CC BY
53
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
РАЗРАБОТКА ГИБКОИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ
УДОБРЕНИЙ
Бауатдинов Ташкенбай Салиевич,
PhD в технических науках +99891 -377-78-36 altingul [email protected]
Нукусский филиал Ташкентского государственного аграрного университета (г.Нукус, Узбекистан)
УДК 661.85+661.632:19
Аннотация. Сохранность удобрений в хранилищах, перевозка в различных видах транспорта и эффективность их использования в сельском хозяйстве зависят от их физико-химических и товарных свойств. Исходя из этого, нами изучены физико-химические и товарные свойства новых видов фосфорных и азотно-фосфорных удобрений, полученных в процессе переработки образцов фосфоритов Каракалпакии растворами минеральных солей, при неполной норме серной и азотной кислоты с введением сульфата и нитрата аммония.
Была разработана технологическая схема получения новых видов фосфорных удобрений разложением бедных фосфоритов Каракалпакии неполной нормой серной и азотной кислот, а также в присутствии их аммонийных солей.
Ключевые слова: хранилища, сельское хозяйство, товарные свойства, серная кислота, бункер, дозатор, фосмук.
DEVELOPMENT OF A FLEXIBLE TECHNOLOGICAL SCHEME FOR PRODUCING COMPLEX FERTILIZERS
Tashkenbay S. Bauatdinov,
PhD in technical sciences +99891 -377-78-36 altingul [email protected]
Nukus branch of the
Tashkent State Agrarian University
(Nukus, Uzbekistan)
Abstract. The safety of fertilizers in storage, transportation in various types of transport and the effectiveness of their use in agriculture depend on their physicochemical and commercial properties. On this basis, we studied the physicochemical and commercial properties of new types of phosphorus and nitrogen-phosphorus fertilizers obtained in the process of processing samples of Karakalpakstan phosphate by mineral salt solutions, with an incomplete rate of sulfuric and nitric acid with the introduction of ammonium sulfate and nitrate.
A technological scheme was developed for obtaining new types of phosphate fertilizers by decomposing the bare Karakalpak phosphate with an incomplete rate of sulfuric and nitric acids, as well as in the presence of their ammonium salts.
Key words: storage, agriculture, commercial properties, sulfuric acid, bunker, dispenser, phosphorite meal.
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
1. Введение
Для получения фосфорсодержащих удобрений в качестве основного аппарата предлагается в реактор-смеситель шнекового типа. Согласно схеме серная либо азотная кислота из хранилища поступает через расходомер в емкость для подготовки раствора. Сюда же поступает нитрат либо сульфат аммония и подается в шнековый реактор. В шнековый реактор через расходной бункер с помощью дозатора поступает также фосмука. В шнековом реакторе одновременно происходят процессы активации (разложение) фосмуки кислотой или её смесью аммонийной соли, нейтрализации кислых продуктов недоразложенной фосмукой, грануляции и сушки готового продукта. Полученное готовое фосфорсодержащее удобрение (после 20-30 минутного перемешивания) из реактора через ленточный конвейер поступает на склад готовой продукции. Отходящие пылегазовые потоки проходят через батареи циклонов, адсорбционные колонны. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу. Уловленный пылевой поток возвращается в цикл, а нейтрализованный шлам отправляют в шламонакопитель.
2. Методы и материалы
Рассчитан материальный баланс получения новых видов фосфорных удобрений из низкосортных Каракалпакских фосфоритов серной кислотой и сернокислым раствором сульфата аммония, а также азотной кислотой и азотнокислым раствором нитрата аммония (рис. 1 и 2).
Са(ОН)2 раствор
1, 12 - баки; 2, 13, 17 - насосы; 3 - дозатор; 4 - шнековый реактор; 5 - бункер; 6, 7 - ленточные дозаторы; 8 -конвейеры; 9 - кран грефера; 10 - бункер; 11 - абсорбер; 14 - брызгоуловитель;15 - вентилятор; 16 - бак репульпатор; 18-циклон.
