ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОКОНЦЕНТРАТА ИЗ ФОСФОРИТА ЦЕНТРАЛЬНОГО КЫЗЫЛКУМА Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Х

И

М

И

Ч

Е

С

К

И

Е

НАУКИ

УДК 661.631:85

А.М. Реймов, А.М. Курбанова, Т.И. Нурмуродов, Т.Н. Эшбуриев

ПОЛУЧЕНИЕ ФОСФОКОНЦЕНТРАТА ИЗ ФОСФОРИТА ЦЕНТРАЛЬНОГО КЫЗЫЛКУМА

В статье приведены результаты процесса получения фосфо-концентрата путем разделения твердой части аммонизированной нитрокальцийфосфатной пульпы от жидкой фазы с последующим промывкой и сушкой.

Ключевые слова: фосфатное сырьё, азотная кислота, разложение, обогащение, аммонизация, фосфоконцентрат.

Основным сырьем для получения фосфорных удобрений являются фосфатные сырья: апатиты и фосфориты. В большинстве стран фосфатное сырье рассматривается как стратегический вид полезных ископаемых, обеспечивающих их продовольственную безопасность. Не менее 90% добываемых в мире руд используется для производства фосфорных и фосфорсодержащих удобрений, поскольку обеспеченность почвы фосфором - основной показатель ее плодородия, который определяет до известного предела уровень урожайности всех сельскохозяйственных культур.

В Узбекистане фосфориты Центральных Кызылкумов являются основным фосфатным сырьем для получения фосфорсодержащих удобрений [1]. Это фоссырьё содержит большое количество нежелательных примесей, в частности, карбонатов и хлора, имеет невысокое содержание фосфора (16-18%P2O5). Такое сырье не пригодно для получения из него высококонцентрированных фосфорсодержащих удобрений, т.е. чтобы получить высококачественное фосфорсодержащее удобрение из такого сырья, его нужно предварительно обогатить. Поэтому на Кызылкумском фосфоритовом комбинате (КФК) осуществлено многостадийное обогащение: дробление, сухое обогащение с получением рядовой фосфоритовой муки, отмывка от хлора, обжиг для удаления СО2. В полученном термоконцентрате концентрация фосфора достигает

© А.М. Реймов, А.М. Курбанова, Т.И. Нурмуродов, Т.Н. Эшбуриев, 2014.

до 28-30%, но из-за сложности технологии обогащения и больших теплоэнергетических затрат себестоимость мытого обожженного концентрата и фосфорных удобрений из него значительно повышается. Кроме того, производительность комбината ограничена, т.е. не превышает 400 тыс. т в год.

Естественно, для увеличения объемов производства фосфорсодержащих удобрений нужно наращивать мощности Кызылкумского фосфоритового комбината, как по объему добываемой руды, так и по производству мытого обожженного фосфоконцентрата. Но объём производства мытого обожжённого фосфоконцентрата увеличивать пока не планируется. Это связано с высокой себестоимостью фосфоконцентрата из-за больших теплоэнергетических затрат при обжиге. Это вызвано также тем, что термический способ обогащения фосфатного сырья, применяемый на Кызылкумском фосфоритовом комбинате, является многостадийным, и естественно, каждая реализуемая производственная стадия увеличивает себестоимость получаемого концентрата. По этим причинам возможности получения качественного фосфоритного сырья -мытого обожженного фосфоконцентрата - ограничены. Значит, при современном состоянии технологии обогащения бедных фосфоритов Центральных Кызылкумов растущие потребности сельского хозяйства Республики в фосфорных удобрениях не могут быть удовлетворены.

Одним из рациональных методов вовлечения в переработку бедного выококарбонизиро-ванного фосфатного сырья Центральных Кызылкумов является химическое обогащение, в частности азотнокислотный способ его разложения. Применение азотной кислоты в значительной степени экономически оправдывается, так как из получаемых азотнокислых суспензий одновременно может быть выделен азотнокислый кальций - кальциевая селитра. А фосфоконцен-трат по своему качеству вполне отвечают требованиям химической промышленности для производства растворимых концентрированных фосфорных удобрений.

В этой связи наибольший интерес представляет химический способ обогащения фосфатного сырья (ФС), т.е. концентрированными растворами азотной кислоты. Перспективностью этого метода обогащения перед термическим обжигом является возможность максимального удаления карбонатов кальция из фосфатного сырья и тем самым снижение в сырье кальциевого модуля до его минимального значения.

