Сложные удобрения на основе азотнокислотной переработки необогащённой фосфоритной муки в присутствии нитрата аммония Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СЛОЖНЫЕ УДОБРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АЗОТНОКИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕОБОГАЩЁННОЙ ФОСФОРИТНОЙ МУКИ В ПРИСУТСТВИИ НИТРАТА АММОНИЯ

Назирова Рахнамохон Мухтаровна

д-р техн. наук (PhD), преподаватель кафедры "Технология хранения и первичной переработки сельскохозяйственной продукции ", Ферганский политехнический институт,

Узбекистан, г. Фергана E-mail: [email protected]

Таджиев Сайфидин Мухиддинович

д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторией "Комплексныхудобрений", Институт общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан,

Узбекистан, г. Ташкент

Мирсалимова Саодат Рахматжановна

канд. хим. наук, доцент кафедры химической технологии, Ферганский политехнический институт,

Узбекистан, г. Фергана

Кодирова Муаттар Равшанжон кизи

магистрант группы М-6-18 НМКТ Ферганского политехнического института,

Узбекистан, г. Фергана

COMPLEX FERTILIZERS BASED ON NITROGEN AND ACID PROCESSING OF UNFILLED PHOSPHORITE FLOUR IN THE PRESENCE OF AMMONIUM NITRATE

Rakhnamohon Nazirova

Doctor of Technical Sciences (PhD), lecturer of the department "Technology of storage and primary processing of agricultural products", Ferghana Polytechnic Institute,

Uzbekistan, Ferghana

Sayfidin Tajiev

Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Laboratory of Complex Fertilizers, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,

Uzbekistan, Tashkent

Saodat Mirsalimova

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology,

Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

Muattar Kodirova

undergraduate of the group M-6-18 NMKT Ferghana Polytechnic Institute,

Uzbekistan, Ferghana

АННОТАЦИЯ

Азотнокислотный способ переработки фосфатного сырья позволяет комплексно использовать компоненты сырья. Основным преимуществом азотнокислотной переработки является то, что не только химическая энергия азотной кислоты используется для разложения фосфоритов, но и анионы NO3" в виде питательного вещества остаются в сложном удобрении.

Суть интенсивной технологии заключается в использовании неполной стехиометрической нормы азотной кислоты для разложения Кызылкумских фосфоритов, содержащих 16-22 % Р2О5. При этом не происходит полное разложения фосфатного минерала сырья с образованием усвояемых форм фосфатов (моно- и дикальцийфос-фаты). После экстракции карбонатных минералов т.е. СО2-групп из структуры сырья полученный фосфатный комплекс становится более активным.

Библиографическое описание: Сложные удобрения на основе азотнокислотной переработки необогащённой фосфоритной муки в присутствии нитрата аммония // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Назирова Р.М. [и др.]. 2020. № 6(75). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/9 73 7

ABSTRACT

The nitric acid method of processing phosphate raw materials allows the complex use of raw material components. The main advantage of nitric acid processing is that not only the chemical energy of nitric acid is used to decompose phosphorites, but also NO3- anions in the form of a nutrient remain in complex fertilizer.

The essence of intensive technology is the use of an incomplete stoichiometric norm of nitric acid for the decomposition of Kyzylkum phosphorites containing 16-22 % Р2О5. However, complete decomposition of the phosphate mineral of the raw material does not occur with the formation of assimilable forms of phosphates (mono - and dicalcium phosphates). After extraction of carbonate minerals i.e. CO2 groups from the structure of the feedstock the resulting phosphate complex becomes more active.

Ключевые слова: азотная кислота, фосмука, сложные удобрения, нейтрализация, фосфорно-азотнокислот-ная пульпа, норма азотной кислоты, нитрат аммония, аммиачная селитра.

Keywords: nitric acid, phosphamic acid, complex fertilizers, neutralization, phosphoric-nitric acid pulp, nitric acid norm, ammonium nitrate, ammonium nitrate.