Рисунок 1. Технологическая схема получения фосфорсодержащего удобрения из фосфоритов Каракалпакии
Т
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Рисунок 2. Материальный баланс процесса получения сложного азотно-фосфорного удобрения азотнокислотной активацией фосмуки
-f
■ ei
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
.1.000. sr. Фосыука
430J.U. pa:ibop
Р-СЪ-.ШДкг СаО-ЗЗЗД*г CO: .,10.4,5. и.
1 „
РАЗЛОЖЕНИЕ НМО.-.ШДкг >JH+NOl -24.Ц,4.1-Х ИдО-ИЕДн:.
1 СО:-20гй.нг:Н,0-9:Вы
.14.5
СаО^ЗЗ.Вхт СаО....,5.?.>&нг.
М^-.Ц4Лжг ^НИЭ .4.2. Д. i:T.
NH+NOi—24 0.4 кг
О.нг. 12,45% 23,02% 4.13% 5,76 % 7.В7% 2.90 % 4.96 % 16.5В % 6.61%
СУШКА
-Г"
13» Д.
СаО^ЗЗ.Вкг
OQj-Шж N„^-114 Д.кг N^uj .4.1 Д. *г. TW72.fl.Er ЫЩЫОз _240,4 кг ЪЪО-Иш
IT
13.1? % 24.3 В % 4.37% 6.10% В.ЗЗ % 3.07% 5.26 % 1 п„56 % 1.1 %
ДШлг, NH.NO,-240,4;^
ДЗШжг -1000кг фосфорит. ЮТОз НзОгШЛк. Ра-ск о лик; ь:и -1 ффшщвиты 1 т - фосмука - 0,7304 т ННОз^^ -0.09ВЗт МНдЛО, -ОД 756 т НдО- 0,077 т
Рисунок 3. Материальный баланс процесса получения сложного удобрения активацией Ходжакульской фосмуки азотнокислым раствором нитрата аммониям
3. Результаты
Для получения 1 тонны сложного фосфорного удобрения на основе переработки Ходжакульской фосмуки нижнего пласта сернокислым раствором сульфата аммония, содержащим H2SO4-71,33%; (NH4)2SO4-23,11%; H2O-5,58%, необходимо 0,7329 т фосмуки, 0,2774 т серной кислоты и 0,0899 т сульфата аммония. Оптимальным условием получения азотно-фосфорного удобрения принято: норма кислоты - 20-30% от стехиометрии и концентрация азотной кислоты - не менее 55% НЫ03.
Щ ТЕХНОЛОГИИ lechnologies
23
www.agrotechjournal.ru
ISSN: 2658-4018
На основе результатов выполненных научных исследований на лабораторной модельной установке отработано влияние основных технологических параметров на процесс получения новых видов удобрений, наработаны опытные партии удобрения для выявления агрохимической эффективности. Результаты технологических испытаний будут использованы при организации опытно-промышленной установки на базе «Кишлокхужаликкимё» Республики Каракалпакстан. Агрохимические испытания новых видов фосфорных удобрений, проведенные лабораторией агрохимии ИОНХ АН РУз и институтом земледелия Чимбайского района Республики Каракалпакстан в вегетационных и полевых условиях, показали их высокую эффективность. Разработаны рекомендации по применению новых форм удобрений в сельском хозяйстве.
Учитывая, что стоимость добычи фосфоритной руды Ходжакульского месторождения и переработки ее на фосмуку намного дешевле, чем Кызылкумской фосфоритной руды. При ориентировочном расчете экономического эффекта от производства фосфорсодержащих удобрений стоимость Ходжакульской фосмуки принимается 80% от стоимости бедных Кызылкумских фосфоритов. Ориентировочный расчет экономического эффекта (табл. 1) от производства нового удобрения, полученного сернокислотным разложением Ходжакульской фосмуки, сравнивали с действующими производствами простого суперфосфата АО «Кукон суперфосфат заводи» и СП-АО «Электрохимзавод». Расчеты показывают, что себестоимость 1 тонны нового удобрения дешевле на 27884,2 сум. по сравнению с камерным суперфосфатом из мытого сушеного фосконцентрата (Р2О5 17-19%) и на 31367,2 сум по сравнению с суперфосфатом, полученным из бедных фосфоритов (Р2О5 14-16%) по интенсивной технологии.
