Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВВЕДЕНИЕ

Мировой сельскохозяйственной практикой установлено, что 50% урожайности сельскохозяйственных культур приходится на долю применения минеральных удобрений. Среди шести макроэлементов (азот, фосфор, калий, сера, кальций и магний), крайне необходимых для растений, весомое место занимает фосфор. Потребность республики в фосфорных удобрениях составляет 518,3 тыс. т 100%-ного Р₂О₅ в год, а промышленность производит пока около 140 тыс. т 100%-ного Р₂О₅ в год. Узбекистан располагает 3,73 млн. га орошаемых земель, на которых получают свыше 97% всей сельскохозяйственной продукции. Получается, что на один гектар орошаемой пашни приходится только 37,5 кг Р₂О₅. А ведь научно-обоснованные формы фосфорных удобрений под основные сельскохозяйственные культуры намного превышают эту цифру. Так, под хлопчатник нужно вносить 150 кг/га Р₂О₅, под зерновые колосовые на поливе- 110 кг/га Р₂О₅, под кукурузу на зерно - 130 кг/га Р₂О₅, под рис - 140 кг/га Р₂О₅, под овощи - 105 кг/га Р₂О₅.

Необходимо отметить, что с урожаем происходит большой вынос питательных веществ. В Узбекистане основными сельскохозяйственными культурами являются хлопчатник и пшеница. Валовой сбор хлопка-сырца превышает 3,6 млн. т, а пшеницы - 6 млн. т. Известно, что одна тонна хлопка-сырца выносит из почвы 15 кг Р₂О₅, а одна тонна пшеницы - 10 кг Р₂О₅. При вышеназванном урожае только этими культурами из почвы ежегодно уносится с урожаем 105 тыс. т Р₂О₅. А ведь другие культуры также выносят из почвы довольно большое количество фосфора.
Положение усугубляется ещё и тем, что коэффициент использования растениями фосфора из вносимых в почву фосфорсодержащих удобрений крайне низок и не превышает 20%. Остальное количество Р₂О₅ закрепляется почвой и проявляет незначительный положительный эффект уже в последействии.
Из вышесказанного следует, что в Узбекистане необходимо наращивать производство фосфорсодержащих удобрений. В связи с этим Президент страны И.А.Каримов и Правительство Республики уделяют огромное внимание вопросам по увеличению объема производства фосфорных удобрений. С целью обеспечения наших заводов собственным сырьём в Республике построен Кызылкумский фосфоритовый комбинат (КФК). В 1998 году пущена первая очередь этого комбината мощностью 300 тыс. т фосфоритовой муки. В настоящее время КФК производит более 800 тыс. т фосфатного сырья.
Известно, что Джерой-Сардаринское месторождение фосфоритов Центрально-Кызылкумского региона по запасам и оцененным ресурсам не имеет аналогов в странах СНГ и входит в первую десятку месторождений в мире. Запасы фосфоритного сырья оцениваются в количестве 57,7 млн. т 100%-ного Р₂О₅, что обеспечивает потребность сельского хозяйства Республики Узбекистан в фосфорных удобрениях более чем на 100 лет. Необходимо подчеркнуть, что Кызылкумские фосфориты по содержанию основного компонента фосфора относятся к бедным рудам. В них содержится значительное количество карбонатных соединений (кальциевый модуль – CaO:P₂O₅ = 2,85), глинистых минералов и органических веществ.
Рядовая фосфоритная мука со средним содержанием 16-18% P₂O₅, поступает на АО «Кукон суперфосфат заводи» для получения простого аммонизированного суперфосфата. Из-за высокого значения посторонних примесей эти фосфориты совершенно не приемлемы для производства аммофоса и других концентрированных фосфорсодержащих комплексных удобрений. Для получения высококачественных удобрений необходимо обогатить Кызылкумские фосфориты. На Навоийском горно-металлургическом комбинате (ГМК) более богатую часть фосфорита, содержащую 19-20,5% Р₂О₅, подвергают сушке и измельчению до определенных размеров частиц, затем классифицируют. Далее методом сухого обогащения фосфоритную муку концентрируют до 23-24% P₂O₅. Фосфоритная мука после сухого обогащения направляется в печное отделение, где под действием высокой температуры 850-900^оС обжигается. Здесь удаляется 85-90% диоксида углерода, а органические вещества полностью сжигаются. После обжига в полученном термоконцентрате концентрация фосфора достигает 26-27%. С апреля 2001 года в г. Зарафшане Навоийской области работает промышленная установка по обжигу фосфоритной муки с производительностью 400 тыс. т фосфоритного термоконцентрата в год, которая используется для получения концентрированных фосфорсодержащих удобрений – аммофос, супрефос, аммонийсульфатфосфат на Алмалыкском ОАО «Аммофос». Термоконцентрат, кроме других сопутствующих примесей, содержит до 0,2% хлора, который при кислотной переработке превращается в соляную кислоту и корродирует технологическое оборудование. Во избежание этого серьезного негативного явления согласно Постановлению Кабинета Министров Республики Узбекистан № 551 от 23.11.2004 г на Кызылкумском фосфоритном комбинате было предусмотрено строительство опытной установки по отмывке хлоридов из фосфоритной руды. Согласно Постановлению Президента Республики Узбекистан №ПП-420 от 18.07.2006г на Навоийском ГМК с начала 2007 года производится фосфоритная продукция в объемах: 400 тыс. т в год мытого обожженного фосконцентрата с содержанием до 30% Р₂О₅; 200 тыс. т в год мытого сушеного фосконцентрата с содержанием 18-19% Р₂О₅; 200 тыс. т в год фосфоритной муки с содержанием 16-18% Р₂О₅.
