CC BY
9
• 7universum.com
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_июнь. 2023 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗЛОЖЕНИЯ ФОСФОРИТОВОЙ МУКИ С НЕПОЛНОЙ НОРМОЙ СЕРНОЙ И АЗОТНОЙ КИСЛОТ
Бауатдинов Сали
д-р техн. наук,
Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук, Каракалпакское отделение Академии Наук Республики Узбекистан,
Республика Узбекистан, г. Нукус E-mail: [email protected]
Бауатдинов Ташкентбай Салиевич
канд. тенх. наук,
Институт агротехнологии и сельского хозяйства Каракалпакстана,
Республика Узбекистан, г. Нукус
Торешова Нагима
мл. научн. сотр.,
Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук, Каракалпакское отделение Академии Наук Республики Узбекистан,
Республика Узбекистан, г. Нукус
Курбашов Узакберген
стажёр-исследователь,
Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук, Каракалпакское отделение Академии Наук Республики Узбекистан,
Республика Узбекистан, г. Нукус
INVESTIGATION OF THE DECOMPOSITION PROCESS OF PHOSPHORITE FLOUR WITH AN INCOMPLETE NORM OF SULFURIC AND NITRIC ACIDS
Sali Bauatdinov
Doctor of Technical Sciences, Karakalpak Research Institute of Natural Sciences, Karakalpak Branch of Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Nukus
Tashkentbay Bauatdinov
Candidate of Technical Sciences, Karakalpak Institute of Agriculture and Agrotechnology, Republic of Uzbekistan, Nukus
Nagima Toreshova
Junior Research Scientist, Karakalpak Research Institute of Natural Sciences, Karakalpak Branch of Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Nukus
Uzakbergen Kurbashov
Intern Researcher, Karakalpak Research Institute of Natural Sciences, Karakalpak Branch of Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
Republic of Uzbekistan, Nukus
АННОТАЦИЯ
Для определения оптимальных условий процесса разложения Ходжакульской фосфоритовой муки серной кислоты, её обрабатывали растворами серной кислоты 68,90-92,70% концентраций. Установлены оптимальные переработки низкосортной фосфоритовой муки серной кислотой: концентрация кислоты не ниже 80%; стехио-метрическая норма кислоты - 50-60%; время разложения - 20-30 мин. Кроме этого, с целью получения азотнофосфорных сложных удобрений из фосфоритов Каракалпакии их перерабатывали различными нормами азотной кислот.
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗЛОЖЕНИЯ ФОСФОРИТОВОЙ МУКИ С НЕПОЛНОЙ НОРМОЙ СЕРНОЙ И АЗОТНОЙ КИСЛОТ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Бауатдинов С. [и др.]. 2023. 6(111). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/15632
UNIVERSUM:
_J :И_июнь. 2023 г.
ABSTRACT
To determine the optimal conditions for the decomposition of Khodjakul phosphorite flour of sulfuric acid, it has been treated with solutions of sulfuric acid 68.90-92.70% concentrations. Optimal processing of low-grade phosphorite flour with sulfuric acid has been established: acid concentration is not lower than 80%; stoichiometric acid rate is 50-60%; decomposition time is 20-30 min. In addition, in order to obtain nitrogen-phosphorus complex fertilizers from Karakalpak phosphorites, they have been processed with various norms of nitric acids.
Ключевые слова: фосфорит, глауконит, азотная кислота, серная кислота, агроруды, неполная норма.
Keywords: phosphorite, glauconite, nitric acid, sulfuric acid, agricultural ores, incomplete norm.