Для проведения лабораторных опытов нами было взято фосфатное сырьё Центрального Кызылкума, имеющее следующий состав, мас.%: P2O5-17,65; CaO-47,48; MgO - 1,75; Fe2O3 -2,47; Al2O3 - 1,21; CO2 - 15,2; F - 1,81; нерастворимый остаток - 6,03.

Опыты проводили следующим образом. Вначале путем разложения рядовой фосфоритовой муки с 59%-ной кислотой при ее норме 65% в пересчете на CaO приготовили нитрокаль-цийфосфатные пульпы с содержанием исходной влажности 40, 50 и 60%. Разделение твердой фазы от жидкого проводили на лабораторной центрифуге ЦЛН-5. С целью определения влияния влаги на качества фосфоконцентрата, полученный влажный осадок промывали водой при весовых соотношениях фосфорит : вода 1 : 1; 1 : 1,5; 1 : 2 и 1 : 2,5. При этом образующеюся суспензию также разделяли на жидкую и твердую фазы с помощью центрифуги. Влажный осадок высушивали при температуре 60-650С. Высушенные осадки и жидкие фазы анализировали на содержание основных компонентов согласно стандартным методикам [2].

Результаты показали, что в зависимости от содержания влаги пульпы и соотношения ФС : Н2О степень перехода Р2О5, СаО и N в жидкую фазу колеблется в пределах 41,7 - 53,8%, 57,1 - 71,6% и 88,0 - 97,9% соответственно. Это объясняется тем, что значительная часть вод-норастворимых солей монокальцийфосфата и нитрата кальция в процессе разделения нитро-кальцийфосфатной пульпы с последующей промывкой водой влажного осадка переходит в жидкую фазу. Поэтому в составе высушенных осадков, т.е. в концентратах ощутимо снижаются содержания Р2О5, и его концентрация колеблются в пределах 18,05-22,03%. Однако из научно-технической литературы известно, что такие концентраты, содержащие 18,05-22,03% Р2О5 не отвечают требованиям для сернокислотной экстракции фосфатного сырья.

С целью улучшения качества удобрений, мы, прежде чем разделить нитрокальцийфос-фатную пульпу на жидкую и твердую фазу, их подвергали аммонизации аммиаком до значения рН 3. Так как, при аммонизации кислой нитрокальцийфосфатной пульпы происходит реакция в

жидкой фазе между монофосфатом и нитратом кальция и аммиаком, в результате которого образуется дикальцийфосфат и нитрат аммония.

Процесс выпадения дикальцийфосфата в твердую фазу можно описать нижеследующей реакцией:

Са(Н2РО4)2 + Ca(NOз)2 + 2NНз = 2СаНРО4 + 2NН4NОз

Как выше сказано, вначале путем разложения рядовой фосфоритовой муки с 59%-ной кислотой при ее норме 65% в пересчете на CaO приготовили нитрокальцийфосфатные пульпы с содержанием исходной влажности 40, 50 и 60%. Полученные пульпы аммонизировали газообразным аммиаком до значений рН 3. Затем эту аммонизированную смесь разделяли на жидкую и твердую фазу, последнею промывали водой, при весовых соотношениях ФС : вода 1 : 1; 1 : 1,5; 1 : 2 и 1 : 2,5. Далее влажные осадки высушивали при 1000С. Высушенные осадки анализировали также по вышеуказанной методике. Результаты приведены в табл. 1-3. А зависимость изменения степени перехода компонентов (^ Р2О5, СаО) в жидкую фазу от влажности аммонизированной пульпы и соотношения ФС : Н2О изображена на рисунке.

Таблица 1

Химический состав промытых высушенных фосфоконцентратов

Соотношение Химический состав высушенных продуктов, % Степень перехода компонентов в жидкую фазу, %

ослр P2O5 общ P2O5 усв (лим) P2O5 усв Тр.Б P2O5 вод CaO общ CaO усв CaO вод N общ P2O5 СаО N

Для разделения использована аммонизированная пульпа с влажностью 40%

1:1 20,21 13,93 11,51 3,21 34,63 23,74 9,48 8,02 1,7 33,8 65,0

1:1,5 21,84 14,86 12,32 2,72 35,21 23,81 8,63 7,42 1,8 38,0 69,8

1:2 22,50 15,21 12,57 2,33 35,34 23,87 7,64 6,77 2,0 38,8 72,9

1:2,5 23,04 15,67 12,62 2,07 35,61 23,92 7,24 5,81 2,2 41,0 78,0

Таблица 2

Химический состав промытых высушенных фосфоконцентратов

Соотношение Химический состав высушенных продуктов, % Степень перехода компонентов в жидкую фазу, %

