Влияние карбоновых кислот на степень разложения фосфатного сырья Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 631.893

А.О. Кирьянов, Л.В. Засовицкий

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) Санкт-Петербург, Россия 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26

Kir9nov_ao@mail.ru

ВЛИЯНИЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ НА СТЕПЕНЬ РАЗЛОЖЕНИЯ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ

Аннотация

Для устранения негативного воздействия избытка кальция фосфорсодержащего сырья на доступность получаемых форм фосфора в удобрениях рассмотрена технология органоминеральных удобрений с использованием различных модификаторов процесса. Показано влияние различных карбоновых кислот на процесс кислотного разложения фосфорита. Исследовано течение процесса при различных нормах фосфорной и янтарной кислот.

Ключевые слова: органоминеральные удобрения, фосфатное сырье, кислотная переработка, янтарная кислота, карбоновые кислоты.

Введение

Использование органоминеральных

удобрений, полученных с добавлением к фосфатной части торфа и лигногумата, позволяет улучшить качество удобрительных продуктов. Присутствие веществ гумусовой природы способствует смещению соотношения СаО/Р2О5, за счет связывания избыточного кальция в органические соли и соединения [1], и сдвигу системы в сторону образования фосфорных солей доступных, для растений.

Природные гуминовые вещества

представляют смесь сложных органических соединений, характеризующихся набором функциональных групп, среди которых доминируют: карбооксильные, гидрооксильные, метоксильные и алкильные группы[2]. Известно, что наибольшую активность в связывании избыточного кальция при разложении фосфатов гуминовые вещества могут проявлять благодаря подвижному атому водорода в карбооксильных и гидрооксильных группах.

Целью данного исследования является изучение влияния янтарной, малоновой, щавеливой и муравьиной кислот на процесс кислотного разложения фосфорита. Экспериментальная часть

В качестве фосфатного сырья использовался фосфорит Вятско-Камского месторождения: Р2О5общ. - 22,46%; СаО - 38,11%; MgO - 2,63%; Fe2Oз -2,35%; Al2Oз - 0,75%; ТО2 - 3,43%. В роли

органических добавок-модификаторов

использовались кислоты (ХЧ): муравьиная, янтарная, малоновая и щавелевая.

Янтарную кислоту добавляли к фосфориту в количестве, эквивалентном активной гуминовой составляющей лигногумата и торфа[3], при увеличении в отдельных опытах до 4 - кратного. Обработку смеси проводили при 70 0С, используя 70, 90 и 110 %-ю норму фосфорной кислоты от стандартной стехиометрической нормы. По истечении 30 минут полученную суспензию охлаждали и анализировали согласно ГОСТ 20851.275 на общее содержание фосфора, содержание цитрато- и водорастворимых форм. Для интегральной оценки эффективности технологии были рассчитаны коэффициенты разложения сырья. Оценка влияния других карбоновых кислот велась при использовании только уменьшенной 70-% нормы фосфорной кислоты. Результаты и обсуждение

Для оценки степени перехода форм фосфора из сырья в доступные для растений фосфатные соединения использовались коэффициенты разложения

К 1разл=Р2О5Усв/Р2О5°бщ*Ш% (1)

К 2разл=Р2О5Водн/Р2О5Общ* 100% (2)

Где Р2О5Общ , Р2О5Усв , Р2О5водн - массовая доля общей, усвояемой (растворимой в 2 %-ом растворе лимонной кислоты) и водорастворимой форм фосфора в готовом продукте.

100

SP

11 - 90

s s J I

ш

80 70 60

100 150 200 250 300 350 Норма янтарной кислоты, %

400

к1(час) к2 (час) ' К1(72ч) К2(72ч)

Рис.1 Коэффициент разложения сырья в зависимости от нормы янтарной кислоты, при 70% норме фосфорной кислоты.

Полученные данные (график 1) показывают, что оптимальным является ведение процесса при добавлении 200% нормы янтарной кислоты от расчетной. Поскольку гумусосодержащие материалы являются сложной смесью органических соединений, то степень воздействия на процесс эквивалентного количества лишь одного из

составляющих может быть менее эффективна. В связи с этим для достижения оптимального протекания процесса необходимо использовать повышенную норму янтарной кислоты, а именно 200%. При этом, в отличие от торфа [3], такое увеличение не приведет к существенному разувоживанию продукта по Р2О5 .

100

к 5?