В мире собращение высококачественных сырьевых ресурсов имеет большое значение для повышения плодородия почв, нормального роста и развития растений и их урожайности необходима крупномасштабная переработка агрономических руд, содержащих макро-и микроэлементы. Для этого необходимо обосновать следующие научно-технические решения, в том числе: определение химического состава и свойств фосфоритов, глауконитов и бентонитов Каракалпакс-тана; определение оптимальных показателей переработки агроруд нетрадиционными методами в присутствии минеральных солей и неполной нормой минеральных кислот; создание методов обогащения агроруд; разработка научных основ и ресурсосберегающей технологии получения новых видов сложно смешанных и органоминеральных удобрений на основе агроруд. В последние время проводятся исследования по переработке низкосортных фосфоритов, глауконитовых песков, бентонитовой глины в местные комплексные удобрения, в том числе по ниже следующим приоритетным направлениям: разработка методов химической активации агроруд минеральными солями, неполной нормы минеральными кислотами и в присутствии их аммонийных солей; разработка способов обогащения глауконитовых песков; разработка рациональной технологии получения эффективных простых и сложных удобрений в соответствии с требованиями сельского хозяйства на основе активации фосфоритов и глауконитов.
Для определения оптимальных условий процесса разложения Ходжакульской фосфоритовой муки серной кислоты, её обрабатывали растворами серной кислоты 68,90-92,70% концентраций.
Взаимодействие фосфоритовой муки с серной кислотой очень легко и происходит в течение 5-7 минут. Поскольку процесс разложения экзотермически,
в зависимости от концентрации и нормы кислоты температура продукта реакции повышается до 65-80°С. При изменении концентрации серной кислоты с 68,90 до 92,76% степень разложения фосфорита повышается в среднем в 1,03 раза, тогда с увеличением её нормы с 20 до 80% степень разложения повышается в 1,9 раза. Разложение фосмуки серной кислотой с концентрацией ниже 40% приводит к образованию продукта с низким коэффициентом разложения, а при повышении её нормы выше 70% от стехиометрии образуется мажущаяся масса с неудовлетворительными товарными свойствами. Из-за наличия свободной кислотности продукта образуется такая масса, так как на поверхности крупных частиц фосфорита образуется гипсовая корка, которая замедляет диффузию ионов водорода кислоты.
С увеличением нормы и концентрации кислоты повышается содержание водорастворимой формы Р2О5. Например, при разложении фосфоритовой муки 50 %-ной серной кислотой получается продукт с относительным содержанием усвояемой и водорастворимой формы Р2О5 68,25 и 26,43%, а при норме кислоты 80% эти показатели составляют 86,35 и 48,10%, соответственно (табл. 1).
При норме серной кислоты 50-80% с увеличением её концентрации до 92,76%, относительное содержание усвояемой и водорастворимой формы Р2О5 находится в пределах 74,47-89,53 и 29,2259,77% от их общей формы.
Проведенные исследования показали, что если разложение фосфорита осуществляют серной кислотой с концентрацией ниже 68,90%, во-первых процесс идет с обильным пенообразованием, во-вторых продукция получается мажущей. Из такой массы получение высушенный гранулированный продукт требует больших расходов энергии.
Таблица 1.
Химический состав продуктов переработки фосфоритовой муки растворами серной кислоты
различных концентрации, %
Норма H2SO4, % Содержание компонентов, % Р О 1 2 О5 усв. п/ Р2 О5 водн. о /
Р2О5общ. Р2О5усв. Р2О5водн. SO3 --- ,% Р О 12 О 5 общ Р О 1 2 О5общ.
При разложении фосфорита с 68,9 %-ным раствором H2SO4
20 16,72 8,25 1,47 5,91 48,74 8,79
40 15,61 10,23 4,15 10,80 65,53 26,58
60 14,58 11,51 5,82 15,69 78,94 39,92
80 13,65 12,68 7,51 19,32 92,89 55,02
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Норма H2SO4, % Содержание компонентов, % Р О 1 2 О5 усв. п/ Р О 2О5водн. о/
Р2О5общ. Р2О5усв. Р2О5водн. SO3 -у- ,% Р О 12 О 5 общ Р О 1 2 О5общ.
