Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ АММОФОС-ФАТНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ РАЗЛОЖЕНИЯ ФОСФОРИТОВ ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ ЭКСТРАК-ЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ
2.1. Изучение процесса получения аммофосфата из фосфоритов Центральных Кызылкумов
Как видно из приведенного литературного обзора, вопросу получения аммофосфатных удобрений посвящено очень много работ. В одном случае фосфориты Каратау разлагают экстракционной фосфорной кислотой. При этом оптимальной нормой фосфорной кислоты является 8,1-8,2 м.ч. Р2О5 на 1 м.ч. Р2О5 из фосфорита. В другом случае фосфориты Центральных Кызылкумов обрабатывают частично аммонизированной экстракционной фосфорной кислотой. Удобрения, полученные двумя способами, обладают уникальными физико-химическими и товарными свойствами, а также высокой агрохимической эффективностью. Из-за отсутствия сведений о возможности получения аммофосфатных удобрений путем взаимодействия различных видов Кызылкумских фосфоритов с экстракционной фосфорной кислотой из этого же фосфорита мы этот вопрос изучили более подробно.
Для проведения лабораторных экспериментов использовали рядовую фосфоритную муку, пылевидную фракцию, химически обогащенную и термоконцентраты фосфоритов Центральных Кызылкумов, составы которых приведены в таблице 2.1. В качестве кислотного реагента была взята производственная экстракционная фосфорная кислота Алмалыкского ОАО «Аммофос» следующего состава, масс. %: 21,45 Р2О5; 0,77 СаО; 0,89 MgO; 0,51 Fe2O3; 1,33 Al2O3; 1,78 F; 0,50 SO3.
Таблица 2.1.
Химический состав фосфатного сырья Кызылкумского месторождения
Компоненты
|
Содержание компонентов, масс. %
|
Рядовая фосмука
образец №1
|
Рядовая фосмука
образец №2
|
Термокон-центрат
|
Химически
обогащенный
концентрат
|
Пылевидная
фракция
|
Р2О5
|
18,80
|
17,65
|
27,26
|
26,76
|
18,54
|
СаО
|
46,71
|
47,48
|
53,36
|
46,41
|
44,72
|
CO2
|
15,19
|
15,2
|
2,41
|
4,51
|
1 4,80
|
АI2О3
|
1,24
|
1,21
|
1,30
|
0,41
|
0,95
|
Fe2О3
|
1,05
|
2,47
|
0,51
|
0,57
|
0,80
|
MgO
|
1,80
|
1,75
|
0,61
|
0,58
|
0,80
|
F
|
2,0
|
1,81
|
2,91
|
2,98
|
2,22
|
СаО : Р2О5
|
2,48
|
2,69
|
1,96
|
1,73
|
2,40
|
Опыты по разложению Кызылкумских фосфоритов фосфорной кислотой проводили на лабораторной установке, состоящей из трубчатого стеклянного реактора, снабженного винтовой мешалкой с электродвигателем и помещенной в водяной термостат. Скорость вращения мешалки регулировали реостатным устройством и измеряли тахометром ТМ-3М с использованием датчика Д-1 мм. Температуру в термостате поддерживали с помощью контактного термометра ТК-300 и электронного реле РТ-230У. Температура во всех опытах была постоянной, и она равнялась 65 0С. Массовое соотношение ЭФК : ФС варьировали в диапазоне 100 : (5-30). Расчетное количество фосфатного сырья дозировали к кислоте в течение 10-15 минут при интенсивном перемешивании. Продолжительность процесса разложения составляла 45 мин. Полученная аммофосфатная пульпа подвергалась анализу на содержание различных форм фосфора по известным методикам [173]. Усвояемая форма Р2О5 определялась по растворимости продукта в 0,1 н растворе НСl, в 2%-ной лимонной кислоте и в 0,2 М растворе трилона Б. Коэффициент разложения находили по формуле:
-
Кразл.=
|
1-
|
(Р2О5общ.- Р2О5усв.) Gn
|
100, %
|
Р2О5ф Gф
|
где Р2О5общ. и Р2О5усв. – содержание общей и усвояемой формы фосфора в пульпе; Gn и Gф – масса пульпы и внесенного фосфорита; Р2О5ф – содержание Р2О5 в фосфорите. При определении коэффициента разложения использовали значение Р2О5усв., найденное только по растворимости в 0,2М растворе трилона Б. Результаты анализов приведены в таблицах 2.2 – 2.7.
