Исследование реологических свойств кислых и аммонизированных фосфатных пульп Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.124.001.5:54-145.15:66.092:661.63

А.А.Кустюкова, И.А.Почиталкина, И. А. Петропавловский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.

Адрес: 125047 г. Москва, Миусская пл., д.9, кафедра ТНВ.

e-mail: alisa92@mail.ru; pochitalkina@list.ru; ipetropavlovskiy@gmail.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КИСЛЫХ И АММОНИЗИРОВАННЫХ ФОСФАТНЫХ ПУЛЬП

Исследованы реологические свойства кислых и аммонизированных фосфатных пульп, полученных азотно- и азотнофосфорнокислотным разложением полпинского фосфорита. Плотность определена пикнометрическим методом, вязкость - методом истечения. По результатам измерений построены кривые зависимости вязкости и плотности от отношения Ж:Т кислых и аммонизированных пульп.

Ключевые слова: кислые пульпы, аммонизированные пульпы, реологические свойства.

Производство минеральных удобрений в России является важной подотраслью химической промышленности. В годы экономических реформ российские производители сохранили свой производственный потенциал и в настоящее время занимают лидирующие позиции в мире: первое место по экспорту азотных удобрений, второе - по фосфорным и пятое - по калийным (рис.1.).

49%

34%

■ азотные

удобрения щ фосфорные удобрения □ калийные удобрения

40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000

c-SIO; сд

с i>'С . "

УМ - iixnitiin: iillin If

I Na 11 Ft, Mfl Ы J i .AI №ulOH I/ n НД

В -bonshtedtit» NifefPO.HCOJ

aAJ

Рис.2. Рентгенофазовый анализ образца

18%

Рис.1 Структура производства минеральных удобрений в России. Расширение фосфатной сырьевой базы и вовлечение в производство NPK-удобрений бедных фосфоритов требует знания основных закономерностей их переработки, свойств промежуточных и конечных продуктов.

Рентгенофазовый, химический и элементный анализ образца полпинского фосфорита, позволили оценить его состав и структуру [1]. (рис.2.)

Из литературных данных известно, что при разложении фосфатного сырья изменение плотности отфильтрованной части азотно-фосфорнокислотной вытяжки пропорционально содержанию компонентов и, таким образом возможен денсимитрический контроль в производстве экстракционной фосфорной кислоты и сложных удобрений [2].

Ca5(PO4)3F + 10HNO3 = 5 Ca(NO3)2 + 3H3PO4 +

ОТ

Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 = 5 Ca(H2PO4)2 + ОТ

Гидроксокарбонагапатиг Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2 55,7

а-кварц 32,5

Монтмориллонит (Na)(Fe,Mg)2(Si,Al)4010(OH)2 7,2

Бонштедтит Na3Fe(PO4)(CO3) 4,6

Аммонизация кислотной вытяжки, приводящая к образованию и кристаллизации солей аммония и кальция, а также введение третьего питательного компонента отражаются на реологических характеристиках пульп. 5Ca(NO3)2 + 5H3PO4 + 10NH3 = 5 CaHPO4 + 10NH4NO3

Ca(H2PO4)2 + NH3 = CaHPO4 + NH4H2PO4 NH4H2PO4 + NH3 = (NH4)2HPO4 NH4H2PO4+ KCl = KH2PO4 + NH4Cl

NH4NO3+KCl = KNO3+ NH4Cl Изучение плотности и вязкости при аммонизации кислотной вытяжки, полученной из бедного фосфатного сырья позволит адаптировать его к промышленной схеме получения NPK из апатитового концентрата.

Объектами исследования являлись кислые пульпы, полученные азотно-кислотным или азотнофосфорнокислотным методом разложения, и аммонизированные пульпы по схеме:

Ca(N03)2 + uNH3 CaHP04+NH4N03 +HN03 H3P04 + HF

Ц 0<M

Ca5(P04)3F

+HN03 +H3P04

+NH4H2P04

Ca(N03)2 + nNH3 CaHP04 + Ca(H2P04)2+ ' NH4H2P04+ H3P04 + HF (NH4)2HP04

Кислую пульпу после стадии разложения упаривали до заданных отношений Ж:Т, обеспечивающих ее текучесть. В процессе концентрирования пульпы исследовали ее реологические свойства и показатель рН. Пикнометрическим методом определяли плотность, методом истечения - вязкость, а ионометрическим методом - рН кислых пульп. Из полученных зависимостей (рис.3) видно, что с уменьшением отношения Ж:Т плотность и вязкость пульп увеличивается, а показатель рН уменьшается. При достижении отношения значений Ж: Т и рН, заданных действующим регламентом производства NP - удобрений из апатитового концентрата приступали к аммонизации пульпы.