При разложении фосфорита с 79,5 %-ным раствором Ш8О4
20 16,92 8,45 1,51 5,98 49,94 8,92
40 15,92 10,61 4,43 11,26 66,64 27,83
60 15,03 12,02 6,44 15,94 79,97 42,85
80 14,22 13,35 8,08 19,89 93,88 56,82
При разложении фосфорита с 92,7 %-ным раствором Ш8О4
20 17,06 8,63 1,62 6,03 50,58 9,49
40 15,95 10,84 4,59 11,27 59,94 28,77
60 15,01 12,35 6,94 15,92 78,28 46,24
80 14,18 13,59 8,58 20,06 95,84 60,51
Если фосмука перерабатывается при нормах 20-40% кислоты, то получается порошковидный рассыпчатый продукт, в котором образуется всего 35-60% гранул с размером 1-3 мм. Если норма кислоты составляет 50-80%, то показано получение фосфорного удобрения с размерами гранул 3+1мм - 85-90%.
Установлены оптимальные переработки низкосортной фосфоритовой муки серной кислотой: концентрация кислоты не ниже 80%; стехиометри-ческая норма кислоты - 50-60%; время разложения -20-30 мин.
Кроме этого, с целью получения азотнофосфорных сложных удобрений из фосфоритов Каракалпакии их перерабатывали различными нормами азотной кислот. Обработку фосфоритовой муки при стехиометри-ческих нормах азотной кислот 20-60% и её концентрации 55% проводили при температуре 30-40°С в течение 30 минут. Результаты показали (табл. 2),
что разложение Ходжакульского фосфорита азотной кислотой происходит интенсивно и наблюдается изменение её коэффициента разложения в зависимости от нормы кислоты. Например, при разложении фосфоритовой муки 20-60% нормами азотной кислоты в полученном сложном азотнофосфорном удобрении содержит 13,46-16,06% Р2О5, из них 45,83-77,79% находится в усвояемой для растений форме. Степень декарбонизации фосфорита повышается с 20,09 до 63,95% соответственно.
Продукт, полученный при норме азотной кислоты выше 40%, обладает неудовлетворительным товарным свойством из-за чрезвычайно гигроскопичного нитрата кальция. Поэтому при переработке или активации фосфоритовой муки оптимальной нормой кислоты является 20-30%, при которых товарные свойства получаемых азотнофосфорных удобрений соответствуют требованиям сельского хозяйства.
Таблица 2.
Химический состав сложного удобрения, полученного путем обработки Каракалпакской фосфоритовой муки азотной кислотой
• 7universum.com
UNIVERSUM:
'И_<ü_июнь. 2023 г.
Исследование процесса разложения фосфорито- С целью получения качественных сложных
вой муки аммониевыми солями серной и азотной удобрений из Каракалпакских фосфоритов для их
кислот. активации неполную норму серную кислоту с серно-
кислым аммонием (табл.3).
Таблица 3.
Химический состав сложного, полученного обработкой Каракалпакской фосфоритовой муки серной кислотой в присутствии сульфата аммония и (53,25% H2SO4, 28,52% (NH4)2SO4, 18,23% H2O)
Результаты показали, что коэффициент разложения низкосортного фосфорита при неполной норме серной кислотой в присутствии сульфата аммония в 1,13-1,30 раза выше, чем при обработке одной серной кислотой. Сложное удобрение, полученное в присутствии сульфата аммония, легко гранулируется, поскольку оно действует как связующее. В зависимости от типа фосфорита и кислотного реагента, продукт содержит 1-2% азота и 12-15% фосфора. Установлено, что более 75-80% фосфора находится в водорастворимой, усвояемой и активированной формах. В зависимости от нормы кислоты степень декарбонизации фосфорита составляет 30,89-87,91%.
Наблюдается, что гранулометрический состав удобрения, полученного при 50% норме кислоты, выглядит следующим образом: размер гранул -5 + 3 мм - 12,7%, -3 + 2 мм - 38,47%, -2 + 1 мм - 42,07%; - 1 мм - 7,76%.