Из данных таблиц видно, что независимо от вида используемого фосфорита с увеличением вводимого в фосфорную кислоту фоссырья коэффициент его разложения ощутимо снижается. Например, уменьшение
Таблица 2.2
Состав пульпы и коэффициент разложения сырья при фосфорнокислотной
переработке рядовой фосфоритовой муки фосфоритов Центральных Кызылкумов
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
Содержание Р2О5 в пульпе, %
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Коэф. разл.,
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
100:5
|
21,40
|
21,26
|
21,18
|
21,15
|
21,08
|
99,35
|
98,97
|
98,83
|
98,50
|
7 2,32
|
100:10
|
21,44
|
21,08
|
20,96
|
20,89
|
20,76
|
98,32
|
97,76
|
97,43
|
96,83
|
68,28
|
100:15
|
21,49
|
20,84
|
20,64
|
20,43
|
20,23
|
96,98
|
96,04
|
95,07
|
94,14
|
57,43
|
100:20
|
21,53
|
20,50
|
20,24
|
19,83
|
19,57
|
95,22
|
94,01
|
92,10
|
90,90
|
47,48
|
100:25
|
21,52
|
19,68
|
19,36
|
19,03
|
18,84
|
91,45
|
89,96
|
88,43
|
87,55
|
30,76
|
100:30
|
21,57
|
19,05
|
18,60
|
18,30
|
18,07
|
88,32
|
86,23
|
84,84
|
83,77
|
26,90
|
Таблица 2.3
Состав пульпы и коэффициент разложения сырья при фосфорнокислотной
переработке пылевидной фракции фосфоритов Центральных Кызылкумов.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
Содержание Р2О5 в пульпе, %
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Коэф. разл.,
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
100:5
|
21,41
|
21,38
|
21,30
|
21,27
|
21,20
|
99,86
|
99,48
|
99,35
|
99,02
|
84,26
|
100:10
|
21,43
|
21,18
|
21,05
|
20,99
|
20,86
|
98,83
|
98,23
|
97,95
|
97,34
|
7 4,25
|
100:15
|
21,44
|
20,90
|
20,71
|
20,49
|
20,29
|
97,48
|
96,60
|
95,57
|
94,64
|
61,48
|
100:20
|
21,46
|
20,55
|
20,28
|
19,87
|
19,61
|
95,76
|
94,50
|
92,59
|
91,38
|
49,81
|
100:25
|
21,40
|
19,68
|
19,36
|
19,02
|
18,84
|
91,96
|
90,47
|
88,88
|
88,04
|
37,50
|
100:30
|
21,45
|
19,05
|
18,59
|
18,29
|
18,07
|
88,81
|
86,67
|
85,27
|
84,24
|
28,57
|
Таблица 2.4
Состав пульпы и коэффициент разложения сырья при фосфорнокислотной
переработке химически обогащенного концентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
Содержание Р2О5 в пульпе, %
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Коэф. разл.,
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
100:5
|
21,79
|
21,78
|
21,73
|
21,65
|
21,61
|
99,95
|
99,72
|
99,36
|
99,17
|
89,14
|
100:10
|
21,98
|
21,74
|
21,62
|
21,56
|
21,44
|
98,91
|
98,36
|
98,09
|
97,54
|
8 2,96
|
100:15
|
22,38
|
21,82
|
21,76
|
21,52
|
21,05
|
97,50
|
97,23
|
96,16
|
94,06
|
75,70
|
100:20
|
22,28
|
21,35
|
20,77
|
20,65
|
20,44
|
95,83
|
93,22
|
92,68
|
91,74
|
63,92
|
100:25
|
22,68
|
20,72
|
20,42
|
20,17
|
20,01
|
91,67
|
90,04
|
88,93
|
88,23
|
54,10
|
100:30
|
22,76
|
20,27
|
19,74
|
19,46
|
19,18
|
89,06
|
86,73
|
85,50
|
84,27
|
47,06
|
Таблица 2.5
Состав пульпы и коэффициент разложения сырья при фосфорнокислотной
переработке термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
Содержание Р2О5 в пульпе, %
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Коэф. разл.,
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим. к.
