автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Фосфорсодержащее удобрение на основе фосфоритов Каратау с пониженным расходом кислотного реагента

рг ь од

3 В МАИ 1994

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ УДОБРЕНИЙ

На правах рукописи

ТУРСУНОВА Замира Махкамовна

ФОСЙОРСОДЕРЖАЩЕЕ УДОБРЕНИЕ НА ОСНОВЕ ФООВОРИТОВ КАРАТАУ С ПОНИЖЕННЫМ РАСХОДОМ КИСЛОТНОГО РЕАГЕНТА

(05.17.01 - Технология неорганических веществ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1994

Работа выполнена Республики Узбекистан.

в

Институте удобрений Академии наук

доктор технических наук НАМАЗОВ Ш.С., кандидат технических наук АЦДУЛЛАЕВ Б.Д.

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники Республики Узбекистан МИРЗАЕВ Ф.М.

кандидат технических наук УШАНОВ И. И. Самаркандский химический завод

Защита состоится июня 1994 года в часов на

заседании специализированного совета Д 015.60.21 при Институте удобрений Академии наук Республики Узбекистан.

Отзывы отправлять по адресу: 700000, ГСП, г.Ташкент, ул.Ю.Аху-нбабаева, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН Республики Узбекистан (г.Ташкент, ул.Муминова, 13).

Автореферат разослан " ^ " 1994 года

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ридирт. ПРЕДПРИЯТИЕ:

Ученый секретарь специализированного совета, доктор химических наук

1 -

Р.Г.ОСИЧКИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.Заметное ухудшении качества фосфатного С1 ¡¡<1.г1 Каратау в последние годи и неритмичность его поставок в связи с дезинтеграцией и развалом экономических связей между республиками в ряд важнейших ставят исследования по совершенствовании существующих и разработке новых материало-, энергоэкономичных технологий фосфорсодержащих удобрений с решением экономических, экологических и агрохимических проблем региона.

Выпускаемые в настоящее время фосфорсодержащие удобрения - вп-мофос и аммофосфат, несмотря на высокое содержание Рз^б» яьл*50™ малоэкономичными вследствие высокого расхода Н^ЗО^, больших потерь фосфора и азота при внесении их под зябь.

При производстве аммофоса совершенно не используется внутренняя энергия монофосфорной кислоты.

Весьма перспективными являются технические решения, направленные на разработку способов получения фосфорсодержащих удобрений из фосфоритов ¿{аратау с пониженным расходом серной кислоты и относительно высоким, по сравнении с аммонизированным суперфосфатом, со держанием усвояемых форм фосфора. К таким способам относятся процессы получения фосфорсодержащих удобрений путем разложения фосфоритов Каратау смесью серной и экстракционной фосфорной кислот.

Имеющиеся в литературе данные о физико-химических основах и технологических условиях фосфорно-сернокислотной переработки природных фосфатов недостаточны для решения задач, связанных с реализацией процессов в промышленном масштабе.

В литературе имеются ограниченные сведения по раздельному и последовательному фосфорно- и сернокислотному разложению фосфорита Каратау в незагустевающих суспензиях при пониженном расходе кислотного реагента, о реологических характеристиках суспензий и пульп, образующихся на различных стадиях технологического процесса.

В связи с вышеизложенным проведение систематизированных исследований по получению фосфорных удобрений при пониженном расходе кио-лотного реагента и обладающих повышенным коэффициентом полезного действия является актуальным.

Цель и задачи исследований. Цельи настоящей работы явилась разработка новых и совершенствование существующих технологий удобрительных фосфатов, содержащих в качестве основных полезных компонентов фосфаты кальция и аммония, на основе широких химических и технологически х исследований процессов фосфорно-се^ .ткислотного (&оло-

грпия фосфоритов Каратау в незагустевающих суспензиях при пониженном расходе кислотного реагента.

Б соответствии с поставленной целью были сформулированы следу-ощие задачи:

- теоретические исследования на основе фазовой диаграммы растворимости системы СаО - Р^О^ - Н^О некоторых вопросов разложения Ьоссырья Каратау фосфорнокислотными растворами;

- изучение влияния массового соотношения - экстракционная фосфорная кислота (ЭМ) : фосфорит - на особенности разложения фосфата и реологические характеристики фосфатных пульп в зависимости от условий процесса;

- исследование процесса сернокислотного разложения фоссырья Ка-ратау в неэагустеваюцей пульпе слабили растворами при пониженных нормах ^О^ в зависимости от температуры и концентрации кислоты;

- изучение последовательного фосфорно-сернокислотного разложения фосфатного сырья;

- определение химического и фазового состава (с помощью ШС-спкктроскопии, термогравиметрии и рентгенографии) твердых фаз фосфатной, фосфатносульфатной, суперфосфатной пульп и готового продукта;

- определение физико-механических, товарных, токсикологических и агрохимических свойств нового гранулированного фосфорного удобрения ¿'ФЛКО-1;

- разработка и внедрение технологии нового гранулированного фосфорного удобрения УФАКО-1 на Алмалыкском ПО "АММОФОС".