Оптимальными условиями получения сложного удобрения при активации низкосортных фосфоритов Каракалпакстана с серной кислотой в присутствии сульфата аммония следующие: норма серной кислоты - 40-60%; состав серной кислоты с сульфатом
аммония: серная кислота - 62,44-71,33%, сульфат аммония - 26,19-23,13%, вода - 11,37-5,54%; время разложения - 15-20 минут; время грануляции -25-30 минут. С целью получения из Каракалпакских фосфоритов качественных сложных ^-удобрений их процесс обработку изучили азотной кислотой в смеси нитратом аммония. Для этого соль нитрата аммония растворяли в азотной кислоте с концентрацией 55%, при этом приготовили смесь, состоящую из 28% азотной кислоты, 50% нитрата аммония и 22% воды. 20-60% нормой этой смесью обрабатывали фосфорит при температуре 40 ° С в течение 30 минут.
Результаты экспериментов показали, что с увеличением нормы кислоты степень разложения фосфорита повышается. В получаемом азотнофос-форном удобрении повышаются содержание водорастворимой и усвояемой растениями формы фосфора. Удобрение, полученное при норме кислоты 20-60% содержит 9,17-13,53% Р2О5общ, 6,64-7,53% Р2О5усв, 0,54-3,96% Р2О5водн. и 7,43-15,10% азота, последняя находится 2,73-5,55% аммиачной и 4,70-9,55% нитратной формах (табл.4).
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Таблица 4.
Химический состав сложного удобрения, полученного обработкой Каракалпакской фосфоритовой муки азотной кислотой в присутствии нитрата аммония (28,0% HNOз, 50% NШNОз, 22,01% H2O)
Норма HNO3, % Содержание компонентов, масс. % Р2 О5 ^. Р2 О5водн. Са^3)2 NH4NO3
Р2О5общ Р2О5усв Р2О5вод Nобщ NhIIM. N™^ Р О 1 2 О5общ. % Р О ' 1 2 О5общ. %
20 13,53 6,64 0,54 7,43 2,73 4,70 49,07 3,99 11,54 15,6
30 12,1 6,91 0,72 9,97 3,66 6,31 57,11 5,95 15,52 20,91
40 10,93 7,51 2,46 12,0 4,41 7,54 68,71 22,51 18,33 25,2
50 9,96 7,58 3,07 13,67 5,02 8,65 76,11 30,82 21,26 28,68
60 9,17 7,53 3,96 15,10 5,55 9,55 82,12 43,18 23,43 31,71
При азотнокислотном разложении фосфорита можно получить сложные удобрения с наиболее высоким содержанием азота, но в полученном продукте увеличение количества гигроскопичного нитрата кальция, что резко ухудшает его товарные свойства.
Было показано возможность получения сложных удобрений, содержащих питательные азота, фосфора и кальция, обладающих удовлетворительными товарными свойствами при активации фосфоритов с низкими нормами (20-30%) азотной кислоты.
На основании проведенных технологических исследований разработана упрощенная технологическая система получения сложносмешанных удобрений на основе низкосортной фосфоритной муки и стандартных аммонийных удобрений.
Разработана технологическая схема получения сложносмешанных удобрений на основе низкосортной фосфоритовой муки и стандартных удобрений, содержащих ионы аммония (рис. 1).
1, 2 - бункера, 3, 4 - дозаторы, 5 - ленточный смеситель, 6 - двухосный шнек-смеситель, 7 - барабан-гранулятор
Рисунок 1. Технологическая система получения сложносмешанных удобрений, состоящих из Каракалпакских фосфоритов и аммонийных солей (удобрений)
№ 6 (111)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июнь, 2023 г.
Изучено физико-химические свойства новых видов сложных удобрений и разработка рациональной технологической схемы их получения
При хранении, транспортировки и эффективном применении в сельском хозяйстве минеральных удобрений важное значение имеет физико-химические и товарные их свойства.
