентоспособности на мировом рынке [1 - 3]. В мире ведутся научные исследования по разработке комплексных технологий переработки низкосортных фосфоритов химическими методами при производстве минеральных фосфорных удобрений [4-8].

На сегодняшний день в мире, так и в Узбекистане ведётся много научно-исследовательских работ по увеличению ассортимента и повышения качества фосфорсодержащих удобрений, кислот и других солей для удовлетворения потребностей сельская хозяйства и других отраслей [9-12].

В настоящее время в Узбекистане ЭФК получают из термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов, что создаёт некоторые технологические и экономические проблемы: дороговизна сырья, трудность регулирования температурного режима экстракции, низкая концентрация получаемой кислоты. В связи с этим одной из актуальных задач является исследование процесса получения ЭФК с низкой себестоимостью из необожженных фосфоритов [13-16].

Объект и методика исследования.

Для проведения лабораторных исследований были выбраны низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов. Фосфориты Центрального Кызылкума является низкосортных из-за низкого содержания Р2О5 и высоко карбонизированной

[21 - 22]. Объектам исследования является фосфоритовый кек, со следующим составом: 23,0% Р2О5; 51,25% СаО; 2,59% SO3; 0,94% F. Кек образуется в процессе обесшламивания, как промежуточный продукт, который промывают, сушат и выделяют. В процессах после концентрирования кека получают фосфоритную муку и термически обожженный концентрированный фосфорит.

Химические анализы проводились по ГОСТу минеральных удобрений [17].

Для определения общего содержания фосфора использован метод [18] разложения фосфоритов и продуктов их переработки разбавленными растворами кислот (1:1) HNO3 и (1:1) HCl с извлечением фосфора в раствор в форме РО4-3

Определение содержания ионов Са+2 и Mg+2 в фосфатных продуктах основано на комплексонометрическом титровании их после предварительного удаления фосфатов нитритом висмута Bi(NO2)3-5H2O.

Плотность пульп, образовавшихся в лабораторных и производственных условиях, определяли пикнометрическим методом (V = 25±0,015 мм), а вязкость - с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ-1 с 0 = 1,52 мм при температурах 20, 40, 60 и 80 оС [19].

Рентгенологический анализ проводили на эмпирическом паналитическом модельном приборе с использованием порошкового рентгеновского режима фосфогипса, который образовался при получении ЭФК. Диффрактограмма была получена на дифрактометре "Shimadzu XRD-6100" оснащенным с Cu трубкой (Ка1 = 1.5406 Ä, Ка2 = 1.5443 Ä, Ка2/Ка1 = 0.5 с 0.02 theta шагами от 4 до 85 theta градусов. Количественный рентгенофазный анализ выполнен методом Ритвельда, производился на программном обеспечении «Profex - Open source XRD and Reitveld Refinement» [20].

Микроскопические исследования проводились на сканирующем электронном микроскопе с ЭДС анализатором [21].

Полученные результаты и их обсуждение.

В начале проведения серийный опытов по получения ЭФК из НМСК ФЦК проводили поисковые опыты для определения интервал концентрации серная кислоты на процессе разложения.

Как показывают выполненные исследования, при использовании серной кислоты в различных концентрациях - 56, 66, 76, 86 и 96 %, консистенция реакционной пульпы изменяется от пенной пульпы, до жидкотекучей, подвижной, влажной и полусухой соответственно. При применении 86% - ной серной кислоты образуется пенный продукт с плотностью 0,86 г/см3 и со степенью карбонизации не более 47,6%. Данная пульпа используется на второй стадии экстракции, что вызывает обильное влажное пенообразование и при этом требуется большой объем реактора. Для осуществления данного процесса необходимы шнековые реакторы, однако технологические показатели второй стадии ухудшаются, в частности скорость фильтрации и техно аналитические параметры экстракции. С целью предотвращения пенообразования НМСКФ обрабатывали различными концентрациями серной кислоты в течении 15 мин. В ходе экспериментов контролировали степень пенообразования, состояние реакционной массы, степень декарбонизации и плотности реакционной массы (табл. 1).