Научная новизна. В работе впервые в широком диапазоне выры-ро-б&ния параметров с использованием данных теоретического анализа фазовой диаграммы СаО - ~ пР0ВеДены систематизированные исследования взаимодействия фосфоритов Каратау в неэагустевадацих суспензиях с растворами серной (18-34 % масс.) кислоты и экстракционной фосфорной кислоты и получены новые научные данные о физико-химических свойства* и солевом составе твердых фаз, образующихся в процессах фосфорно- и фосфорно-сернокислотной переработки фосфорита Каратау. Исследованиями, проведенными с помощью рентгенографии и спектроскопии, показано присутствие в осадках гидромонсфосфата кальция, что расширяет имеющиеся представления о разложении фосфатов растворами, находящимися в равновесии с гидромонофосфатом кальция.

Получены новые сведения о плотности и вязкости фосфатнмк, фос-фатно-сульфатных пульп, образующихся на различных оадиях те<ноло-

гического процесса с обобщением их в виде номограмм, для решения конкретных технических задач.

Практическая ценность. Результаты физико-химических и прикладных исследований явились научной основой для создания и внедрения в промышленное производство технологии нового гранулированного фосфорного удобрения УФАКС-1, отличительной особенностью которой является раздельное или последовательное разложение фосфатного сырья йаратау экстракционной фосфорной или серной кислотами в незагусте-вающих суспензиях при пониженном расходе кислотного реагента, последующей аммонизации, грануляции и сушке пульп с использованием действующего оборудования производств Г)ФЯ и аммофоса.

По разработанной технологии на Алмалыкском 110 "АММОФОС" выпущено свыше 150 тысяч тонн гранулированного фосфорного удобрения Ж1СО-1.

Новизна и полезность технических решений подтверждена авторским свидетельством A.c. }' I76Q566 и Положительным решением по заявке J? 5036636/26 от 09.04.1992 года.

Согласно заключения ЩНА0, применение W-AKC-I под хлопчатник взамен аммофоса позволяет получить дополнительный урожай хлопка-сырца 1,5 - 2,5 ц/га.

Апробация и публикации работы. Содержание и основные результаты работы докладывались на Всесоюзной научно-практической конференции "Ученые и специалисты в решении социально-экономических проблем страны" (г.Ташкент, 1990 г.). Всесоюзной конференции по химической технологии неорганических веществ (г.Казань, 1991 г.). Межреспубликанской научно-теоретической конференции "Интенсификация процессов химической и пищевой технологии "Процессы-93"" (г.йшкент, 1993 г.).

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, получено I авторское свидетельство и I положительное решение по заявке !f 5036636/26 от 09.04.1992 г.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц и 16 рисунков. Состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 115 источников, и приложения.

ГОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы изложены сведения о способах получения фосфорных удобрений путем сернокислотной, серно-фосфорнокислотной пере-

- б -

работки фосфоритов Наратау, современное состояние и перспективы развития производства фосфорных удобрений, на основа анализа которого сформулированы цели и задачи исследования.

Исследование процессов серно- и фосфорнокислотного

разложения фосфоритов ¿Саратау в /^загустевающей пульпе

Вопросы изучения стадии сернокислотного разложения фосфоритов Каратау в незагустевающих пульпах, в основном, затрагивают процесс получения экстракционной фосфорной кислоты. В этих условиях норма серной кислоты превышает стехиометрическую корму на разложение фосфорита до образования монональцийфосфата на~-30 %.

В связи с этим представляет практический и научный интерес изучение процесса разложения фосфорита Каратау слабой серной кислотой при нормах, близких к стехиометрическим на образование Са^^РО^-^О в условиях образования незагустевающих суспензий.

В лабораторных условиях изучено влияние концентраций и нормы серной кислоты, температуры процесса на кинетику разложения фосфоритов Каратаув незагустевающих пульпах. Концентрацию серной кислоты варьировали в интервале 20-38 % Н^ЗО^, норму серной кислоты поддерживали на уровне 95-105 % от стехиометрической на образование моно-кальцийфосфата.

Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что при прочих равных условиях с повышением концентрации от 20 до 34 % мае.