ФС:Н^ P2O5 общ P2O5 усв (лим) P2O5 усв (Тр.Б) P2O5 вод CaO общ CaO усв CaO вод N общ P2O5 СаО N

Для разделения использована аммонизированная пульпа с влажностью ^ 50%

1:1 21,72 14,18 12,04 2,98 34,82 22,37 7,81 5,58 3,4 39,4 77,6

1:1,5 23,13 14,34 12,69 2,81 35,26 22,52 7,62 4,98 3,5 42,5 81,1

1:2 23,82 14,41 12,78 2,64 35,81 22,64 7,19 4,72 3,7 43,4 82,7

1:2,5 24,38 14,45 12,88 2,41 35,98 22,70 6,89 4,41 3,9 44,6 84,2

Таблица 3

Химический состав промытых высушенных фосфоконцентратов

Соотношение Химический состав высушенных продуктов, % Степень перехода компонентов в жидкую фазу, %

ФС:Н20 P2O5 общ P2O5 усв (лим) P2O5 усв (Тр.Б) P2O5 вод CaO общ CaO усв CaO вод N общ P2O 5 СаО N

Для разделения использована аммонизированная пульпа с влажностью 60%

1:1 23,00 14,61 12,24 2,28 35,58 22,21 6,11 5,42 4,5 42,3 79,7

1:1,5 23,80 14,72 12,47 2,14 35,93 22,38 5,76 4,87 4,8 43,7 82,4

1:2 24,60 14,80 12,64 2,01 36,24 22,52 5,59 4,61 5,1 45,4 84,0

1:2,5 25,14 14,85 12,75 1,82 36,67 22,64 5,23 3,87 5,3 46,0 86,9

Как видно из табл. 1-3 в составе высушенных продуктов содержание общей и усвояемой формы Р2О5 по трилону Б увеличивается, а Р2О5 в жидкой фазе наоборот намного снижается. Это означает, что основная часть водорастворимого Са(Н2РО4)2 переходит в СаНРО4, которая нерастворимая в воде, но хорошо растворима в растворе трилона Б и лимонной кислоте. Содержание общей формы Р2О5 и относительное содержание усвояемой формы Р2О5 в зависимости от соотношения ФС : Н2О и влажности исходной пульпы составляют соответственно 20,21 - 25,14% и 50,72 - 56,95%.

Таким образом, степень перехода Р2О5, СаО и N в жидкую фазу в процессе разделения аммонизированной нитрокальцийфосфатной пульпы и промывки ее осадка водой по сравнению с вариантом без аммонизации пульпы довольно ощутимо снижается и составляет соответственно в зависимости от соотношения ФС: Н2О, влажности пульпы 1,7-5,3; 33,8-46,0 и 65,0-86,9% (рисунок).

- 90

- 70

А'6

Ч vA

* в.

Рис. Зависимость изменения степени перехода компонентов (1-Р205; 2-CaO и 3-К) в жидкую фазу от влажности исходной пульпы и соотношения ФС:Н20

Исходя из результатов лабораторных экспериментов, мы пришли к выводу о том, что при разделении аммонизированной нитрокальцийфосфатной пульпы с влажностью 40-60% из рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкум с последующей промывкой влажного осадка водой и сушки можно получить фосфоконцентраты, следующего состава, масс. %: 20,21 - 25,14 Р2О5общ и 34,63 - 35,98 СаОобщ. Как видно из полученных данных фосфоконцентраты содержат

4,41 - 8,02% азота, такое содержание азота не препятствует дальнейшего переработки фоскон-центрата сернокислотным методом.

Жидкую фазу рекомендуем перерабатывать в азоткальцийсодержащие жидкие удобрения, которые успешно могут применяться в период внекорневой обработки хлопчатника и зерновых культур.

Библиографический список

1. Беглов Б.М., Намазов Ш.С. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. Ташкент, 2013. 460 с.

2. Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.М. и др. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов М.: Химия. 1975. 218 с.

РЕЙМОВ Ахмед Мамбеткаримович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология», Навоийский государственный горный институт (Узбекистан).

КУРБАНОВА Альбина Мансуровна - магистрант, Навоийский государственный горный институт (Узбекистан).

НУРМУРОДОВ Тулкин Исамурадович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология», Навоийский государственный горный институт (Узбекистан).

ЭШБУРИЕВ Турсунали Насруллаевич - ассистент, Ташкентский химико-технологический институт (Узбекистан).