Введение: Высокая агрохимическая эффективность от применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве достигается при внесении их в оптимальном, научно-обоснованном соотношении №Р2О5:К2О=1:0,7:0,5. В республике отсутствует производство комплексных удобрений с различными соотношениями питательных веществ.

В последние годы производство сложных удобрений азотнокислотной переработкой фосфатов получило широкое распространение во многих странах мира. Этот способ позволяет наиболее полно и комплексно использовать компоненты фосфатного сырья с получением, наряду с удобрениями, ряда других ценных соединений.

Азотнокислотное разложение фосфоритов является прогрессивным и экономичным методом получения фосфорсодержащих комплексных удобрений. Главным преимуществом данного метода является то, что не только химическая энергия азотной кислоты используется для раскрытия фосфатного сырья, но и анионы N03 в виде питательного компонента остаются в готовом продукте.

Основные реакции разложение фосфоритной муки при полной норме азотной кислоты следующие:

2Са5(РО4^ + 14ИШз = 3Са(НРО4)2 + 7Са(ШзЬ + 2ОТ Са5(РО4^ + 4ШШ3 = 3СаНРО4+ 2Са(ШзЬ + ОТ

При неполной норме азотной кислоты полного разложения фосфорита не происходит. Реакцию взаимодействия компонентов можно описать

Са5(РО4^ + 6HNOз = Ca(H2PO4)2 + Ca-HPO4+3Ca(NOз)2 + ОТ

Активация фосфоритной муки азотной кислотой происходит за счет выщелачивания из узлов кристаллических решеток фторкарбонатапатита, изоморфно замещенных СО2-групп. Это придает фосфатам неустойчивость за счет ослабления межатомных связей.

При взаимодействии фосфоритной муки с азотной кислотой в первую очередь кислота реагирует с

карбонатами кальция и магния с образованием соответствующих нитратов:

СаСО3 +2 HNOз = Са(ШзЬ + Ш2 + Н2О Мg СО3 +2 HNOз = Мg(N0з)2 + Ш2 + ЗН2О

Выделяющаяся двуокись углерода совместно с органическим веществом фосфорита образует устойчивые пены, отрицательно влияющая на технологические показатели процесса. Поэтому разработка рационального способа пеногащения при азотнокислотной переработке высококарбонатных фосфоритов является актуальной.

На ОАО «Самаркандкимё» для устранения пено-образования разложение фосмуки проводит в густой среде (плотность пульпы 1,5-1,7 г/см3). При этом выделяющие пузырьки газа лопаются на границе раздела фаз. Таким образом, практически исключается процесс пенообразования.

Полученная нитрофосная пульпа содержит незначительного количества азотной кислоты. Для нейтрализации ее можно использовать высококарбонатную фосфоритную муку.

2НШз + СаСО3 = Са(ШзЬ + СО2 + Н2О

Процесс нейтрализации кислой пульпы с фосму-кой протекает при интенсивном ее перемешивании.

Полученный нитрофос состоит в основном ди-кальцийфосфата СаНРО4, монокальцийфосфата Са(Н2РО4)2 и смеси солей нитрата кальция с различной гидратностью Са(N0з)2•4H20, Са(N0з)2•3H20, Са(N0з)2•2H20, а также активированного фосфорита. Нитрофос содержит, в зависимости от нормы азотной кислоты, до 16 % Р2О5, до 6 % N до 12 % СаО. Используемая азотная кислота полностью остается в составе удобрения в виде азотного компонента.

Ранее с целью получения сложных № удобрений изучен процесс разложения необогащенной фосфоритной муки при неполной норме азотной кислоты в присутствии нитрата аммония.