При организации опытно-промышленного производства мощностью 32000 т/год (действующая мощность СП-АО «Электрохимзавод») фосфорного удобрения из Ходжакульской фосмуки по предлагаемой интенсивной технологии ориентировочный годовой экономический эффект составляет более 11111 млрд сум.
В условиях развития интенсивных технологий земледелия, с ростом вымывания питательных веществ на почвы, значительно возрастает и вынос микроэлементов. Поэтому увеличение масштабов производства удобрений с микроэлементами приобретает особое значение.
Осуществить равномерное распределение малых количеств веществ, содержащих микроэлементы в большой массе удобрений на значительных посевных площадях практически не осуществимо. Поэтому, чтобы избежать неравномерности распределения микроэлементов, необходимо внести их в производственный цикл получения основного удобрения.
В качестве источников микроэлементов можно использовать различные микроэлементосодержащие вещества, в том числе промышленные отходы и горные породы.
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Таблица 1 - Калькуляция стоимости 1 тонны фосфорных удобрений, полученных сернокислотной переработкой фосфоритов Ходжакульского и Кызылкумского
Статьи расхода Фосфорное удобрение из Ходжакульской фосмуки Р2О5общ.-12-14% Суперфосфат из фосмуки СП-АО «Электрохимзавод» Р205общ.-10,10% Суперфосфат из мытого сушеного фосконцентрата АО «Кукон суперфосфат заводи» Р2О5общ.-12%
Расход, т Цена, сум Сумма, сум Расход, т Цена, сум Сумма, сум Расход, т Цена, сум Сумма, сум
Фосфатное сырье 0,7764 52800 40993,9 0,7636 66000 50397,6 0,6940 114829 79684
Серная кислота 0,2825 139000 40657,5 0,4129 139000 57393,1 0,5050 133188 67260
Аммиак - - - - - - 0,0210 317129 6660
Сульфат аммония 0,006 1094,9 0,006 1094,9 - - -
Всего 82754,3 108885,5 153604
Расходы переработки 53891,9 53891,9 20825
Себестоимость 136638,2 162777,5 174429
Прибыль 27327,6 32555,5 17421
Стоимость без НДС 163965,8 195333 191850
Экономический эффект - -31367,2 -27884,2
Нами в качестве микроэлементсодержащего сырья были взяты глауконитосодержащие пески окрестности Крантау. Глауконитосодержащие пески, именуемые в дальнейшем глаукониты, содержали в своем составе нижеследующие компоненты в следующих количествах (%):
SiO2-67,92; AI2Oз-9,43; Fe2Oз+FeO-7,99; Ca0-0,73 Mg0-0,43; Na20-2,80; K20-3,20; SОз-7,78 п.п.п.
6,14 и по данным спектрального анализа имели нижеследующие элементы (в %): более одного процента Si, А1, К, Fe от 0,1 до 1% Са, Ш, ТС, Мп от 0,01 до 0,09% Ва, Si, V, В, Сч от 0,001 до 0,009% Си, Рв, Со, Ве от 0,0001 до 0,0009% Мо.
Прежде чем использовать глаукониты в опытах, они были подвергнуты механической активации. Сущность этой операции заключается в том, что при длительном механическом воздействии (размалывании), частицы глауконитов должны подвергаться разрушению, что в конечном счете приводит к изменению реакционной способности, структуры и растворимости.
Механическую активацию осуществляли в лабораторной шаровой мельнице, сухим способом помола в течение 20-24 часов до пылевидного размера частиц. Сравнение количеств водорастворимых солей и сухого остатка до и после помола показали, что их количество после помола заметно увеличивается. Это связано с тем, как предполагается в работе, что увеличение растворимости природных твердых веществ после механической активации вызвано структурными нарушениями кристаллической решетки и амортизацией продукта.
В качестве основного удобрения использовали аммофос Самаркандского химического завода. Аммофос в своем составе содержит (в %):
P2O5-45-48; P2O5усв.-43-46; P2O5вод.-37-38; N-10-12;
MgO-6-7; F-3,0-3,5; H20-0,5-1.