изохрона (I час) разложения фосфорита серной кислотой проходит через минимум. Это согласуется с литературными данными, свидетельствующими о том, что зависимость коэффициента разложения фосфата от концентрации кислоты характеризуется двумя максимумами и одним минимумом. Это связано с особенностями кристаллизующейся твердой фазы и растворимостью фоофатов кальция в системе СаО - Р^05 -

Высокая степень разложения фосфатного сырья серной кислотой в незагустевающих пульпах обусловлена, во-первых, высокой реакционной способностью слабых растворов серной кислоты и, во-вторых, благоприятными диффузионными условиями, когда ввиду низкой вязкости растворов облегчается доступ водородных ионов к поверхности зерна фосфорита.

При использовании серной кислоты, имеющей концентрацию 20-25 %, жидкая фаза суспензий близка по составу растворам системы СаО - Р20§ - Н20, находящимся в равновесии с дикальцийфосфатом. Так, при норме 100 % от стехиометрической, температуре 8о°С и концентрации кислоты

Н^О^ 2($ состав жидкой фазы соответствует 1% масс.): 1,95 СаО и 12,0 Р205, т.е. находится в области ненасыщенных растворов.

При практически полном вскрытии фосфатного сырья жидкая фаза незагустевающей суперфосфатной пульпы обладает достаточно высокой активностью, поскольку степень нейтрализации фосфорной кислоты меньше 100 %.

Повышение концентрации серной кислоты до 34 % мае. приводит к незначительному повышении коэффициента разложения, которое более выражено при норме кислоте вше стехиометрической. Однако в этих условиях заметно снижается текучесть пульп и возрастает их плотность, что вызывает определенные трудности при их дальнейшей переработке и транспортировке.

Плотность суперфосфатной пульпы на основе 20 %-ной, кислоты в зависимости от нормы при 75°С составляет 1270+1280 кг/м^, а на основе 34#,-ной серной кислоты - более 1450 кг/м3.

Повышение концентрации серной кислоты, используемой для разложения фосфатного сырья до 38 % мае. приводит к резкому снижении подвижности пульпы, и масса даже при норме 105 % от стехиометричесяой при температуре 90°С начинает загустевать, что характерно для тиксо-тропных монокальцийфосфатных пульп.

При применении серной кислоты с концентрацией 20+25 % наблюдается высокая степень извлечения Р^д из фосфорита и достаточная для технологических целей текучесть суперфосфатной пульпы, которая позволяет использовать её без особых трудностей для дальнейшей переработки в фосфорные и фосфорсодержащие удобрения.

Содержание общей и усвояемой форм РдО^ в суперфосфатной пульпе определяется нормой серкой кислоты и её концентрацией и колеблется в пределах 5,98+8,24 и 5,19+8,23 мас.% соответственно. Анализ суперфосфатных пульп показывает, что до 75 % усвояемых фосфатов находится в водорастворимой форме и в виде свободной фосфорной кислоты.

Некоторые особенности взаимодействия фосфорита ¿{аратау с экстрокционной фосфорной и серной кислотами

Для оценки эффективности использования ЗФг£ для разложения фос-сырья, определения путей интенсификации процесса и сокращения расхода фосфорной кислоты нами выполнен теоретический расчет по фазовой диаграмме растворимости системы СаО - Р^О^ - Н^О при температуре 75°С (рис.1).

Рг05,мас.1 кО-

й

V

к *

а?

/й-

%

Ш.

Г

2 4 6 6/0

20

§1 II-

I

СаО.масс.%

30

Рис.1. Анализ процесса фосфорнокислотногс разложения фосфорита Каратау по фазовой дши/амме СаО - Р205 - Н20.

Разложение фосфорита »{аратау, характеризующегося прорастанием карбонатных и фосфатных минералов, при применении фосфорной кислоты с концентрацией 15, 17 и 20 % Р205, изображается лучами АК, ВК и СК. Процесс протекает в области кристаллизации гидромонофосфата кальция и, в соответствии с теоретическими данными, растворение фосфата прекращается в точках пересечения лучей растворения с изотермой растворимости ( £1«, 6« , Со ). Составы различных фазовых комплексов в системе, образующихся в результате взаимодействия фоссырья Наратау (состава в точке Н) при 7 5° С с различными количествами фосфорной кислоты, отображены на рисунке I.