Необходимо отметить, что количество фосфорных удобрений, получаемых из вышеуказанного объема фосфоритного сырья, обеспечивает всего лишь около 40% потребности сельского хозяйства Республики Узбекистан в фосфорных удобрениях. В связи с этим объем добываемой фосфоритной руды в перспективе будет увеличиваться. При этом, естественно, возрастает количество фосфоритной муки с содержанием 16-18% Р₂О₅.
Исходя из вышеуказанного, перед наукой и промышленностью чрезвычайно остро стоит задача переработки необогащенных фосфоритов на одинарные и комплексные удобрения по рациональной технологии с наиболее удовлетворительными технико-экономическими показателями.
Одним из реальных экономически выгодных путей переработки необогащенных Кызылкумских фосфоритов в квалифицированные фосфорсодержащие удобрения является разложением этих фосфоритов экстракционной фосфорной кислотой (ЭФК). Анализ научно-технической литературы однозначно показывает, что к данной проблеме посвящены многочисленные работы. Основным преимуществом этих работ является то, что для разложения фосфатного сырья частично или полностью используется внутренняя химическая энергия ЭФК. Сложные и концентрированные фосфорсодержащие удобрения получают на основе ЭФК, для производства которой требуется большое количество серной кислоты. Так, при получении 1 т Р₂О₅ в виде аммофоса из апатитового концентрата расходуется 2,5-2,6 т Н₂SO₄, из фосфоритов Каратау 3,5-3,7 т, а из термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов 4,4-4,5 т. Производство двойного суперфосфата более экономично. Расход серной кислоты на 1 т Р₂О₅ на 20-25% меньше по сравнению с аммофосом. Однако из-за наличия ряда технологических трудностей общего процесса доля выпуска двойного суперфосфата остается незначительной.
В литературе также имеются достаточно подробные сведения о принципиальной возможности получения различных видов фосфорсодержащих удобрений путем частичного и полного разложения бедных и качественных фосфоритов, в том числе и Кызылкумских фосфоритов с ЭФК. Здесь также имеются технологические трудности, связанные с переработкой промежуточной пульпы в гранулированные твердые удобрения.
Среди известных способов получения фосфорсодержащих комплексных удобрений с использованием химической энергии ЭФК более приемлемой оказалась технология получения аммофосфата, которая была разработана учеными НИИХИММАШа, НИУИФа, МХТИ им. Д.И.Менделеева. Процесс получения аммофосфата основан на разложении природных фосфатов высокой нормой фосфорной кислоты (150-200%), с последующей нейтрализацией избыточной кислотности аммиаком, гранулированием и сушкой продукта. Широкие агрохимические испытания аммофосфата показали, что по эффективности он не уступает традиционным удобрениям – аммофосу и двойному суперфосфату и может применяться в различных почвенно-климатических условиях под все сельскохозяйственные культуры. Для получения аммофосфата можно использовать практически любое фосфатное сырье. Технология производства аммофосфата была внедрена из фосфоритов Каратау на Джамбульском суперфосфатном заводе в Казахстане, на Чарджоуском химическом заводе Туркменистане, на Алмалыкском ОАО «Аммофос» в Узбекистане, из хибинского апатитового концентрата на Балаковском ПО «Минудобрения» в России.
В диссертационной работе А.Р.Сейтназарова [1] исследован процесс получения аммофосфатных удобрений путем активации Кызылкумских фосфоритов частично аммонизированной ЭФК из фосфоритов Каратау.
Однако систематические исследования по разложению различных видов фосфоритов Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой из этого же фосфатного сырья в литературе отсутствуют. Также не затронуты вопросы получения сульфоаммофосфатных и нитроаммофос-фатных удобрений на основе взаимодействия Кызылкумских фосфоритов с ЭФК в присутствии добавок соответственно азотной и серной кислот.
Исходя из вышеизложенного, разработка рациональной технологии получения аммофосфатных, сульфоаммофосфатных и нитроаммофосфатных удобрений с заданными составам и свойствами на основе разложения Кызылкумских фосфоритов ЭФК и её смесью с серной и азотной кислотами является весьма актуальной, что и является целью настоящей диссертационной работы.
Новым в работе является использование для разложения фосфорита экстракционной фосфорной кислотой, полученной из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Новым является активация Кызылкумских фосфоритов ЭФК в присутствии добавки азотной и серной кислоты. Получены новые научные результаты по взаимодействию Кызылкумских фосфоритов с ЭФК и в присутствии добавок H₂SO₄ и HNO₃. Новыми являются также установленные зависимости состав и свойства кислых фосфатнокислотных пульп и готовых продуктов от массовых соотношений ЭФК : фосфорит, количества добавки H₂SO₄ и HNO₃. Получены новые виды удобрений, обладающие хорошими физико-химическими и товарными свойствами. Разработана новая технология производства аммофосфатных удобрений.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
- найденные оптимальные условия взаимодействия различных видов фосфоритов Центральных Кызылкумов с экстракционной фосфорной кислотой и её смесью с серной и азотной кислотами;
- состав и свойства кислых фосфатных, сульфофосфатных, нитрофосфатных пульп и готовых удобрений;
- предложенная технологическая схема производства новых видов аммофосфатных удобрений.