CC BY
25
СЛОЖНЫЕ УДОБРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АЗОТНО-СЕРНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕОБОГАЩЕННОЙ ФОСМУКИ, НИТРАТА АММОНИЯ И КАРБАМИДА Назирова Р.М.1, Таджиев С.М.2, Мирсалимова С.Р.3, Хошимов А.А.4 Email: [email protected]
1Назирова Рахнамохон Мухтаровна - доктор технических наук (PhD), кафедра технологии первичной переработки сельскохозяйственной продукции, Ферганский политехнический институт; 2Таджиев Сайфидин Мухиддинович - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, лаборатория комплексных удобрений, Институт общей и неорганической химии Академия наук Республики Узбекистан; 3Мирсалимова Саодат Рахматжановна - кандидат химических наук, доцент, кафедра химической технологии, Ферганский политехнический институт; 4Хошимов Ахроржон Ахадович - докторант, лаборатория комплексных удобрений, Институт общей и неорганической химии Академия наук Республики Узбекистан, г. Фергана, Республика Узбекистан
Аннотация: изучен процесс разложения необогащённой фосфоритовой муки (Р2О5 -17,72%, СаО - 44,14%, СО2 - 16,03%) при неполной норме смесью серной (93% H2SO4) и азотной кислот (59% HNO3). Процесс протекает при интенсивном пенообразовании. Для предотвращения пенообразования предложено двухстадийное разложение карбонатного сырья. Установлено, что процесс разложения фосфоритовой муки смесью кислот завершается в течение 3-7 минут. На основе полученных данных установлены оптимальные условия введения процесса получения сложных удобрений. Основными компонентами полученных сложных удобрений являются - азот в виде нитрата кальция и карбамида (комплексная соль), фосфор в зависимости от нормы азотной кислоты - моно- и дикальций фосфатов и калий в виде хлорида калия.
Ключевые слова: урожайность, сложные удобрения, процесс разложения, норма кислоты.
DIFFICULT FERTILIZERS BASED ON NITROGEN-SULFURIC ACID PROCESSING OF UNRICHED PHOSMUCH, AMMONIUM NITRATE AND CARBAMIDE Nazirova КМ.1, Tajiev S^.2, Mirsalimova S.R.3, Hoshimov AA.4
1Nazirova Rahnamohon Muhtarovna - Doctor of Technical Sciences (PhD), DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF PRIMARY PROCESSING OF AGRICULTURAL
PRODUCTS, FERGHANA POLYTECHNIC INSTITUTE;
2Tajiev Sayfidin Muhiddinovich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Laboratory, COMPLEX FERTILIZER LABORATORY, INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN;
3Mirsalimova Saodat Rahmatjanovna - Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF CHEMICAL TECHNOLOGY, FERGHANA POLYTECHNIC INSTITUTE;
4Hoshimov Ahrorjon Ahadovich - Doctoral Candidate, LABORATORY OF COMPLEX FERTILIZERS,
INSTITUTE OF GENERAL AND INORGANIC CHEMISTRY ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF UZBEKISTAN, FERGHANA, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the decomposition process of unenriched phosphorite flour (Р2О5 - 17.72%, CaO - 44.14%, СО2 - 16.03%) was studied with an incomplete norm with a mixture of sulfuric acid (93% H2SO4) and nitric acid (59% HNO3). The process proceeds with intense foaming. To prevent foaming, a two-stage decomposition of carbonate feed is proposed. It was found that the process of decomposition of phosphate rock with a mixture of acids is completed within 3-7 minutes. Based on the data obtained, the optimal conditions for the introduction of the process of obtaining complex fertilizers are established. The main components of a complex fertilizer are nitrogen in the form of calcium nitrate and urea (a complex salt), phosphorus, depending on the norm of nitric acid, mono- and dicalcium phosphates and potassium in the form ofpotassium chloride. Keywords: productivity, compound fertilizers, decomposition process, acid rate.