Согласно выполненным расчетах!, коэффициент разложения фоссирья ¿(аратау при различных массовых соотношениях Р^Ь фосфорита^й^бфос-форной кислоты (0»125*0,25)и концентрациях Н3Р04 колеблется в диапазоне 36+70 %. Полное растворение фосфата в зависимости от концентрации кислоты происходит в интервале соотношений Р£0§ ф0сф0р!!Та

/Р2°5 фосфорной кислоты' Радном О.07*0«1-

Полученные теоретические данные не дают ясной картины о характере взаимодействия и перехода компонентов фосфатного сырья в жидкую и твердую фазы.

В связи с этим нами с использованием реальных производственных ЭФК и фоссырья изучено влияние массового соотношения ЭФК:фосфорит ¡(аратау (Я ) в диапазоне I:(0,1+0,4) на степень перехода и распределение компонентов фосфатного сырья в жидкой и твердой фазах фосфатной суспензии. С помощью рентгенографического и ИК-спектроскопи-ческого анализов установлен солевой состав твердого остатка фосфор-нокислотного раэлояения фоссырья Яаратау.

В таблице I приведен химический состав твердой фазы в пересчете на исходный фосфорит, что позволяет провести сравнительный анализ составов в зависимости от соотношения ЭФК:фосфорит.

Таблица I Химический состав твердой фазы, образующейся при взаимодействии фосфорита и ЭФК.

Г": Сосшюше-пгг.ние ОФК: :фосфорит

1. фосфорит

2. I : 0,1

3. I : 0,15

4. I : 0,20

Содержание компонентов в твердой фазе, мае. %

Р2°5

СаО

я2о3

АГоОс

25,2 39,9

25,6 33,6

27,6 35,9

29,0 36,4

27бО 0,93 0,87

0,44 1,18 1,10

0,73 1,17 1,07

С/76 1,15 1,03

со.

2

&0С

7,10 2,51 1,14 0,62

15,5 30,47 24,9 21,7

Продолжение таблицы I.

И: Соотноше- : Содержание компонентов в твердой фазе, мае. %

пп: ние ЭФК: :---------------------------

: фосфорит : Р205 : СаО : М^О : R203 : А1203 : CO., : 5t0g

I 7*0^30 29^3 37^2 1,03 1,08 0^99 0,53 2о',4~ 6. I : 0,40 29,7 38,9 1,09 1,08 0,97 0,49 19,1

Максимальная степень перехода в 0$i{ из фосфорита наблюдается для карбонатной составляющей, и, в первую очередь, для К#0, а степень декарбонизации во всем изученном интервале колеблется от 77,6 до 87,5 %.

Максимальная степень перехода МдО для изученных условий достигается при R = I :0,1 и составляет 91,4 f\ при R = I : 0,4 она остаётся достаточно высокой и из фосфорита в переходит более 65 % соединений магния.

Согласно теоретическим расчетам по фазовой диаграмме СаО - PgOg - HgO в равновесных условиях 100^-ная степень перехода СаО, PgOg т.е. полное разложение фосфорита ЭФК указанного выше состава, происходит при соотношении ОФЯ:фосфорит, равном I : 0,07, когда точка фосфатного комплекса находится на изотерме растворимости.

фивые зависимости степени перехода в ЭФ»{ СаО и Р^О^ от соотношения 0М:фосфорит имеют ярко выраженный расходящийся характер. С повыиением доли фосфорита в системе степень перехода PgOg в раствор снимается сильнее, чем СаО. Считывая высокую растворимость в ЭФК магниевых соединений это позволяет, только применяя ОФД, эффективно диспропорционально извлечь карбонатную составляющую при нормах фоофорной кислоты значительно меньших, чем стехиометрическая.

Дисбаланс в извлечении СаО, МдО по сравнению с Р<,05 связан с различной скоростью разложения доломита, кальцита и апатита. При этом при прочих равных условиях основным фактором, определяющим скорости разложения карбонатной и апатитовой составляющих фосфатного сурья, является норма ЭФК. Например, в жидкой фазе суспензии при соотношении ЭФЛ:фосфорит, равном I : 0,1, соотношение Са0/Р205 составляет 1,18, а в случае соотношения 1 : 0,4 оно возрастает уже до 4,8. Соотношение MgO/P^Og в растворе при те.-: же параметрах изменяется от 1,9 до 15,0 соответственно.

При этом соотношение CaO/PgO^ в твердых фазах изменяется от 1,583 в исходном фосфорите до 1,255 при R = I : 0,2 и затем снова возрастает до 1,313 при ft ; I : 0,4. Содержание усвояемых фосфатов в активизированном после обработки дФЛ фосфоритовом остатке возрас-

тает и достигает 30 % отн. (при использовании Трилона В) и более 50 % (при применении 0,1н HCl).