X

ш ОС

5 S

J I

5 ш

£ *

m q

О а

^ то а

90

80

70

60

V

' К1(час) к2(час) К1(72ч) к2(72ч)

100 150 200 250 300 350 Норма янтарной кислоты, %

400

Рис.2 Коэффициент разложения сырья в зависимости от нормы янтарной кислоты, при 90% норме фосфорной кислоты.

При 90% норме введенной фосфорной кислоты (график 2) оптимальным является расчетное количество янтарной кислоты (100% нормы). Повышение количества модификатора в процесс нецелесообразно.

Увеличение нормы фосфорной кислоты практически до стандартных значений нивелирует влияние добавляемого органического компонента, проявляющегося на более низких нормах.

Рис.3 Коэффициент разложения сырья в зависимости от нормы янтарной кислоты, при 110% норме фосфорной

кислоты.

Явным минимум доли водорастворимых соединений кальция можно объяснить тем, что диссоциация янтарной кислоты в присутствии избытка фосфорной кислоты подавляется, что в соответствии с предполагаемым механизмом должно

приводить к уменьшению эффекта иммобилизации кальция и соответствующему снижению доли водорастворимых фосфорных соединений в составе продукта.

Таблица 1. Коэффициенты разложения в зависимости от используемой карбоновой кислоты и времени выдержки

Время К1 (Малонова К2(малонова К1(Щавелева К2(Щавелева К1(Муравьина К2(Муравьина Ki (Янтарна К2(Янтарна

, часы я кислота) я кислота) я кислота) я кислота) я кислота) я кислота) я кислота) я кислота)

1 89,2 82,2 91,4 74,2 84,0 77,1 90,6 80,9

72 88,1 77,1 88,9 79,6 84,6 73,4 84,8 75,3

Полученные данные наглядно показывают, что по убыванию силы воздействия на процесс кислоты можно расположить в ряду: щавелевая, малоновая, янтарная и муравьиная. Интересно отметить, корреляцию степени воздействия кислоты с ее константой диссоциации: щавелевая Ка1=1,25 , Ка2=4,14; малоновая Ка1=1,4010-3 , Ка2=2,07-10-6; янтарная Ка1 = 7,4*10-5, Ка2 = 4,5*10-6; муравьиная Ка1=1,772 10-4. При этом для последней кислоты может иметь значение и ее основность, поскольку

речь идет об иммобилизации двухвалентных катионов кальция.

Выводы

Исследованные карбоновые кислоты оказывают сопоставимое по эффекту воздействие на процесс кислотного разложения фосфорита, которое нивелируется при использовании стандартных норм фосфорной кислоты, вводимой в процесс.

Кирьянов Анатолий Олегович аспирант кафедры ОХТиК, СПбГТИ(ТУ), Россия, Санкт-Петербург Засовицкий Лев Викторович студент кафедры ОХТиК, СПбГТИ(ТУ), Россия, Санкт-Петербург

Литература

1. Мельников, Л.Ф. Органоминеральные удобрения. Теория и практика их получения / Л.Ф. Мельников; СПбГПУ.- СПб., 2007. - 305с.

2. Орлов, Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации / Д.С. Орлов; МГУ. - М., 1990. -325с.

3. Кирьянов А.О., Правдин Н. Н., Особенности процесса кислотного разложения Вятско-Камского фосфорита при введении торфа или промышленного гумата / А.О. Кирьянов, Н.Н. Правдин // Известия СПбГТИ(ТУ). - 2014.-№ 26. - С.31-33.

Kiryanov Anatoliy Olegovich, Zasovitsky Lev Viktorovich

St. Petersburg State Technological Institute (Technical University), St. Petersburg, Russia 190013, Saint Petersburg, Moskovsky pr., D. 26

Kir9nov_ao@mail.ru

INFLUENCE OF CARBOXYLIC ACIDS ON THE DEGREE DECOMPOSITION OF PHOSPHATE RAW MATERIALS.

Abstract

To eliminate the negative effects of excess calcium phosphorus-containing raw material for availability resulting forms of phosphorus in fertilizers examined the technology of organic fertilizers with different modifiers process. Shows the effect of various carboxylic acids on the process of acid decomposition of phosphorite. Investigated the flow of the process at various norms phosphoric and succinic acids.

Key words: organomineral fertilizers, phosphate raw materials, processing of acid, succinic acid, carboxylic acids.