Учитывая полученные данные, оптимальными интервалами варьирования концентрации серной кислоты были выбраны концентрации от 56 до 96%. Для сохранения водного баланса процесса экстракции желательно разбавлять серную кислоту концентрацией 96% оборотной ЭФК. Как показали исследования, при применении оборотной ЭФК с содержанием 15% Р2О5 для разбавления серной кислоты и доведения ее концентрации до 56%. Это означает, что для сохранения реакционной способности серной кислоты её необходимо по возможности разбавлять

© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.4(4), 2023 SJIF IF=4.023

Google I Cuwiuf«» l™"^™"™!™5 .J^SlliL 41

менее концентрированной оборотной ЭФК. Образуется смесь серной и фосфорной кислот.

Таблица - 1.

Влияние технологических параметров на первой стадии процесса получения

ЭФК

№ Концентрация Температура смесь Состояние Плотность

H2SO4, % кислоты, % пульпы смесь кислоты, г/см2

1 96 20 Полусухая 1,835

2 86 72,5 Влажная 1,745

3 76 91 Подвижная 1,689

4 66 98 Жидкотекучая 1,612

5 56 103 Пенная 1,542

При исследовании процесса получения ЭФК предварительной обработкой НМСКФ смесью оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой в лабораторных условиях, лабораторные исследования проводились на модельной установке с использованием оборотных растворов ЭФК, концентрацией 15-16,2% Р2О5, НМСКФ с содержанием, (масс. %) Р2О5 - 23,0; MgO- 1,58; Al2Oз - 0,24; CaO - 51,25; F - 1,8; Ш2 - 14,50 и др., использована серная кислота концентрацией 96%, которую разбавляли фосфорной кислотой и доводили до 56%. Определенное количество НМСКФ обрабатывали 56%-ной смесью серной кислоты, разбавленной частью оборотной ЭФК, и/или циркулирующей пульпы в течении 10-15 мин при 70-800С. Норма серной кислоты - 100% от стехиометрии на СаО [7].

Следует отметить, что при обработке 56%-ной серной кислотой, наблюдается обильное пенообразование, при этом через 10 образовалась обильная пенная масса. В случае обработки данной массы на второй стадии наблюдается практически такое же обильное пенообразование, как и в первом.

Как показались исследования, что при обработке фосфорита 56%-ной серной кислотой, пенообразование пульпы практически не наблюдается. Поэтому в дальнейшем мы изучали процесс экстракции после проведения декарбонизации с применением 56%- ной серной кислоты.

Поэтому в данной работы определенное количество НМСК ФЦК обрабатывали 56%-ной смесью серной кислоты, полученной разбавленной 96%-ной серной кислоты оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой в течении 10-15 мин при 70-80 оС [8-9]. Норма серной кислоты - 100% от стехиометрии на СаО.

Данные химического анализа (табл. 2) ЭФК и фосфогипса, полученных разложением НМСК ФЦК в присутствии оборотного раствора с содержанием 16% Р2О5 показали, что процесс разложения проходит практически полностью, при 80-85 оС за 2 часа достаточно легко и быстро без избытка серной кислоты. При этом не наблюдается интенсивного пенообразования, характерного для необожженного фосфорита ЦК.

Таблица-2.

Химический состав экстракционной фосфорной кислоты и фосфогипса из

необожженного Кека промытого фосфоконцентрата

№ Время экстра кции, ч Соотн ошени и Ж:Т Содержание компонентов, масс. %

Экстракционная фосфорная кислота Фосфогипс

Р2О5 CaO SO3 F Р2О5 CaO SO3 F

1 2 1:2,5 18,45 0,36 5,79 1,02 8,61 40,42 29,87 1,67

2 2 1:3,0 18,28 0,39 2,69 1,11 6,12 29,21 23,94 1,09

3 2 1:3,5 19,59 0,33 2,94 1,21 1,99 33,64 34,88 0,33

4 1 1:3,0 17,75 0,36 6,60 0,91 7,73 33,62 27,04 1,67

5 4 1:3,0 18,31 0,37 2,69 1,19 1,91 27,0 26,61 0,44

С повышением Т:Ж от 1:2,5 до 1:3,5 при продолжительности 2 часа содержания Р2О5 общ. в фосфогипсе снижается от 8,61 до 1,99%, а с повышением продолжительности процесса от 1 до 4 также при Т:Ж = 1:3 содержание Р2О5 в фосфогипсы снижается от 7,23 до 1,91 %.

Необходимо отметить, что в опытах 3, 4 и 5 температура оборотного раствора была ниже на 40 оС чем в других опытах.

