CC BY
4
УДК 54.058
Костанов И.М., Сибирякова И.Б., Почиталкина И.А., Кондаков Д.Ф. ВЛИЯНИЕ СТАДИИ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА КАЧЕСТВО
МОНОКАЛЬЦИЙФОСФАТА, ПОЛУЧАЕМОГО ИЗ БЕДНОГО ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ, ПО РЕЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Костанов Илья Максимович, студент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Сибирякова Ирина Борисовна, студент кафедры технологии неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Почиталкина Ирина Александровна, д.т.н., профессор кафедры технологий неорганических веществ и электрохимических процессов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва; Кондаков Дмитрий Феликсович, к.т.н., старший научный сотрудник.
1 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 .
2 Институт общей и неорганической химии им. Курнакова Российской академии наук, Ленинский проспект, 31, Москва, Россия, 119071.
В условиях рециркуляционной технологии получения монокальцийфосфата из бедного фосфоорита получены лабораторные образцы продукта, которые подвергались очистке физико-химическими методами и качественные характеристики которых сравнивались с образцами, полученными из модельных растворов. Химическими методами анализа определялось содержание основного компонента и примесей, кристаллическая структура и морфология образцоа исследовалась с помощью РФА и Оптической микроскопии.
Ключевые слова: фосфатное сырье, монокальцийфосфат, перекристаллизация, рециркуляционная технология.
THE EFFECT OF THE RECRYSTALLIZATION STAGE ON THE QUALITY OF MONOCALCIUM PHOSPHATE OBTAINED FROM POOR PHOSPHATE RAW MATERIALS BY RECYCLING TECHNOLOGY
Kostanov I.M.1, Sibiryakova I.B.1, Pochitalkina I.A.1, Kondakov D.F.2
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation.
2 Institute of General and Inorganic Chemistry named after Kurnakova of the Russian Academy of Sciences, Leninsky Prospekt, 31, Moscow, Russia.
Under the conditions of recirculating technology for the production of monocalcium phosphate from poor phosphorite, laboratory samples of the product were obtained, which were purified by physico-chemical methods and whose qualitative characteristics were compared with samples obtained from model solutions. Chemical analysis methods were used to determine the content of the main component and impurities, the crystal structure and morphology of the sample were studied using XRD and Optical microscopy.
Keywords: phosphate raw materials, monocalcium phosphate, recrystallization, recycling technology.
Монокальцийфосфат (суперфосфат)
(Са(Н2Р04)2*Н20) - является одним из самых распространенных и перспективных продуктов, который крайне востребован в отечественном аграрном секторе и странах ближнего и дальнего зарубежья. Монокальцийфосфат является продуктом как для сельского хозяйства, так и для животноводства.
Для сельского хозяйства производятся простой и двойной суперфосфаты.
Двойной суперфосфат содержит порядка 4247 % Р205. [1] Технические требования к такому удобрению указаны в ГОСТ 16306-80, в котором показано, что двойной суперфосфат выпускают двух марок:
• Марка А, содержание Р2О5, 46±1%
• Марка Б, содержание Р2О5, 43±1%
В составе продукта, представляющего собой кристаллогидрат гипотетически могут находиться сорбционно- и изоморфно захваченные примеси. К 1 типу относятся примеси, находящиеся в маточном растворе, а ко второму -ионы, входящие в кристаллическую решетку продукта.
Однако монокальцийфосфат (МКФ) имеет и недостатки, такие как низкое содержание фосфора. Можно предварительно концентрировать удобрение, но это приведет к значительному расходу фосфорной кислоты, требуемой для производства вещества. Такой недостаток может повысить стоимость продукта, что значительно скажется на рыночной конкуренции товара, не говоря уже об использовании монокальцийфосфата в качестве кормового продукта [2].
Задачей эксперимента является систематический аналитический контроль жидкой и
твердой фаз в получения МКФ, установлении их химического состава и сопоставлении с требованиями, предъявляемыми к качеству кормового МКФ. Так, в соответствии с ГОСТ23999-80 минимальное содержание P2O5 составляет 50%, а Ca должно быть не более 18% [3]. Получить такие показатели, перерабатывая бедное сырье по рециркуляционной технологии, проблематично, даже применяя значительное количество фосфорной кислоты по нескольким причинам. Снижение отношения Ж:Т; высокое содержание примесей Fe3+ и Al3+ значительно ухудшает реологические характеристики технологических суспензий, снижение подвижного (водорастворимого) фосфора в составе продукта. Оценить перспективу очистки технического продукта до состояния кормового, и тем самым повысить значения P2O5 в получаемом продукте является конечной целью эксперимента.