Для полного разложения фосфоритового остатка с целью получения Э[Ы требуется на 20+25 % меньше серной кислоты, чем для переработки исходного фосфатного сырья. При этом качество получаемой из активизированного фосфорита ЭЩ значительно выше вследствие снижения концентрации в ней MgO.

В случае переработки фосфатной суспензии на основе взаимодействия ЭФ;£ и фосфорита на фосфорсодержащее удобрение стехиометри-ческая норма серной кислоты на доразложение апатита до усвояемой формы PgOg по сравнению с получением аммофоса снижается на 16,5 + * 20 % отн.

Уменьшение нормы серной кислоты на доразложение активизированного фосфорита для получения удобрения или ЗМ связаны с образованием в системе в процессе взаимодействия фосфорита с ЭМ дикальций-фосфата и частичного разрушения кристаллической решетки апатита.

Сравнение рентгенограмм чистого фосфорита и твердой фазы фосфатных суспензий с различным соотношением R = I : 0,3 и I : 0,4 показывает их отличие друг от друга. Так, на рентгенограмме исходного фосфорита, наряду с дифракционными максимумами d 3,427; 2,782; 2,614; 1,922 (апатит); 3,312; 1,828 А (сС- кварц) имеются интенсивные пики с cL , 2,865 и 1,785 А, характерные для доломита, которые отсутствуют на дифрактограмме активизированного фосфорита. Это свидетельствует о глубоком обезмагнивании и декарбонизации фосфорита. 0 частичном разложении фосфатного минерала свидетельствует увеличение интенсивности пиков et - кварца при 3,317 и 1,825 А. Об образовании определенного количества дикальцийфосфага при взаимодействии 0ФА и фосфорита свидетельствует присутствие пиков 7,933; 4,318; 3,021 и 2,675 А.

Образование дикальцийфосфата, подтвержденное данными рентгенографических в ИК-спектроскопических исследований твердых фаз фосфатных суспензий, в определенной степени изменяет существующие до настоящего времени представления об особенностях взаимодействия фосфатов в системе СаО - PgO^ - Н^О, согласно которым разложение апатита в растворах, находящихся в равновесии с дикальцийфосфатом, заканчивается при достижении состава жидкой фазы равновесного и научно обосновывают снижение удельных расходов серной кислоты по сравнения с традиционными способами переработки фосфоритов ¿{аратау ко. удобрения и на 15-125 t отн.

Таблица 2.

Химический состав твердой фазы суспензии фосфорко-сернокислотного разложения фосфорита Каратау

}.\Т : Массовое соотно- : Содержание компонентов, мае. % гКоэффици-пп : гание ЭФ&фосфо- :__________________________:ент разло-

: ритиЬБОд ;р2°5 общ |Р2°5 уев СаО МдО | Ре203 :А1203:503 : :жения фосфорита, % <

I. 100 : 25 : 5 27,4 23,5 37,3 0,49 1,13 0,95 0,76 32,6 92,6 1—( го

2. 100 : 35 : 10 20,0 18,5 32,4 0,30 0,97 0,90 12,07 24,1 97,3 1

3. 100 : 35 : 20 4,27 4,14 26,3 0,21 0,71 0,51 34,54 21,1 99,7

4. 1С0 : 30 : 8 20,7 18,2 32,6 0,39 0,86 0,89 11,07 25,9 94,0

5. 100 : 30 : 15 6,9 6,1 26,8 0,21 0,66 0,54 28,6 23,8 98,2

Экспериментальные данные по влиянию кассового соотношения ЭФК: фосфорит:серная кислота на разложение фосфатного сырья и состав твердой фазы, представленные в таблице 2 показытают, что введение серной кислоты после предварительной обработки фоссырья ЭШ способствует практически полному его разложению при незначительном расходе н2зо4.

Проведенные нами физико-химические исследования процессов сер-но-, фосфорно- и фосфорно-сернокислотного разложения Фосфатного сырья :{аратау в незагустеващих суспензиях свидетельствуют о возможности наиболее максимального использования химической энергии фосфорной кислоты для вскрытия фосфатного минерала фосфоритов при существенном сокращении суммарной нормы серной кислоты.

Дальнейшая техническая переработка образующихся пульп мотет осуществляться двумя равноэффеятнкми вариантами:

- фосфатную пульпу, полученную путем взаимодействия фосфорита и ЗФК, смешивают при различных соотношениях с суперфосфатной пульпой на основе разложения фоссырья ¿(аратау слабой серной кислотой при неполной или стехиокетрической норме последней;

- фосфорит обрабатывают 3$;{ при массовых соотношениях ЗЙ{:фос-форИ1 > I : 0,35г0,40 в течение 1-2 ч. при температуре 50-75°С и затем в полученную фосфатную суспензия добавляют заданное количество серной кислоты.