УДК:631.89
Одним из наиболее эффективных средств, повышающих урожайность сельскохозяйственных культур, является применение минеральных удобрений. Решение этой задачи должно быть осуществлено за счет повышения эффективности удобрений путем изыскания лучших приемов их применения и улучшения физико-химических и товарных свойств, более полного использования, внутренних возможностей химических реагентов с разработкой новых способов производства, усовершенствования и интенсификации существующих производств. Для снижения нормы потребления удобрений сельским хозяйством актуальной является проблема создания и применения новых сложных удобрений на основе Кызылкумских фосфоритов. Серно-азотнокислотный способ разложения фосфатов позволяет получить удобрение, содержащее в своем составе N, P, S, Ca. Применение таких удобрений в сельском хозяйстве способствует обогащению почвы кальцием, серой, улучшению ее структуры, повышению плодородия, особенно на засоленных почвах.
Для научного обоснования технологии получения сложных удобрений изучен процесс разложения необогащенной фосфоритной муки (P2O5-17,72%, CaO-44,14%, CO2-16,03%,) при неполной норме (30-90% на образование моно кальций фосфата) смесью серной (93% H2SO4) и азотной кислот (59% HNO3). Для определения степени разложения фосмуки расчетное количество фосфорита при интенсивном перемешивании в течение 20 мин обрабатывали смесью кислот.
Взаимодействие фосфорита с растворами серной и азотной кислот протекает с интенсивным пенообразованием. Степень разложения фосфатного сырья существенно зависит от соотношения серной и азотной кислот. Устойчивая, трудно разрушаемая пена препятствует равномерному перемешиванию фосфорита с кислотными реагентами в объеме пульпы. На основе результатов опыта установлено, что с повышением нормы серной кислоты наблюдается улучшение товарных свойств получаемого продукта, а повышение нормы азотной кислоты приводит к получению мажущейся массы.
Таблица 1. Химический состав продуктов серно-азотнокислотного разложения необогащенной фосфоритной муки
Норма кислот Содержание, %
HNOз P2O5 N CaO Ca(NOз)2 CaSO4 H2O
До сушки
20 10 13,71 1,41 35,52 8,32 13,79 4,44
40 10 12,95 1,33 33,56 7,86 26,07 4,19
60 10 12,05 1,24 31,22 7,31 36,37 3,90
20 20 12,65 2,52 32,78 15,35 12,72 8,20
40 20 11,81 2,44 30,60 14,33 23,76 7,65
60 20 11,00 2,27 28,50 13,35 33,21 7,13
20 30 11,58 3,59 30,02 21,07 11,64 11,26
40 30 10,61 3,25 27,48 19,30 21,34 10,31
60 30 9,84 3,05 25,51 17,91 29,70 9,57
После сушки
20 10 14,34 1,48 37,16 8,70 14,42 2,38
40 10 13,52 1,39 35,03 8,20 27,21 2,09
60 10 12,47 1,28 32,32 7,57 37,65 1,28
20 20 13,17 2,72 34,12 15,98 13,24 2,22
40 20 12,39 2,56 32,09 15,00 24,91 1,73
60 20 11,39 2,36 29,51 13,82 34,30 1,80
20 30 12,23 3,79 31,69 22,26 12,30 1,72
40 30 11,31 3,51 29,31 20,58 22,76 1,78
60 30 10,64 3,30 27,58 19,37 32,13 1,82
Для предотвращения пеногашения в процессе разложения предложено двух стадийное разложение высококарбонатного фоссырья. Сущность процесса разложения сырья заключается в том, что сначала фосмуку обрабатывают концентрированной серной кислотой, а затем ее доразлагают азотной кислотой.
Процесс разложения фосфоритной муки серной кислотой протекает бурно и завершается в течение 3-5 мин. За счет выделения большого количества тепла температура реакционной массы поднимается до 60-800С. Оптимальной нормой серной кислоты является 40-60% от стехиометрии, при которой получается технологически более сухой продукт, состоящий в основном из моно и дикальций фосфатов, безводного полугидрата сульфата кальция и активированного фосфорита. Процесс доразложения фосмуки азотной кислотой происходит в течение 5-7 мин. При этом практически не наблюдается пенообразования, т.к. процесс протекает в «твердофазном режиме». Полученное удобрение гранулирует при влажности массы 13-15% Н2О и сушат затем классифицируют.
Результаты исследования по определению физико-механических свойств показали, что сложные удобрения имеют удовлетворительные товарные свойства. Химический анализ полученных образцов удобрений показал что, питательные вещества находятся в виде моно- и дикальций фосфатов, сульфатов и нитратов кальция и активированного фосфорита.
