CC BY
24
Бардин С.В., Синельникова Ю.В., Мирзакулов Х.Ч.
Ташкентский химико-технологический институт кафедра «Химическая технология неорганических веществ»
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМЕСЕЙ АЗОТНОЙ И ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ИЗ ТЕРМОКОНЦЕНТРАТА ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ
Аммиачная селитра широко используется в сельском хозяйстве стран с коротким вегетационным циклом, а также для выращивания озимых культур, что определяет соответствующие масштабы ее производства. Наиболее крупным регионом-производителем аммиачной селитры являются страны Восточной Европы и Центральной Азии, за ними идут Северная Америка, Западная и Центральная Европа [1, 1].
Взрыв аммиачной селитры на складе химического предприятия в г. Тулуза, серия террористических актов в Юго-Восточной Азии и Узбекистане с использованием аммиачной селитры поставили в сложное положение ее производителей и потребителей. Некоторые страны (Китай, Филиппины, Колумбия, Ирландия) наложили запрет на использование аммиачной селитры в сельском хозяйстве.
Соответствующие нормативные акты были приняты и в Республике Узбекистан. Введение жестких ограничений в сфере производства и обращения аммиачной селитры достаточно сильно ударило как по производителям, так и по потребителям. Стоит отметить, что в Республике Узбекистан производится ежегодно порядка 1,5 млн. т аммиачной селитры, что составляет около 70% от всего объема производства удобрений. Затраты предприятий Государственной акционерной компании «Узхимпром», курирующей химическую промышленность Республики, только на
сопровождение партий аммиачной селитры от завода до поля в 2007 году составили 20,7 млн. долларов США. Перекладывать подобные расходы на потребителя невыгодно, так как это резко скажется на спросе. Более конструктивным решением задачи снижения взрывоопасности и увеличения стабильности аммиачной селитры является переход на выпуск удобрений на базе аммиачной селитры, сохраняющих агрохимическую эффективность, с существенно большей устойчивостью к внешним воздействиям и, соответственно, меньшей взрывоопасностью.
Одним из способов увеличения термической стабильности аммиачной селитры может введение в ее состав до 10 % Р2О5 (в виде различных соединений) с получением удобрения нитрата фосфата аммония (НФА) [2, 21]. В отличие от Российской Федерации в Республике Узбекистан единственным на настоящий момент источником Р2О5 может служить экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) из фосфоритного концентрата Ташкура мытого обожженного (ФКТМО) или аммофосная пульпа на ее основе. Исходя из этого одним из способов получения НФА является нейтрализация смеси азотной кислоты и ЭФК газообразным аммиаком с последующей упаркой и грануляцией плава. Однако до настоящего момента не изучены закономерности зависимости плотности и вязкости смесей азотной кислоты и ЭФК из ФКТМО от температуры, концентрации и соотношения компонентов.
При изучении плотности смеси кислот использовали смесь азотной кислоты и ЭФК, полученной концентрированием промышленной ЭФК [полученной на ОАО «Атто&з-Махат» (г. Алмалык, Ташкентская обл.) из ФКТМО] без отделения образующегося при упарке осадка. Использованная ЭФК имела следующий состав, масс. %: Р2О5 - 62,78; СаО - 1,14; MgO - 3,45; АЬОз - 3,13; Fe2Oз - 2,56; F - 2,18; SOз - 8,73. Концентрация азотной кислоты - 58,52 %. Реологические свойства изучалась на 9 образцах [ЭФК, 7 смесей
кислот (при соотношениях в готовом продукте НФА соотношения N:P2O5 = 1:0,1, 1:0,3, 1:0,6, 1:1,0, 1:1,5, 1:2,0, 1:3,0), азотная кислота].
Получение смеси кислот с большим содержанием воды осуществлялось путем разбавления исходных смесей водой. Такая методика проведения экспериментов была выбрана в связи с невозможностью упарить смесь ЭФК и азотной кислоты без разложения последней. Плотность растворов и пульп определяли с помощью пикнометра ПЖ-2 по [3, 1]. Кинематическую вязкость растворов и пульп измеряли стеклянными капиллярными вискозиметрами ВПЖ-1 и ВПЖ-2 [4, 1].
На основании полученных данных были построены зависимости изменения в системе HNOз-НзPO4 (ЭФК из ФКТМО)-Н2О плотности (рисунок 1) и вязкости (рисунок 2) с нанесением изолиний.