Реологические свойства суспензий, образующихся при

фосфорно-сернокислотной переработке фосфорита №\ратау

Измерение плотности и вязкости фосфатных пульп, полученных разложением фоссырья »{аратау при 80°С содержащей 20,4 % и 2,5 % взвесей, проводили при температурах 60, 70 и 80°С в области массовых соотношений ЭФН:фосфорит до I : 0,2.

Анализ полученных данных показывает, что возрастание, массового соотношения фосфорит : 3&{ с I : 0,126 до I : 0,20 приводит к увеличении кинематической вязкести почти в 2 раза при 80, 70 и би°С. Относительно линейное влияние понижения температуры на повышение вязкости с увеличением доли фосфорита обусловлено, главным образом, только изменением вязкости жидкой фазы суспензий. Поскольку она представляет собой при всех изученных массовых соотноаениях фосфорит :ЭФК равновесный раствор системы СаО - Р2О5 - 1^0, а суспензия состоит из напьгценного раствора и частично- разложенного фосфорита, т.е.

!'е л всех четырёх соотношениях фосфорит:ЭФК жидкая фаза при данной температуре одинакова по составу. Пульпы различаются содержанием тг.ердой фазы. Снижение температуры с 80 до 60°С приводит к возрастанию плотности пульпы на 34+40 кг/tP и почти к двухкратному увеличению динамической вязкости фосфатной суспензии для всех изучениях соотношений. Поскольку жидкая фаза суспензий, как показывает теоретический анализ фазовой диаграммы растворимости и системы СаО - Р205 - HgO, представляет собой растворы, насыщенные дикальцийфос-ф».том, а последний имеет обратную температурную зависимость растворимости, понижение температуры не приводит к кристаллизации дополнительного количества твердой фазы и заметному снижению текучести фосфатных суспензий.

Определение реологических характеристик пульп на основе взаимодействия ЭФН и фосфорита при массовом соотношении Г/М".фосфорит, равном I : 0,35, что характерно для процесса с последовательным разложением фосфорита вначале ЭФК, а затем серной кислотой, проводили для ЭФК с содержанием 17+21 % Р^О^ и взвесей от I до 5 ? мае. при температурах 20-60°С.

Зависимость плотности фосфатной суспензии от концентрации ЭФД, ■ содержания взвесей и температуры представлена на рисунке 2.

Анализ полученных данных показывает, что плотность фосфатной суспензии при выбранных условиях проведения разложения в значительной мере зависит or всех варьируемых факторов. Причем при одинаковой температуре влияние концентрации ЗФК по мере возрастания взвесей значительно усиливается. Например, при 60°С для исходной Mit, содержащей 18 % PgOg, увеличение концентрации взвесей от I до % приводит к возрастанию плотности фосфатной пульпы на 8 кг/м^, а при тех же условиях для ЭФК с концентрацией 21 % Pg^g - на 18 кг/м^.

Таким образом, изучение реологических свойств фосфатных суспензий показывает, что они обладают достаточно высокой текучестью и могут транспортироваться имевшимися в производство фосфорных удобрений перекачивающими устройствами без каких-либо технологических затруднений.

Реологические свойства фосфатно-сульфатных пульп

Для определения плотности фосфатно-сульфатной суспензии в фосфатную пульпу, полученную вшоуказажшм методом, добавляли расчет-ног количество концентрированной (94,3 # HgSO^I с->;>::ой кислоты при

Содержание Зэ&есей 3 ЗФК% мае.

Рис.2. Плотность фосфатной пульпы в зависимости от концентрации ЭФЛ. взвесей и температуры

массовом соотношении фосфорит : Н^О^ = 3,7 : I. Продолжительность разложения составила I час, температура - 60°С,

Плотность фосфатно-сульфатной суспензии зависит от факторов, исследуемых нами, в ещё болькей степени, чем фосфатной. Это связано' с протеканием реакции разложения фосфата с образованием дигид-рата сульфата кальция и с уменьшением содержания жидкой фазы с одновременным повышением концентрации Р2О5 в ней. Это особенно заметно в суспензиях на основе МЛ, содеркагцей более 20,0 % Р^О^ и 2 % взвесей. Пак, для фосфатно-сульфатной суспензии, полученной на основе 17 %-ной Р^О^ ЭФК, при 60°С повышение концентрации взвесей от I до 4 % увеличивает плотность пульпы с 1467 до 1493 кг/м^ ( в фосфатной пульпе от 1453 всего лишь до 1465 кг/м ). Для тех же условий

с ЭФК 20« Ро0г плотность фосфатно-сульфатной пульпы при увеличении

** / 3

концентрации взвесей от I до возрастает с 1525 до 1550 кг/м (в

фосфатной пульпе от 1468 до 1489 кг/м*3).