Объекты и методы исследования: Для физико-химического обоснования технологии получения новых видов сложных удобрений на основе азотнокис-лотной переработки необогащённой фосфоритной

муки в присутствии нитрата аммония использовали фосфоритную муку Ташкура, содержащей Р2О5 17,72 %, СаО 45,90 %, СО2 16,03 %, азотную кислоту ОАО «Максам--Чирчик» с концентрацией 59 % HNOз и аммиачную селитру (К 34,4 %) ОАО «Фаргонаазот». Норму азотной кислоты рассчитывали на содержание фосфатных и карбонатных минералов фосфорита по стехиометрии.

Результаты и их обсуждение: Установлено, что процесс разложения фосфоритной муки азотной кислотой легко осуществим. С увеличением нормы кислоты повышается степень разложения фосфатного минерала. При обработке необогащенной фосфоритной муки азотной кислотой от стехиометрической нормы 20 % получается продукт с влажностью 7,54 %. Дальнейшее повышение нормы азотной кислоты приводит к образованию вначале мажущейся массы, далее трудно транспортабельной густой пульпы. В продукте азот находится в виде нитрата аммония и сильно гигроскопичного нитрата кальция.

Далее для улучшения качества получаемых сложных удобрений обработку фосфатной муки проводили азотной кислотой в присутствии нитрата аммония, т.е. процесс разложения фоссырья осуществляли азотнокислым раствором нитрата аммония. Для получения данного раствора в 100 г 56 % -ный раствор азотной кислоты растворяли 90 г гранулированной аммиачной селитры. Полученный раствор содержал 28,47 % азотной кислоты, 43,37 % аммиачной селитры и 24,16 % воды. Результаты опытов показали, что с повышением нормы азотной кислоты увеличивается степень разложения фосфорита. Разложение необогащенной фосфоритной муки при 33 % -ной норме азотной кислоты позволяет получить сложное удобрение с соотношением N:P2O5 = 1:1. При дальнейшем повышении нормы азотной кислоты, хотя содержание азота в удобрении возрастает,

июнь, 2020 г.

ухудшаются товарные свойства за счет присутствии гигроскопичного нитрата кальция.

С целью получения азотно-фосфорного удобрения с улучшенными товарными свойствами изучен процесс разложения (активации) необогащенной фосмуки с начала азотной кислотой, а затем с нитратом аммония. Исследовано влияние нормы (10-60 % от стехиометрии на образование монокальцийфос-фата и нитрата кальция) азотной кислоты на степень разложения фосфоритной муки.

Для исследования использовали фосфоритную муку Ташкура, содержащей Р2О5 17,72 %, СаО 45,90 %, СО2 16,03 %, азотную кислоту ОАО «Максам-Чирчик» с концентрацией 59 % HNO3 и аммиачную селитру (К 34,4 %) ОАО «Фаргонаазот». Опыты проводили по разработанному интенсивному способу. Фосфоритную муку при интенсивном перемешивании обрабатывали расчетным количеством азотной кислоты в течение 5-10 минут. Полученную активированную фосфоритную муку гранулировали в присутствии расчетного количества нитрата аммония на лабораторном тарельчатом грануляторе. Далее гранулированные образцы сложных удобрений сушили при температуре 100-105 оС, классифицировали и анализировали на содержание основных питательных веществ.

В таблицах 1-4 приведены результаты химического анализа полученных сложных азотно-фосфор-ных удобрений в зависимости от нормы азотной кислоты. Процесс взаимодействия фосфоритной муки с азотной кислотой протекает интенсивно, практически без пенообразования так как образующиеся пузырьки разрушаются в разделе фаз. Температура реакционной среды в зависимости от нормы составляет 30-40 оС. Установлено, что с повышением нормы азотной кислоты увеличивается степень разложения фосфоритной муки.

Таблица 1.