Таким образом, при получении фосфорсодержащего удобрения типа суперфосфата дефицитную серную кислоту можно заменить азотной кислотой. Варьируя соотношение кислот и хлорида калия, можно получить удобрение с заданным соотношением питательных компонентов - азота, фосфора и калия.
С целью получения сложного азотно-фосфорного удобрения нами проведены исследования по разложению необогащенной фосфоритной муки и бедных фосфоритов при неполной норме азотной (10-30% от стехиометрии) и серной (20-70% от стехиометрии) кислотами в присутствии нитрата аммония или карбамида.
Технологические исследования проводили в следующим образом. При интенсивном перемешивании необогащенную фосмуку сначала обрабатывали концентрированной серной кислотой, а затем полученную сухую массу доразлагали азотной кислотой. Для получения сложных удобрений с улучшенными качествами в систему вводили расчетное количество нитрата аммония или карбамида.
Исследование показало, что при введении нитрата аммония и карбамида в процесс разложения фосмуки приводит к частичной потере азотных составляющих. Поэтому их необходимо вводить перед грануляцией и сушкой готового сложного удобрения.
Результаты химического анализа продуктов обработки фосмуки кислотами и нитратом аммония или карбамидом приведены в таблице 2.
Таблица 2. Химический состав продуктов азотно-сернокислотного разложения необогащенной фосмуки в присутствии нитрата аммония, М:Р205=1:0,5
Норма кислоты,% Содержание, %
H2SO4 HNOз P2O5 N CaO Ca(NOз)2 CaSO4 H2O
До сушки
20 10 8,12 16,25 21,05 4,93 8,17 2,63
40 10 7,71 15,43 19,98 4,68 15,52 2,49
60 10 7,36 14,73 19,08 4,47 22,23 2,38
70 10 7,22 14,44 18,70 4,38 25,42 2,33
20 20 7,81 15,62 20,24 9,48 7,85 5,06
40 20 7,46 14,92 19,33 9,05 15,01 4,83
60 20 7,13 14,27 18,49 8,66 21,54 4,62
70 20 7,00 14,00 18,13 8,49 24,64 4,53
20 30 7,57 15,14 19,61 13,77 7,61 7,36
40 30 6,94 13,89 18,00 12,64 13,98 6,75
60 30 6,58 13,17 17,06 11,98 19,87 6,40
70 30 6,42 12,84 16,63 11,68 22,60 6,24
После сушки
20 10 8,20 16,40 21,24 4,97 8,24 1,73
40 10 7,78 16,56 20,16 4,72 15,66 1,64
60 10 7,42 14,85 19,23 4,50 22,40 1,56
70 10 7,28 14,56 18,86 4,41 25,63 1,53
20 20 8,09 16,19 20,98 9,82 8,14 1,56
40 20 7,72 15,44 20,00 9,37 15,54 1,51
60 20 7,37 14,75 19,10 8,95 22,26 1,44
70 20 7,22 14,45 18,72 8,77 25,45 1,41
20 30 8,43 16,87 21,85 15,35 8,48 1,54
40 30 7,35 14,70 19,04 13,37 14,79 1,34
60 30 6,97 13,95 18,07 12,69 21,05 1,27
70 30 6,78 13,57 17,58 12,35 23,90 1,23
40 10 11,68 5,84 30,25 7,08 23,50 2,46
60 10 10,90 5,45 28,24 6,61 32,90 2,30
70 10 10,58 5,29 27,41 6,42 37,26 2,23
20 20 12,40 6,20 32,13 15,05 12,47 2,43
40 20 11,54 5,77 29,91 14,01 23,23 2,26
60 20 10,78 5,39 27,94 13,08 32,55 2,11
70 20 10,47 5,23 27,13 12,70 36,88 2,05
20 30 12,33 6,16 31,96 22,45 12,40 2,24
40 30 11,49 5,74 29,76 20,90 23,11 2,09
60 30 10,73 5,36 27,81 19,53 32,40 1,95
70 30 10,42 5,21 27,00 18,96 36,70 1,90
Таблица 3. Химический состав продуктов азотно-сернокислотного разложения необогащенной фосмуки в присутствии карбамида, М:Р205=1:0,5
Норма кислоты,% Содержание, %
H2SO4 HNOз P2O5 N CaO Ca(NOз)2 CaSO4 H2O
До сушки
20 10 9,03 18,07 23,41 5,48 9,08 2,92
40 10 8,57 17,14 22,20 5,20 17,24 2,77
60 10 8,14 16,29 21,10 4,94 24,58 2,63
70 10 7,96 15,93 20,63 4,83 28,05 2,58