Гигроскопическая точка продуктов, полученных путем активации Ходжакульской фосфоритовой муки пониженной нормой серной кислоты и сернокислым раствором сульфата аммония составляет 73 и 80% по отношению относительной влажности воздуха. Прочность гранулы удобрений равняется 1,64 и 2,66 МПа соответственно. При влажности 1,69-1,79% их удельный вес составляет 1,91 -1,98 г/см3.
А гигроскопическая точка удобрений, полученных путем разложения фосмуки азотной кислотой и азотнокислым раствором нитрата аммония составляют 46% и 57%, то есть такой продукт входит в класс гигроскопичных веществ. Прочность гранулы продукта равняется 0,67 и 0,80 МПа, а удельный вес удобрения составляет 1,85-1,90 г/см3.
Разработана упрощенная технологическая схема получения новых видов удобрений путем переработки низкосортных фосфоритов Каракалпакстана пониженными нормами серной и азотной кислот, а также их аммонийными солями (рис. 1).
Для получения фосфорсодержащих удобрений в качестве основной установки рекомендуется шне-ковый реактор-смеситель. Разработан материальный баланс получения новых видов удобрений.
Список литературы:
1. Реймов А.М. Разработка технологии получения нитрокальции фосфатных и нитрокальции фосфатных удобрении на основ разложение Кызылкумских фосфоритов при пониженной норме азотной кислоты. Авто-реф.канд.тех.наук- Ташкент 2004. - С. 11
2. Чернавин А.С. Фосфоритная мука и её применения-Москва: сельхгиз, 1956. С. 120.
3. Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Салимов З.С., Мырзакулов Х.Ч., Беглов Б.М. Мехнохимическая активированных минерализованный массы фосфоритов Центральных Кызылкумов «Хим пром-сть сегодня» (Москва) -2003.-№4 С.42-44.
4. Патент 62344 ГДР. МКИ 16,5 (С05ё) Получения гранулированных удобрении на основе честично разложенных природных фосфатов «R.L, Von Repper (ГДР) -Ржхим.»
5. Бауатдинов Т.С., Бауатдинов С., Таджиев С.М., Алламбергенова Р.О., Торешова Н.М. Нетрадиционным способ получения минеральных удобрении на основе фосфоритов Каракалпакии. Тез докл. Респуб.науч.практический, конф., «Физиологически активнын соединения на основе растительных ресурсов и технология неорганических веществ» Нукус-2008, С. 31-33.
6. Бауатдинов. С. Бауатдинов. Т.С. Таджиев. С. «Науные основы глубокой переработки фосфоритов Каракалпакстана». Тезисы Республиканской научно-практической конференции. «Наука Каракалпакстана: вчера, сегодня, завтра» посвященной 50 летию Каракалпакского отделения Академии наук Республики Узбекистан Нукус 2009 г.
7. Беголов Б.М, Намазов Ш.С, Мирзакулов Х.Ч, Умаров Т.Ж. Активация природного фосфатного сырья- Ташкент-Ургенч. Изд. «Хорезм» 1999 г. С. 3.
8. Беглов Б.М. Химизация: плюсы и минусы «Экономика и жизнь» 199 0 г. № 2 С. 61-65.
9. Алимов У.К. Разработка технологии получения фосфорных и азотнофосфорных удобрений из фосфоритов Центральных Кызылкумов Автореф.дисс. канд.тех.наук. Ташкент-2010 г. С. 26.
10. Фосфаты на рубеже ХХ1 века - Москва, Алматы, Жанатас 1996 г. С. 108.
11. Бауатдинов Т.С, Таджиев С.М, Бауатдинов С., Химическая активация фосфоритов Каракалпакстана минеральными солями. Материалы международной научно -технической конференции,-Современные техники и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития -Новой 12-14 мая. 2010 г. С. 93-94.