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что при применении оборотного раствора с содержанием 16% Р2О5 при температуре 20-25 оС можно получить ЭФК с содержанием не ниже 19% при температуре и Т:Ж процесса 80оС и 1:3 соответственно, продолжительности 2-4 часа, стехиометрической норме - 90%.

Для подбора оборудования процесса экстракции и фильтрации необходимо реологические свойства промежуточных продуктов реакции и поэтому нами изучались реологические свойства суспензии в зависимости от Т:Ж и температуры (таб. 3).

Таблица -3.

Реологические свойства полученных ЭФК и фосфогипса_

Ж:Т Плотность, кг/м3 Вязкость, сПз (сек)

20 оС 40 оС 60 оС 80 оС 20 оС 40 оС 60 оС 80 оС

19,6% Р2О5

2:1 1398 1330 1322 1335 9,821 8,985 7,427 7,285

3:1 1316 1306 1296 1286 5,522 5,210 4,974 4,814

4:1 1307 1301 1292 1280 5,412 5,165 4,923 4,783

5:1 1296 1290 1286 1275 5,331 5,142 4,894 4,699

17% Р2О5

2:1 1378 1369 1366 1362 7,645 7,318 6,977 6,752

3:1 1332 1322 1315 1302 6,336 6,045 5,400 5,288

4:1 1288 1280 1277 1266 5,774 5,291 4,961 4,778

5:1 1280 1276 1266 1262 5,694 5,244 4,921 4,682

Из данных следует, что с увеличением массового соотношения Ж:Т от 2:1 до 5:1 при температуре 20 оС плотность снижается от 1398 до 1296 кг/м3. С увеличением температуры до 80 оС плотность суспензии уменьшается от 1335 до 1275 кг/м3. Вязкость суспензии также изменяется в зависимости от температуры и соотношения Ж:Т суспензии уменьшается от 9800 до 4699 сПз.

Рис. 1. Энергодисперционный спектр фосфогипса на сканирующем

электронном микроскопе.

Рис. 2. Рентгенограммы фосфогипса.

Электронно-микроскопические (SEM) исследования также показали (рис. 1) что осадков фосфогипса в основном состоит из Ca, S и P в количестве 20,3; 17,5 и 1,2 % соответственно. Как показывают микроскопические анализы, в осадках встречаются отдельные тонкие кристаллы небольшой толщины.

Из рентгенофазового анализа (рис. 2) вытекает что осадок в основном состоит из дигидрата сульфата кальция CaSO4H2O - 96%, и незначительного количества ангидрита и неразложенного фосфорита.

Заключение.

Результаты проведенных исследований показывают, что при сохранения выше указанной условия наблюдается снижение образования пены при экстракции ЭФК из необожжённых фосфоритов, а также увеличение количества P2O5 в ЭФК до 19,59%.

С повышением Т:Ж от 1:2,5 до 1:3,5 при продолжительности процесса 2 часа содержание Р2О5 общ. в фосфогипсе снижается от 8,61 до 1,99%, а с повышением продолжительности процесса от 1 до 4 ч. и при Т:Ж = 1:3 содержания Р2О5 в фосфогипсы снижается от 7,23 до 1,91 %.

Установлено что фосфогипс состоит из 20,3; 17,5; 1,2%% Ca, S и P соответственно.

Список использованной литературы:

[1.] Умаров, Ш. И., Меликулова, Г. Э., Усманов, И. И., & Мирзакулов, Х. Ч. (2017). Экстракционная фосфорная кислота из обогащенного азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов. Universum: технические науки, (8 (41)), 64-68.

[2.] Трухан, В. Г. (2011). Интенсификация производства экстракционной фосфорной кислоты на основе исследования и совершенствования стадий концентрирования и фильтрации (Doctoral dissertation, Российский химико-технологический университет им. ДИ Менделеева).

[3.] Alimov, U. K., Namazov, S. S., & Reymov, A. R. (2015). SPECIFICITIES OF THE RECIRCULATING METHOD FOR CENTRAL KYZYL KUM PHOSPHORITES

PROCESSING TO QUALIFIED PHOSPHORIC FERTILIZERS. Journal of Chemical Technology & Metallurgy, 50(2).

[4.] Нурмуродов, Т. И., Эркаев, А. У., Мирзаев, А. У., & Ахтамова, М. З. К. (2018). Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Центральных Кызылкумов. Universum: технические науки, (7 (52)), 38-42.