20 20 8,64 17,28 22,38 10,48 8,69 5,59
40 20 8,21 16,43 21,28 9,96 16,52 5,32
60 20 7,82 15,64 20,26 9,49 23,60 5,06
70 20 7,65 15,31 19,83 9,29 26,96 4,96
20 30 8,51 16,63 21,54 15,13 8,36 8,08
40 30 7,92 15,84 20,51 14,41 15,93 7,70
60 30 7,55 15,11 19,57 13,74 22,80 7,34
70 30 7,40 14,80 19,17 13,46 26,05 7,19
После сушки
20 10 9,13 18,26 23,65 5,53 9,18 1,92
40 10 8,65 17,31 22,42 5,25 17,41 1,82
60 10 8,22 16,44 21,30 4,98 24,81 1,73
70 10 8,03 16,07 20,82 4,87 28,30 1,69
20 20 8,99 17,98 23,29 10,91 9,04 1,76
40 20 8,53 17,06 22,10 10,35 17,16 1,67
60 20 8,11 16,22 21,00 9,84 24,47 1,59
70 20 7,93 15,86 20,54 9,62 27,92 1,55
20 30 8,90 17,80 23,05 16,19 8,95 1,62
40 30 8,45 16,90 21,88 15,37 17,00 1,54
60 30 8,03 16,07 20,81 14,62 24,24 1,46
70 30 7,86 15,72 20,36 14,30 27,67 1,43
На основе полученных данных установлены оптимальные условия введения процесса получения сложного удобрения:
- при получении сложного удобрения на основе АСКП необогащенной фосмуки и нитрата аммония - норма серной кислоты-40-50% от стехиометрии на образование монокальций фосфата и сульфата кальция, норма азотной кислоты-10-20% от стехиометрии на образование монокальций фосфата и нитрата кальция;
- при получении сложного удобрения на основе АСКП необогащенной фосмуки -норма серной кислоты-40-50%, норма азотной кислоты-20-30%.
На основе результатов исследований установлены оптимальные технологические показатели процесса получения сложного удобрения. Рассчитан материальный баланс и расходные коэффициенты получения новых видов удобрений.
Основными компонентами сложного удобрения являются - азот в виде нитрата кальция и карбамида (комплексная соль), фосфор в зависимости от нормы азотной кислоты - моно- и дикальций фосфатов и калий в виде хлорида калия.
Предложена гибкая технология, позволяющая выпускать комплексные двойные и тройные удобрения с различным соотношением питательных компонентов с улучшенными товарными свойствами.
Список литературы /References
1. 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.
2. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Закиров Б.С., Тухтаев С.С. // Получение NPK-удобрения из мытого сушеного фосфоритового концентрата // UNIVERSUM: Технические науки: электрон. науч. журн., 2016. № 10 (31). [Электронный ресурс]. Режим доступа: htt://7universum.com/ru/tech/archive/item/3583/ (дата обращения: 08.05.2020).
3. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Худаярова Д. // Интенсивная технология получения NPK-удобрений на основе мытого сушёного концентрата Центральных Кызылкумов // Научно-методический журнал "Проблемы современной науки и образования", 2019. № 2 (135). С. 6-11.
4. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Хамдамова З. // Интенсификация процесса получения комплексных удобрений на основе местного сырья // Научно-методический журнал". Наука, техника и образование", 2019. № 9 (62). С. 8-12.
5. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Каримов Д.Д. // Комплексные удобрения на основе местного сырья // Научно-методический журнал "Проблемы науки", 2019. № 11 (47). С. 25-28.
6. Назирова Р., Таджиев С., Мирсалимова С., Хамдамова Ш. // Интенсификация процесса получения сложных удобрений из местного сырья // Монография. Издательство "Omega science", 2019. 126 с.