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Опыты по получению глауконитизированного аммофоса проводили на лабораторной установке, которая состоит из реакторе, снабжений мешалкой и термометром, помещенным в термостат.
Для приготовления аммофосной пульпы. В реактор заливали дистиллированную воду и при постоянном перемешивании вводили аммофос в соотношении Ж:Т=1:0,7 и температуру реактора поднимали до 100-105оС. рН аммофосной пульпы составлял 4,22. Серию опытов проводили при этом значении рН, а серию при рН 3,5. Для понижения рН до 3,5 аммофосную пульпу подкисляли концентрированной фосфорной кислотой.
Затем в аммофосную пульпу с рН 3,5 при интенсивном перемешивании, добавляли механически активизированный глауконит. При температуре 100-105оС и перемешивали в течение 1 часа.
Полученный таким образом продукт, высушивали до остаточной влажности не более 1% и после измельчения просеяли через сито диаметром 3 мм. Из готового продукта известными методам определяли содержание основных питательных элементов Р2О5, К2О общих, усвояемых и водных (табл. 2).
Таблица 2 - Содержание основных питательных элементов Р2О5, К2О
Название удобрений Содержание %
Р2О5общ. Р2О5усв. Р2О5вод. N K
Аммофос 45-48 47-47 37-38 10-12 -
Глауконити-зированный аммофос, соотношение 1:1 22,5 21,5 18,5 5, 5 1,65
То же соотношение 2:1 30,5 28,5 24,6 6,6 1, 1
То же соотношение 4:3 25,6 24,4 21 ,1 5, 6 1, 4
То же соотношение 4:1 36,3 34,4 29,6 8,4 0,6
Был приготовлен глауконитизированный аммофос в различных соотношениях глауконита с аммофосом, в частности, в соотношениях аммофос: глауконит 1:1, 2:1, 4:3, 4:1 или (1:1, 1:05, 1:0,75 и 1:0,25).
Кроме вышеуказанных элементов, глауконитизированный аммофос (1:1) содержал микроэлемента до 0,5% ТС, Мп, до 0,05% Sr, В, Сг, Zn до 0,005% Си, Рв, №,Со, Ве, и до 0,0005% Мо. Остальные образцы глауконитизированных аммофосов содержали микроэлементы соответственно количественному соотношению глауконита в удобрении.
В процессе приготовления удобрений, периодически в каждом опыте измерялось значения рН раствора; наблюдалось повышение значений рН удобрений, и его значение было тем выше, чем больше количество вводимого глауконита (табл. 3).
Таблица 3 - Значение рН удобрений в опытах
Вид удобрений Значение рН
Аммофос глауконитизированный аммофос 1:0,25 4,22 4,44
Глауконитизированный аммофос 1:0,5 4,70
Глауконитизированный аммофос 1:0,75 4,85
Глауконитизированный аммофос 1: 1 5,10
ТЕХНОЛОГИИ echnologies
Повышение значений рН удобрений связано со вступлением в химическую реакцию свободной кислоты с составляющими глауконита. Понижение значений рН аммофосной пульпы ниже рН 3,5 было нецелесообразно, ввиду перехода значительного количества соединений железы в раствор.
В дальнейшем в полученных глауконитизированных удобрениях, определяли содержание в них питательных микроэлементов и сравнивали их с расчетными. Содержание микроэлементов определяли по марганцу, виде значительного содержания его в составе глауконита до 1%. При анализе содержания калия были определены общие, водные и цитратные его формы, так как глаукониты, содержание элементы калия труднорастворимы.
Как видно из таблицы 4, содержание питательных элементов, также и марганца, кроме фосфора намного ниже расчетной.