[5.] Нурмуродов, Т. И., Турсунова, С. У., Хуррамов, Н. И., & Утамуродов, Э. А. (2018). Исследование очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Universum: технические науки, (7 (52)), 4346.

[6.] Хуррамов, Н. И., Нурмуродов, Т. И., & Эркаев, А. У. (2021). Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из мытых высушенных фосфоритов. Universum: технические науки, (2-3 (83)), 71-76.

[7.] Малявин, А. С., Бризицкая, Н. М., & Казак, В. Г. (2005). Исследование процесса получения квалифицированных сложных удобрений с использованием верхнекамской фосфоритной муки. Химическая промышленность сегодня, (10), 7-14.

[8.] Nomozov, S. Y., Namazov, S. S., Seytnazarov, A. R., Beglov, B. M., & Alimov, U. K. (2020). Balanced NP-and NPK-fertilizers based on purified ammophos suspension, nitrogen fertilizers and potassium chloride. International Journal of Scientific and Technology Research, 9(2), 1572-1578.

[9.] Seytnazarov, A. R., Beglov, B. M., & Alimov, U. K. (2020). Balanced NP-and NPK-fertilizers based on purified ammophos suspension, nitrogen fertilizers and potassium chloride. International Journal of Scientific and Technology Research., 9(2), 1572-1578.

[10.] MURODOV, I. N., & TAGAYEV, I. A. (2020). THE CENTRAL KYSYLKUM PHOSPHORITES'ORIGIN CHARACTER AND CONDITIONS OF DETERMINATION OF RARE EARTH ELEMENTS AND URANIUM IN THEM. In АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ (pp. 250-251).

[11.] Донияров, Н. А., Тагаев, И. А., Асроров, А. А., Хуррамов, Н. И., Каршиева, М. С. К., & Эргашева, Ю. О. (2020). Основные механизмы микробиологического превращения природных соединений фосфора. Вестник науки и образования, (9-3 (87)), 9-14.

[12.] Волынскова H.B., Мирзакулов Х.Ч., Усманов И.И. (2019)Промышленная апробация технологии получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Горный вестник Узбекистана 2 (77) 61.

[13.] Ряшко, А. И. (2015). Разработка ресурсосберегающей технологии экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Коксу (Doctoral dissertation, М., 2015).

[14.] Петропавловский, И. А. (2015). Разработка ресурсосберегающей технологии экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Коксу (Doctoral dissertation, Российский химико-технологический университет им. ДИ Менделеева).

[15.] Кочетков, С. П., Смирнов, Н. Н., & Ильин, А. П. (2007). Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кислоты. Иваново: Иван. гос. хим.-технол. ун, 2007, 304.

[16.] Злобина, Е. П., Бушуев, Н. Н., & Петропавловский, И. А. (2004). Об использовании конвертированного карбоната стронция в очистке экстракционной фосфорной кислоты от сульфат-иона. Химическая технология, 5(8), 8-10.

[17.] Винник, М. М., Ербанова, Л. Н., & Зайцев, П. М. (1975). Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. М.: Химия, 218, 205-208.

[18.] Якимович, П. В., Алексеев, А. В., & Мин, П. Г. (2014). Определение низких содержаний фосфора в жаропрочных никелевых сплавах методом ИСП-МС. Труды ВИАМ, (10), 2.

© International Journal of Advanced Technology and Natural Sciences Vol.4(4), 2023 SJIF IF=4.023

Google I Cuwiuf«» l™"^™"™!™5 .J^SlliL 45

[19.] РЯБИНИН, В. В., ТЕЛЕГИН, И. А., ТЕРЕНТЬЕВ, В. В., & ГУРКИНА, Л. В. СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. РЕГИОНАЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ.

СОВРЕМЕННЫЕ НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. РЕГИОНАЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ Учредители: Ивановский государственный химико-технологический университет, (4), 74-79.

[20.] Otsuka, M., & Kinoshita, H. (2010). Quantitative determination of hydrate content of theophylline powder by chemometric X-ray powder diffraction analysis. Aaps Pharmscitech, 11, 204-211.

[21.] Echlin, P. (2011). Handbook of sample preparation for scanning electron microscopy and X-ray microanalysis. Springer Science & Business Media.

[22.] Kuvandik, S., Bakhodir, M., & Sanat, S. (2021). Investigation of Changes in The Concentration of Metals in The Process of Bacterial Oxidation of Flotation Concentrate. Journal of Contemporary Issues in Business and Government, 2021.