Проведенные нами исследования показали, что добавление серной кислоты, несмотря на заметное повышение плотности суспензий, приводит к улучшению свойств суспензий. По сравнению с фосфатной фос-фатно-сульфатная пульпа практически не расслаивается, более мягкая и обладает достаточной для технологических целей текучестью. Аммо-низация фосфатно-сульфатной пульпы до рН 2,9+3,0 протекает без существенного изменения плотности пульпы.

При аммонизации кислой фосфатно-сульфатной пульпы до рН~3,0 происходит незначительное повышение плотности в среднем на 3+5кг/м^. Это, очевидно, объясняется образованием хорошо растворимого монофосфата аммония, что приводит к увеличению Ж:Т в системе и нивелированию возрастания плотности самой жидкой фазы.

Аммонизированная пульпа не расслаивается, твердая фаза находится во взвешенном состоянии в течение длительного времени. Ока сохраняет текучесть для исходной ЭФК с концентрацией Р^О^ 17+19 % до рН 3,5+3,7, а для кислоты с концентрацией 19,5+20,5 % до рН 3,2.

Таким образом, результаты исследования плотности пульп на основе фосфорно-сернокислотного разложения фосфатного сырья Наратау показали, что их реологические характеристики в исследованных условиях проведения процесса зависят от концентрации исходной ЗФл, взвесей, температуры и соотношения реагирующих компонентов.

Измерение плотности суспензий, образующихся на различных стадиях технологии ряда фосфорсодержащих продуктов, является надежным методом аналитического 1 ¡нтроля производства.

С технологической точки зрения для обеспечения надежной работа насосов, запорно-регулирующей арматуры и узла аммонизации оптимальным является проведение декарбонизации и разложения фоссырья ¿Саратау экстракционной фосфорной кислотой, содержащей 10,5+20,6 ¡? ^2^5 и взвес(,й ие более 3 %. При этих условиях фосфатная, фосфатно-сульфатная и аммонизированная суспензии имеют плотность не выпе 1540 кг/м3.

Изменение концентрации ОФК от 18,5 до 20,5 % Р^О^ приводит к незначительному (не более + I% абс.) отклонению содержания Р^Од в готовом продукте, что вполне отвечает требованиям технических условий.

На основании результатов исследования реологических свойств пульп и состава готового продукта, образующегося при различных условиях, видно, что наиболее оптимальными условиями получения ¿''ФАКС-! по схеме с последовательным разложением фосфорита ¿£аратау являются:

-концентрация исходной ЭФК 18,5+20,5 % Р20^;

-массовое соотношение ЭФКгфосфори^Н^О^ЮО: (30+35): (5+10);

-содержание взвесей в кислоте не более 3%.

В этих условиях готовый продукт содержит 33+36 % Р£0д, из которого более Ш?о находится в водорастворимой форме.

Технологическая схема получения МкКС-1 на основе последовательного разложения фосфорита ЭФК и серной кислотами

Результаты лабораторных исследований легли в основу промшлен-ной технологической схемы получения гранулированного фосфорного удобрения 1ФАКС-1, внедренной на Алмалыкском ПО "АММОФОС".

Сущность технологического процесса получения УФА'ЛС-! заключается в предварительной декарбонизации и разложении фосфатного сырья ¡(аратау вначале ЭФК., а затем серной кислотой, последующей аммонизации кислой фосфатно-сульфатной суспензии, сушки и грануляции в аппарате БГС.

Получение кислой фосфатно-сульфатной пульпы осуществляли в экстракторе 1-ой технологической системы цеха ЭФК-3 следующим образом:

Эй( и фоссырьё непрерывно дозировались в 1-ую банку экстрактора при массовом соотношении компонентов I:(0,32+0,37). Концентрация ЭФК поддерживается на уровне 18,5+20,5 % Р205 при содержание взве-

не более 3 %. Температура процесса - 45+65°С.

Полученная фосфатная пульпа с заданным для данной концентрации

и температуры непрерывно, с помощью погружного насоса, перекачивается во 2-ую банку экстрактора, куда одновременно дозируется требуемое количество серной кислоты, обеспечивающее соотношение ~г>3/СаО в фосфатно-сульфатной суспензии на уровне 0,4*0,55.