Химический состав сложных удобрений, полученных на основе АКПФ и нитрата аммония при норме

азотной кислоты - 10 %

Соотношен. P2O5, % ^ CaOобщ., % CaOвод., % Ca(NOз)2, % H2O, % Состояние

P2O5 N % №У*

1,0 0,1 16,11 1,61 41,72 2,70 7,90 4,22 Сухое

1,0 0,2 15,41 3,08 39,91 2,58 7,55 3,91 - «» -

1,0 0,3 14,76 4,43 83,25 2,47 7,24 3,50 - «» -

1,0 0,4 14,29 5,72 37,01 2,39 7,00 2,98 - «» -

1,0 0,5 13,71 6,86 35,26 2,30 6,72 1,93 - «» -

1,0 0,6 13,22 7,93 34,25 2,21 4,48 2,24 - «» -

1,0 0,7 12,96 9,07 33,57 2,17 6,35 1,20 - «» -

1,0 0,8 12,57 10,06 32,57 2,10 6,17 1,17 - «» -

1,0 0,9 12,05 10,85 31,22 2,02 5,91 1,63 - «» -

1,0 1,0 11,73 11,73 30,40 1,34 3,91 1,65 - «» -

*Примечание: ^У - азотно-фосфорное удобрение

При активации фосмуки азотной кислотой (норма 10-20 % от стехиометрии) получается практически сухое сложное азотно-фосфорное удобрение. С увеличением количества вводимого при грануляции и сушки нитрата аммония улучшается качество удобрения. Количество нитрата кальция мало влияет на

физико-механические свойства удобрения. Полученная масса хорошо гранулируется. Товарные свойства сложного удобрения удовлетворяют требованиям сельского хозяйства. Установлено, что путем введения в продукты разложения фосмуки азотной кислоты при ее норме 10-20 % нитрата аммония можно

получать удобрение нужного соотношения питатель- нитрата аммония содержание воднорастворимого ных компонентов - азота и фосфора. В зависимости СаО (в виде нитрата кальция) составляет 2-5 %. от нормы азотной кислоты и количества вводимого

Таблица 2.

Химический состав сложных удобрений, полученных на основе АКПФ и нитрата аммония при норме

азотной кислоты - 20 %

Соотношен. P2OS, % N, СаОобщ., % СаОвод., % Ca(NO3)2, % H2O, % Состояние

P2O5 N % NPy

До сушки

1,0 0,2 15,37 3,07 39,84 5,15 15,10 7,74 Влажное

1,0 0,3 14,74 4,42 38,18 4,94 14,47 6,84 - «» -

1,0 0,5 13,50 6,73 34,28 4,53 13,23 6,85 - «» -

1,0 0,7 12,74 8,91 33,04 4,27 12,51 6,47 - «» -

1,0 0,9 11,93 10,74 30,91 4,00 11,72 6,06 - «» -

1,0 1,0 11,45 11,45 29,65 3,83 12,94 5,81 - «» -

После сушки

1,0 0,2 16,37 3,27 42,42 5,49 16,08 1,77 Сухое

1,0 0,3 15,65 4,70 10,54 5,25 15,37 1,94 - «» -

1,0 0,5 14,38 7,19 34,25 4,82 14,12 1,86 - «» -

1,0 0,7 13,35 9,34 34,59 4,47 13,11 1,73 - «» -

1,0 0,9 12,41 11,17 32,16 4,16 12,19 1,54 - «» -

1,0 1,0 11,99 11,99 31,05 4,02 11,77 1,35 - «» -

При дальнейшем повышении нормы азотной кислоты (20-30 % от стехиометрии) на разложение фосфоритной муки увеличивается коэффициент разложения сырья, содержание воднорастворимого СаО. А

введение в систему нитрата аммония значительно ухудшает физико-механические и товарные свойства сложного азотно-фосфорного удобрения.

Таблица 3.