Целью нашего исследования является определение степени очистки продукта методом перекристаллизации, полученного из бедного фосфорита по рециркуляционной технологии.
Задачами исследования являлись:
1. Получение монокальцийфосфата по рециркуляционной технологии из бедного фосфатного сырья;
2. Применение методов химического и инструментального анализа для получения характеристик исходного сырья и итогового продукта;
3. Определение степени очистки и количество стадий перекристаллизации МКФ.
Фосфориты сами по себе являются достаточно бедной породой, содержание в них P2O5 в лучшем случае, составляет порядка 25-30%. Что является серьезной причиной, непопулярности фосфоритов в производстве удобрений.
Исходным сырьём послужил бедный фосфорит Вятско-Камского месторождения. Методами химического анализа был определен, химический состав Вятско-Камского фосфорита. В таблице 1 представлен химический состав ВКФ [4].
Таблица 1. Анализ^ бедного фосфорита Вятско-Камского месторождения
P2O5 Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ Р Ш2 Прочие примеси
Процентное содержание компонентов, % 23,8 5,4 2,9 34,9 0,45 3,4 10 19,2
Нами были проведены 36 циклов получения монокальцийфосфата по рециркуляционной технологии. Ее выбор обоснован возможностью использования низкосортного фосфатного сырья, экономией дорогостоящей фосфорной кислоты, необходимой для обогащения фосфоритов [5]. После каждого цикла продукт был очищен методом перекристаллизации. Химический состав
монокальцийфосфата полученный по
рециркуляционной технологии был получен экспериментальным путем.
Затем был проведен химический анализ полученного продукта до и после процесса
перекристаллизации, который показал
эффективность применения стадии очистки продукта. Так, исходный монокальцийфосфат, полученный по рециркуляционной технологии, содержит порядка 35% P2O5. Стадия перекристаллизации повышает содержание фосфатов в продукте до 48±2% P2O5.
Ниже представлены снимки полученного монокальцийфосфата по рециркуляционной технологии до и после перекристаллизации, которые были сделаны оптическим электронным микроскопом.
Рисунок 1. Кристаллы монокальцийфосфата до перекристаллизации а) — Увеличение 10х, б) —. Увеличение 4х
Рисунок 2. Кристаллы монокальцийфосфата после перекристаллизации а) — Увеличение 10х, б) —. Увеличение 4х
По результатам проведенных исследований, было установлено, что процесс перекристаллизации повышает показатели готового продукта по основному компоненту на 37%, за счет снижения концентрации примесей в продукте. Что приближает его показатели к характеристикам двойного суперфосфата и позволяет использовать монокальцийфосфат для сельскохозяйственного назначения марки А.
С целью получения, более очищенного продукта, который может быть использован в животноводстве, необходима дополнительная стадия очистки (2 ступень перекристаллизации), которая должна увеличить содержание Р2О5 до характеристик ГОСТа и снизить концентрацию примесей в продукте [6].
Литература
1. ГОСТ 16306-80 Суперфосфат двойной гранулированный. Технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам 1981. - 14 с.
2. Минеев В.Г., Сычёв В.Г., Гамзиков Г.П. и др. Агрохимия; Учебник. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
3. ГОСТ 23999-80 Кальция фосфат кормовой. Технические условия. - М.: Государственный комитет СССР по стандартам. 1980. - 9 с.
4. Костанов, И. М. Очистка монокальцийфосфата методом перекристаллизации от изоморфнозамещенных примесей / И. М. Костанов, И. Б. Сибирякова, И. А. Почиталкина // Успехи в химии и химической технологии. - 2021. - Т. 35. - № 6(241). - С. 50-52.
5. Сибирякова И.Б. Получение Ca(H2PO4)2 рециркуляционным способом из низкокачественных природных фосфатов / И.Б. Сибирякова, И.М. Костанов, И.А. Почиталкина // Успехи в химии и химической технологии. - 2021. - Т. 35. - № 6(241). -С. 101-102.
6. Костанов И.М. Очистка монокальцийфосфата методом перекристаллизации от изоморфнозамещенных примесей / И.М. Костанов, И.Б. Сибирякова, И.А. Почиталкина //Успехи в химии и химической технологии. - 2021. -Т. 35. - № 6(241). -С. 50-52.