Процесс проводили в изотермических условиях. Во избежание реакции ретроградации фосфатов аммонизацию пульпы проводили в «мягких» условиях.

В реакционный объем через капельную воронку дозировали водный раствор аммиака, контроль процесса аммонизации осуществляли по показателю рН, который определяли ионометрическим методом. При достижении заданного значения рН в пульпу вводили третий питательный компонент KCl.

Исследованы реологические свойства пульп в процессе аммонизации. Показано, что с увеличением расхода нейтрализующего агента наблюдается повышение плотности и вязкости пульп, что объясняется образованием и кристаллизацией фосфатов аммония и кальция, частичным испарением воды в системе, а следовательно уменьшением отношения Ж:Т (рис.4-5.). Такая же закономерность отмечается при увеличении мольного отношения [NH3]:[H3PO4] в пульпах, что объясняется образованием фосфатов аммония различной растворимости.

Далее были изучены физико-химические свойства нейтрализованных пульп в зависимости от отношения Ж:Т и мольного отношения [NH3]:[H3PO4].

Показано, что с уменьшением отношения Ж:Т и увеличением мольного отношения [NH3]:[H3PO4] плотность и вязкость пульпы увеличиваются. Пульпы сохраняют текучесть до влагосодержания 30 %, что обеспечивает возможность их дальнейшей переработки.

pH

Рис.3. Изменение реологических свойств и показателя рН кислой пульпы.

Кислая пульпа Аммонизированная пульпа

а

■-

Рис. 4. Влияние отношения Ж:Т на плотность кислой и аммонизированной пульпы.

азотнокислотное разложение

™ азотнофосфорнокислотное разложение

Кислая пульпа Аммонизированная пульпа

Рис. 5. Влияние отношения Ж:Т на вязкость кислой и аммонизированной пульпы.

азотнокислотное разложение азотнофосфорнокислотное разложение

При отношении Ж:Т - 10:1 значение вязкости экспериментальных образцов с учетом содержания примесей коррелируется с промышленными показателями

нитратсодержащих пульп КР = 1:1 и 2:1 в производстве КРК-удобрений: цэксп=820-860 мПа.с, цсрав= 630-680 мПа.с

Кустюкова Алёна Андреевна студент кафедры технологии неорганических веществ РХТУ

им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Почиталкина Ирина Александровна к.т.н., доцент кафедры технологии неорганических веществ РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Петропавловский Игорь Александрович д.т.н., профессор кафедры технологии неорганических веществ РХТУ

им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва

Литература

1. Петропавловский И. А., Почиталкина И. А., Киселев В. Г., Кондаков Д. Ф., Свешникова Л. Б. Оценка возможности обогащения и химической переработки некондиционного фосфатного сырья на основе исследования химического и минералогического состава / Химическая промышленность сегодня. 2012, №4, с. 5-8.

2. Добрыднев С.В., Почиталкина И.А. Бесков В.С., Богач В.В. Исследование кинетических

закономерностей процесса кислотного разложения фторапатита ионометрическим методом // Журнал прикладной химии - Москва, 2001 г.- Т.74.-Вып.10.-С 1579-1581.

Kustyukova Alena Andreevna, Pochitalkina Irina Aleksandrovna, PetropavlovskyIgor Aleksandrovich

D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. e-mail: alisa92@mail.ru; pochitalkina@list.ru; ipetropavlovskiy@gmail.ru

RESEARCH AND FLOW CHARACTERISTICS OF ACID PHOSPHATE AMMONIATED PULPS

The rheological properties of acid and ammoniated phosphate pulps derived nitrogen and decomposition azotnofosfomokislotnym polpinskogo phosphorite. Density determined by pycnometric viscosity - by expiration. As measured by the curves of the viscosity and density of the ratio L: S acid and ammoniated pulp.

Key words: acidic pulp ammoniated slurry rheology.