Н*°0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Рисунок 1 - Плотность в системе, образованной при смешении ЭФК из ФКТМО с азотной кислотой (соотношение №Р205 указано для НФА).
ШМОз
Н1У103
^М:Р205=1:0,1
^Ы:Р205=1:0,2 ^М:Р205=1:0,3
<М:Р205=1:0,4
Ы:Р205=1:0,1 к 1\1:Р205=1:0,2 уЫ:Р205=1:0,3
^Ы:Р205=1:0,4
Н3РО4 ю
НЗР04
Н20 о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Н20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
а
б
100
Н3РО4
Н20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
в
Рисунок 2 - Вязкость в системе, образованной при смешении ЭФК из МОКТ с азотной кислотой, при температуре, °С: а - 20, б - 40, в - 60. Соотношение №Р205 указано для готового НФА.
Данные по анализу снижения плотности и вязкости системы (ЭФК из ФКТМО) - HNO з — H2O при увеличении концентрации воды в системе на 10 масс. % приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1 — Снижение плотности системы ЭФК из ФКТМО — HNO3 — H2O при
увеличении концентрации воды в системе на 10 масс. %
Соотношение N:P2O5 в продукте Снижение плотности, г/см3 Снижение плотности, отн. %
Температура, °С Средне е Температура, °С Среднее
20 40 60 20 40 60
1 3,0 0,117 0,114 0,113 0,115 7,36 7,29 7,30 7,32
1 2,0 0,106 0,103 0,100 0,103 6,89 6,83 6,73 6,82
1 1,5 0,098 0,096 0,094 0,096 6,57 6,50 6,48 6,51
1 1,0 0,093 0,091 0,088 0,091 6,42 6,35 6,28 6,35
1 0,6 0,080 0,075 0,072 0,076 5,68 5,38 5,26 5,44
1 0,3 0,063 0,059 0,058 0,060 4,55 4,35 4,35 4,42
1 0,1 0,067 0,065 0,061 0,064 4,93 4,84 4,64 4,80
Таблица 2 — Снижение вязкости системы ЭФК из ФКТМО — HNO3 — H2O при
увеличении концентрации воды в системе на 10 масс. %
Соотношение N:P2O5 в продукте Снижение вязкости, мПас Снижение вязкости, отн. %
Температура, °С Средне е Температура, °С Среднее
20 40 60 20 40 60
1 3,0 21,431 9,320 5,381 12,044 82,29 80,41 65,99 76,23
1 2,0 5,648 2,838 1,758 3,415 50,99 44,79 39,65 45,15
1 1,5 2,776 1,600 1,086 1,821 42,06 36,34 34,92 37,77
1 1,0 1,361 0,809 0,581 0,917 30,76 28,18 27,18 28,71
1 0,6 0,899 0,506 0,338 0,581 26,34 21,93 19,48 22,58
1 0,3 0,529 0,371 0,292 0,397 19,82 19,89 20,11 19,94
1 0,1 0,313 0,184 0,110 0,203 14,49 12,14 9,21 11,95
С увеличением концентрации воды в системе и температуры плотность и вязкость естественно снижается. Детальный анализ данных показал, что с увеличением содержания воды в системе на 10 масс. % плотность и вязкость
снижаются, причем при больших температурах плотность и вязкость в среднем снижаются на меньшее значение, чем при более низких температурах. Следует отметить аномалию - при прочих равных условиях при соотношении N:P2O5 от 1:0,2 до 1:0,8 значения плотности и вязкости ниже, чем при соотношениях N:P2O5 = 1:0,1 и 1:1. Объясняется это, скорее всего, влиянием водных растворов азотной кислоты, у которых зависимость плотности от концентрации также носит экстремальный характер.
Таким образом, проведены исследования по изучению реологических свойств смесей азотной кислоты и ЭФК из термоконцентрата ЦК. Полученные данные могут быть использованы для контроля за процессом.
Литература
1. International Fertilizer Industry Association (IFA) - Production and International Trade. February, 2005.
2. Ибрагимов Г.И., Мирзакулов Х.Ч., Эркаев А.У., Бардин С.В. Разработка технологии производства нитрофосфатноаммонийного удобрения. // Химическая технология. Контроль и управление. 2005. № 5. с. 21-25.
3. ГОСТ 18995.1-73. Продукты химические жидкие. Методы определения плотности. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 4 с.
4. ГОСТ 10028-81. Вискозиметры капиллярные стеклянные. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2005. - 13 с.