Химический состав сложных удобрений, полученных на основе АКПФ и нитрата аммония при норме

азотной кислоты - 30 %

Соотношен. P2O5, N, CaOобщ., CaOвод., Ca(NO3)2, % H2O, Состояние

P2O5 N % % % % % NPy

До сушки

1,0 0,3 12,91 3,87 33,45 6,49 19,03 6,84 Влажное

1,0 0,5 12,63 6,31 32,71 6,35 18,61 6,42 - «» -

1,0 0,7 11,76 8,23 30,46 5,91 17,32 6,25 - «» -

1,0 0,9 11,05 9,95 28,63 5,56 16,29 5,98 - «» -

1,0 1,0 10,74 10,74 27,82 5,40 15,82 6,39 - «» -

После сушки

1,0 0,3 14,15 4,25 36,66 7,11 20,85 1,20 Сухое

1,0 0,5 13,22 6,61 34,25 6,65 19,48 1,64 - «» -

1,0 0,7 12,33 8,62 31,94 6,20 18,17 1,67 - «» -

1,0 0,9 11,56 10,40 29,90 5,81 17,03 1,50 - «» -

1,0 1,0 11,28 11,28 29,23 5,67 16,63 1,46 - «» -

Таблица 4.

Химический состав сложных удобрений, полученных на основе АКПФ и нитрата аммония при норме

азотной кислоты - 40 %

Соотношен. P2O5, % N, % CaOобщ., % CaOвод., % Ca(NO3)2, % H2O, % Состояние NPy

P2O5 N

До сушки

1,0 0,4 12,60 5,04 32,64 8,45 24,75 12,80 Текучее

1,0 0,5 12,22 6,11 31,65 8,19 24,00 11,72 - «» -

1,0 0,7 11,94 8,86 30,93 8,00 23,45 11,45 - «» -

1,0 0,9 11,02 9,92 28,54 7,38 21,64 9,14 - «» -

1,0 1,0 10,61 10,61 27,48 7,11 20,83 9,58 - «» -

№ 6 (75)

июнь, 2020 г.

После сушки

1,0 0,4 14,12 5,65 36,57 9,46 27,73 2,07 Сухое

1,0 0,5 13,62 6,81 35,28 9,13 26,75 1,92 - «» -

1,0 0,7 12,78 8,91 32,79 8,53 25,00 1,94 - «» -

1,0 0,9 11,91 10,72 30,85 7,98 23,39 1,81 - «» -

1,0 1,0 11,59 11,59 30,02 7,77 22,76 1,89 - «» -

Заключение: После разложения фосмуки и смешения нитрата аммония получается влажная масса, содержащая 6-12 % Н2О. Товарные свойства продуктов после сушки и грануляции удовлетворительные. За счет повышения количества нитрата кальция и

нитрата аммония в сложном удобрении увеличивается влагоемкость. Поэтому сложного удобрения после грануляции и сушки необходимо упаковать в полиэтиленовые мешки.

Список литературы:

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. Реймов А.М., Эркаев А.У., Намозов Ш.С., Мирзакулов Х.Ч. О процессе разложения фосфоритов Централь -ных Кызылкумов неполной нормой азотной кислоты. // Узб. хим. журнал. - 2001. № 3. - С. 64- 66.

3. 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

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., 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.

6. Назирова Р.М, Таджиев С.М., Мирсалимова С.Р., Хошимов А.А.// Сложные удобрения на основе азотно-сернокислотной переработки необогащенной фосмуки, нитрата аммония и карбамида."Проблемы современной науки и образования" научно-методический журнал. Издательство «Проблемы науки». Москва, 2020. № 5 (150). стр 20-25.

7. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Хошимов А.А., Мирсалимова С.Р.// Изучение физико-химических свойств добавок при производстве новых видов сложных стабилизированных удобрений// Universum: технические науки: научный журнал. - № 5(74). Часть 2. М., Изд. «МЦНО», 2020. - стр 69-73. - Электрон. версия печ. публ.-http://7universum.com/ru/tech/archive/category/574.

8. Назирова Р.М., Таджиев С.М., Закиров Б.С.,Тухтаев С.// Получение NPK-удобрения из мытого сушеного фосфоритового концентрата// Universum: технические науки: научный журнал. - № 10 (31). М., Изд. «МЦНО», 2016. - стр 30-34. - Электрон. версия печ. публ.-http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3774.