|
по 0,2м тр.Б
|
100:5
|
21,83
|
21,55
|
21,46
|
21,43
|
21,30
|
98,72
|
98,31
|
98,17
|
97,57
|
6 9,07
|
100:10
|
22,03
|
21,44
|
21,25
|
21,09
|
20,42
|
97,32
|
96,46
|
95,73
|
92,69
|
62,19
|
100:15
|
22,28
|
21,24
|
21,02
|
20,65
|
19,53
|
95,33
|
94,35
|
92,68
|
87,66
|
54,31
|
100:20
|
22,47
|
20,80
|
20,48
|
19,90
|
18,34
|
92,57
|
91,14
|
88,56
|
81,62
|
43,93
|
100:25
|
23,11
|
20,31
|
19,84
|
19,14
|
17,06
|
87,88
|
85,85
|
82,82
|
73,82
|
27,71
|
100:30
|
23,43
|
19,95
|
19,50
|
18,69
|
16,09
|
85,15
|
83,23
|
79,77
|
68,67
|
25,47
|
соотношения кислота : фосфорит от 100 : 5 до 100 : 30 приводит к снижению коэффициента разложения с 72,32 до 26,90; с 69,07 до 25,47; с 84,26 до 28,57 и с 89,14 до 47,06% соответственно для рядовой фосфоритовой муки (образец №1), термоконцентрата, пылевидной фракции и химически обогащенного концентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов. Содержание усвояемой формы Р2О5 в пульпе по отношению к общей форме Р2О5 остается высоким при любых соотношениях кислота : фосфорит. То же самое мы наблюдаем и по содержанию водорастворимой формы Р2О5. Оно в процентном отношении лежит в пределах 83,77 – 98,50% для рядовой фосфоритовой муки, 68,67 – 97,57% для термоконцентрата, 84,24 – 99,02% для пылевидной фракции и 84,27 – 99,17% для химически обогащенного концентрата. Это говорит о том, что фосфориты Центральных Кызылкумов довольно хорошо разлагаются фосфорной кислотой с образованием усвояемых фосфатов. При одних и тех же условиях опытов в случае использования термоконцентрата относительное содержание усвояемой, воднорастворимой формы Р2О5, а также коэффициент разложения намного ниже по сравнению с другими видами фосфатного сырья. Это, по-всей видимости, объясняется наличием в составе термоконцентрата силикатофосфатов, которые практически не подвергаются разложению фосфорной кислотой. В химически обогащенном фосфоритном концентрате содержание различных примесей, особенно кальцита, меньше. Поэтому в аммофосфатных пульпах относительное содержание воднорастворимой, усвояемой форм Р2О5, а также коэффициент разложения фосфорита высокие.
Далее кислые фосфатные пульпы подвергались нейтрализации газообразным аммиаком до значений рН 3,10 - 4,40. Необходимо отметить, что при соотношениях кислота : фосфорит 100 : 25 и 100 : 30 пульпы при аммонизации загустевают. В этих случаях для предотвращения загустевания к пульпе перед аммонизацией добавлялось определенное количество воды. Аммонизированные фосфатные пульпы сушили при температуре 60С. Низкая температура сушки объяснятся тем, что при температуре 100-105С с большой скоростью идет процесс ретроградации усвояемых фосфатов. Высушенные образцы продуктов подвергались анализу. Результаты приведены в таблицах 2.6 – 2.9.
Из таблиц видно, что в зависимости от соотношения кислота : фосфорит в случае применения рядовой фосфоритовой муки содержание Р2О5общ. в образцах удобрений меняется от 43,27 до 49,85%; Р2О5усв. по трилону Б – от 34,55 до 48,69%; Р2О5водн. – от 24,60 до 43,00%; азота – от 4,74 до 10,40%. Степень декарбонизации исходной высококарбонизированной фосфоритовой муки лежит в пределах 91,89 – 100%. Относительное содержание усвояемой формы Р2О5 по трилону Б находится в диапазоне 79,85 – 97,67%, водорастворимой формы Р2О5 - 56,85 – 86,26%.