Таблица 4^ - Химический состав глауконитизированного аммофоса
Удобрения Содержания Р2О5 Содержания калия Содержания марганца
Общ. водн. цитрат Общ. водн. цитрат Цитратная
Глауконитизированный аммофос соотн. 4:1 32,4 26,3 6,68 0,56 0,27 0,06 0,144
ГА соотн. 2:1 28,8 22,7 6,17 0,60 0,25 0,50 0,188
Глауконитизирован-ный аммофос соотн. 4:3 24,17 19,8 4,88 0,72 0,22 0,60 0,268
Понижение содержания элемента калия, возможно, связано с труднорастворимостью самого глауконита. Этим и обусловлено свойство глауконитов как долгодействуюшего удобрения медленный вынос питательных и других элементов, содержащихся в глауконите из почвы в процессе вымывания.
Важнейшими физико-механическими свойствами минеральных удобрений являются их гигроскопичность, слеживаемость, прочность гранул, однородность состава и др., влияющие на условия складского хранения, транспортировки и непосредственного применения в сельском хозяйстве.
Гигроскопическая точка. Гигроскопическую точку (или критическую относительную влажность) определяли эксикаторным методом по Пестову. Образцы удобрения насыпали в бюксы диаметром 30 мм и после определения количества навески бюксы - помещали в эксикаторы с различным давлением водяных паров (в эксикаторы с растворами серной кислоты резной концентрации) и при 250оС выдерживали в течении 4 часов и определяли гигроскопическую точку или относительную влажность, выше которой гранулы удобрений начинают расплываться. Гигроскопическая точка составляла: для глауконитизированного аммофоса 1:1 83%, для ГА-4:3-79,5 для ГА-4:2-76%, для ГА-4:!-72%. Если для чистого аммофоса гигроскопическая точка составляет 68-70%, то с увеличением содержания глауконита в удобрении гигроскопическая точка повышается, что является инертным непористым сорбентом.
По слеживаемости глауконитизированные удобрения относятся к слабо слеживающимся, гранулы их имеют очень малую прочность.
Щ ТЕХНОЛОГИИ lechnologies
27
www.agrotechjournal.ru
ISSN: 2658-4018
4. Заключение
Таким образом, глауконитизированные аммофосные удобрения являются слабо гигроскопичными удобрениями, не требующие герметичного хранения, с очень малыми прочностями гранул.
Таким образом, в заводских условиях получено 5000 кг глауконитизированного аммофоса, который передан для агрохимических испытаний.
Результаты испытаний, проведенные Узбекским научно-исследовательский институтом хлопководства при МСВХ, Чимбайским научно-исследовательским институтом земледелия показали, что новые виды глаукосодержащих фосфорных удобрений «Глаукофос» обладают высокой агрохимической эффективностью.
5. Конфликт интересов
Автор подтверждает, что представленные данные не содержат конфликта интересов.
6. Благодарности
Работа была подготовлена при поддержке (НФ ТашГАУ) Нукусского филиала Ташкентского государственного аграрного университета и Каракалпаксктий НИИ Естественных наук.
Список литература
1. Бауатдинов С. Глаукониты Каракалпакстана и получение новых удобрений на их основе / С. Бауатдинов, Т.С. Бауатдинов, С.М. Таджиев, Р. Алламбергенова, Н.М. Торешова // Мат. межд. конф. «Устойчивое развитие южного приаралья». - Нукус, 2011. - С. 20-21.
2. Бауатдинов Т.С. Фосфориты Каракалпакии и химическая их активация/ Т.С. Бауатдинов, С.М. Таджиев, А.Р. Сейтназаров, С. Бауатдинов // Узбекский химический журнал. - Ташкент. - 2011. - №1. - С. 50-53.
3. Бауатдинов С. Сернокислотное разложение Каракалпакских глауконитов / С. Бауатдинов, Т.С. Бауатдинов, С.М. Таджиев, Д.О. Алланиязов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург. - 2013. - №7. - C. 325-329.
4. Bautdinov T. Chemkal activation of Khojakul phosphorites bu ammonium salts / T. Bautdinov, A. Reymov, S. Tadjiev // Chemkal Science International Journal. - USA. - 2017. - № 19 (2). - pp. 1-6.
5. Патент № 1АР 08161. Способ получения сложносмешанных удобрений / Бауатдинов С., Таджиев С.М., Бауатдинов Т.С. и др. - Опубл. в Б.И. -Ташкент, 2016. - № 2.