Количество добавляемого фосфатного сырья оказывает существенное влияние на относительное содержание водной и усвояемой формы Р2О5. Изменение соотношения кислота : фосфорит от 100 : 5 до 100 : 30 приводит к уменьшению содержания Р2О5водн. и Р2О5усв. по трилону Б от 86,26 до 56,85 и от 97,67 до 79,85% соответственно. Относительное содержание Р2О5водн. в высушенном аммонизированном продукте при одном и том же соотношении кислота : фосфорит по сравнению с содержанием Р2О5водн. в кислой пульпе в зависимости от условия опытов снижается в среднем на 12-28 %. Это, естественно, объясняется прохождением процесса ретроградии усвояемых фосфатов в процессе аммонизации и сушки.
Аналогичные высокие показатели по содержанию Р2О5общ., Р2О5усв., Р2О5водн., азота в полученных образцах аммофосфатов наблюдаются и в случае использования пылевидной фракции, химически обогащенного концентрата и термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов. Самое высокое относительное содержание Р2О5усв. и Р2О5водн. имеют аммофосфаты, полученные на основе химически обогащенного концентрата.
Таблица 2.6
Состав аммофосфата на основе разложения рядовой фосфоритовой муки фосфоритов Центральных
Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
рН пульпы
|
Химический состав, %
|
Степень декарбо-низации,
%
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
N
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
100:5
|
4,37
|
49,85
|
49,72
|
49,25
|
48,69
|
43,00
|
10,40
|
100
|
99,74
|
98,80
|
97,67
|
8 6,26
|
100:10
|
3,60
|
47,68
|
46,82
|
46,72
|
45,78
|
36,67
|
7,84
|
100
|
98,20
|
97,99
|
96,02
|
76,91
|
100:15
|
3,72
|
47,09
|
45,97
|
45,55
|
44,26
|
34,37
|
6,64
|
96,23
|
97,62
|
96,73
|
93,99
|
73,00
|
100:20
|
3,79
|
46,05
|
43,82
|
43,40
|
39,60
|
29,35
|
6,93
|
95,73
|
95,16
|
94,24
|
85,99
|
63,74
|
100:25
|
3,54
|
44,05
|
40,68
|
40,43
|
36,12
|
26,27
|
5,37
|
92,64
|
92,35
|
91,78
|
82,00
|
59,64
|
100:30
|
3,10
|
43,27
|
39,78
|
39,00
|
34,55
|
24,60
|
4,74
|
91,89
|
91,93
|
90,13
|
79,85
|
56,85
|
Таблица 2.7
Состав аммофосфата на основе разложения пылевидной фракции фосфоритов Центральных
Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
рН пульпы
|
Химический состав, %
|
Степень декарбо-низации,
%
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
N
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
100:5
|
4,28
|
50,10
|
50,05
|
49,58
|
49,02
|
45,34
|
9,58
|
100
|
99,90
|
98,96
|
97,84
|
9 0,50
|
100:10
|
4,25
|
47,95
|
47,17
|
47,07
|
46,12
|
37,50
|
7,98
|
100
|
98,37
|
98,16
|
96,18
|
78,71
|
100:15
|
3,80
|
47,05
|
46,01
|
45,62
|
44,30
|
35,18
|
6,81
|
100
|
97,79
|
96,96
|
94,15
|
74,77
|
100:20
|
3,65
|
46,13
|
43,97
|
43,55
|
39,73
|
31,39
|
6,04
|
100
|
95,32
|
94,41
|
86,13
|
68,03
|
100:25
|
3,65
|
44,09
|
40,91
|
40,66
|
36,33
|
28,54
|
5,95
|
96,27
|
92,79
|
92,22
|
82,40
|
64,73
|
100:30
|
3,66
|
43,30
|
39,87
|
39,10
|
34,64
|
25,43
|
4,86
|
95,30
|
92,08
|
90,30
|
80,00
|
58,73
|
Таблица 2.8
Состав аммофосфата на основе разложения химически обогащенного концентрата фосфоритов Центральных
Кызылкумов экстракционной фосфорной кислоты.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
рН пульпы
|
Химический состав, %
|
Степень декарбо-низации,
%
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
N
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
100:5
|
3,66
|
50,36
|
50,32
|
50,05
|
49,38
|
46,68
|
8,97
|
100
|
99,92
|
99,38
|
98,05
|
9 2,69
|
100:10
|
3,62
|
48,25
|
47,54
|
47,49
|
46,94
|
42,79
|
7,29
|
100
|
98,53
|
98,42
|
97,28
|
88,68
|
100:15
|
3,80
|
47,05
|
46,01
|
45,62
|
44,30
|
35,18
|
6,81
|
100
|
97,90
|
97,36
|
94,55
|
79,52
|
100:20
|
3,65
|
46,13
|
43,97
|
43,55
|
39,73
|
31,39
|
6,04
|
100
|
95,52
|
94,71
|
86,66
|
73,00
|
100:25
|
3,65
|
44,09
|
40,91
|
40,66
|
36,33
|
28,54
|
5,95
|
100
|
93,09
|
92,52
|
83,14
|
70,81
|
100:30
|
3,76
|
40,11
|
37,07
|
36,36
|
32,50
|
26,24
|
4,92
|
95,26
|
92,42
|
90,65
|
81,03
|
65,42
|
Таблица 2.9
Состав аммофосфата на основе разложения термоконцентрата фосфоритов Центральных
Кызылкумов экстракционной фосфорной кислоты.
Массовое соотношение ЭФК:ФС
|
рН пульпы
|
Химический состав, %
|
Степень декарбо-низации,
%
|
Р2О5 усв./ Р2О5 общ., %
|
Р2О5 вод.
─────,
Р2О5 общ.
%
|
Р2О5 общ.
|
Р2О5 усв.
|
Р2О5 вод.
|
N
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
по 0,1н НСl
|
по 2% лим.к.
|
по 0,2м
тр.Б
|
100:5
|
3,84
|
50,25
|
49,96
|
49,27
|
47,60
|
42,41
|
9,78
|
100
|
99,42
|
98,05
|
94,73
|
84,40
|
100:10
|
3,82
|
48,15
|
47,08
|
46,55
|
43,97
|
36,17
|
7,85
|
100
|
97,78
|
96,68
|
91,32
|
75,12
|
100:15
|
3,78
|
47,30
|
45,46
|
44,95
|
39,27
|
33,26
|
6,68
|
100
|
96,11
|
95,03
|
83,02
|
70,32
|
100:20
|
4,00
|
46,27
|
43,71
|
42,76
|
36,10
|
28,61
|
6,39
|
100
|
94,47
|
92,41
|
78,02
|
61,83
|
100:25
|
3,80
|
45,62
|
42,34
|
40,86
|
33,59
|
26,56
|
5,41
|
100
|
92,81
|
89,57
|
73,63
|
58,22
|
100:30
|
3,47
|
43,80
|
39,93
|
38,40
|
31,08
|
24,40
|
4,97
|
100
|
91,16
|
87,67
|
70,96
|
55,71
|
Сравнительно низкое содержание Р2О5усв. и Р2О5водн. в процентном отношении получаются в аммофосфатах на основе термоконцентрата.
Необходимо отметить, что Балаковское ПО «Минудобрения» в России выпускает аммофосфат высшей марки А. Его состав (масс. %) : N 9,78; Р2О5общ. 50,25; Р2О5усв. по трилону Б 47,60; Р2О5усв. по лимонной кислоте 43,2; Р2О5водн. 40,0. В нашем случае в зависимости от вида фосфоритов Центральных Кызылкумов при соотношении кислота : фосфорит 100 : 5 получаются аммофосфаты с почти аналогичными показателями (масс. %) : N 8,97-10,40; Р2О5общ. 49,85-50,36; Р2О5усв. по трилону Б 47,60-49,38; Р2О5усв. по лимонной кислоте 49,25-50,05; Р2О5водн. 42,41-46,68. Результаты проведенных лабораторных опытов показывают, что фосфориты Центральных Кызылкумов при найденных оптимальных условиях экспериментов хорошо подвергаются химической активации с образованием усвояемых кальциевофосфатных соединений.
Таким образом, на основе полученных данных можно заключить, что фосфориты Центральных Кызылкумов вполне пригодны для производства высокоэффективного фосфорно-азотного удобрения под названием аммофосфат.
Do'stlaringiz bilan baham: |