Контроль параметров технологического режима осуществляется:

- плотность фосфатной пульпы автоматически с помощью радиационного измерителя плотности, установленного на линии перекачки фосфатной пульпы из 1-ой во 2-ую банку экстрактора, а такте аналитически 1-2 раза в час гравиметрическим методом;

- плотность фосфатно-сульфатной суспензии - автоматически с помощью радиационного измерителя плотности, установленного на линии откачки пульпы из 2-ой банки экстрактора б сатуратор цеха Аммофоса -Я, а также аналитически I раз в час;

- расход ЭФК, подаваемый на стадию разложения по щелевому расходомеру;

- расход серной кислоты по индукционному и щелевому расходомерам с автоматическим регулированием по расходу ЭФК;

- подача фосмуки осуществляется камерными насосами и расход контролируется по значению плотности получаемой фосфатной пульпы;

- контроль СаО и в фосфатно-сульфатной пульпе производят путем аналитического определения проб I раз в 2 часа.

Полученная в цехе ЭФК-3 фосфатно-сульфатная суспензия перекачивается в сборник-хранилище ЭФК, снабженный 6-ю быстроходными м;-яшлками. Из хранилища полученная пульпа перекачивается на аммони-зацию в сатуратор, где нейтрализуется до рН 2,8+3,0. Для равномерного распределения и подачи аммиака установлены две форсунки из стали ЭИ-943.

Контроль рН пульпы осуществляется автоматически и аналитически с помощьо лабораторного иономера ЭВ-74 путем периодического отбора проб. Расход пульпы в сатураторе измеряется с помощью щелевого расходомера и регулируется с помощью пневматического клапана. Температура пульпы в сатураторе составляет 80-95°С.

Аммонизированная пульпа УФАКС-1 без упарки направляется на грануляцию и сушку в аппарате БГС. Температуру газов на входе в БГС поддерживают на уровне 550-7С0°С, а на выходе - 95+ИГ)0С. Содержание влаги в готовом продукте не должно превышать 2,5 %.

По физико-химическим показателям и показателям качества Я-АЛО-1 соответствует требованиям ТУ 113-08-44-04-91, зарегистрг'Р';-

ванным в Госстандарте РУз за И> 112/001520 от 05.03.92 г.

Разработанная нами технология гранулированного удобрения УФАКС-1 защищена двумя авторскими свидетельствами.

Новая технология позволяет по сравнению с производством аммофоса резко снизить удельные расходы серной кислоты на 20+25 % , аммиака более чем на 30 %, фосфатного сырья на 10+12;?, сократить выбросы в отвал фосфогипса на 30+35 %. Кроме того, резко упрощается технологический процесс за счет отсутствия стадии выпарки пульпы перед грануляцией, снятия значительной нагрузки с фильтров цеха ЭФЛ. Снижается уровень выбросов аммиака на стадии нейтрализации и пыли на складе готовой продукции, увеличивается в 1,1+1,2 раза его вместимость.

Разработанная нами и внедренная в промышленное производство технология нового гранулированного фосфорного удобрения УФАКС-1 является высокоэффективной как с точки зрения технологии, экономики, так и экологии.

ВЫВОДЫ

1. Впервые в широком диапазоне варьирования параметров с использованием данных теоретического анализа фазовой диаграммы СаО -Р205 - ^0 проведены систематизирование исследования взаимодействия фосфоритов Наратау в незагустевающих суспензиях с растворами серной (18-34$ мае.) кислоты и экстракционной фосфорной кислоты. На основе данных рентгенофазового и ИК-спектроскопического анализа твердых фаз фосфатных и фосфатно-сульфатных суспензий установлено, что в незагустеваищих суспензиях в области растворов, находящихся в равновесии с гидромонофосфатом кальция, практический коэффициент разложения фосфата в 1,15+1,25 раза выше теоретического, что предопределяет возможность снижения суммарной нормы кислотного реагента за счет максимального использования химической энергии ЭФК. .

2. Изучение реологических свойств кислых и нейтрализованных фосфатных и фосфатно-сульфатных суспензий с различным содержанием твердой фазы свидетельствует о том, что их плотность и вязкость являются сложной функцией состава ЭФК, соотношения реагирующих компонентов, нормы серной кислоты, температуры, а также рН.

Построена объемная номограмма зависимости плотности суспензий от входных параметров и установлено, что при оптимальных соотношениях иФЛ:фосфорит:Н2$04, равном 100:35:10 и концентрации Э$К 18+20,5

% Р^О^ суспензии на всех стадиях технологического процесса обладают удовлетворительными реологическими свойствами, которые являются надежным средством аналитического контроля и определяют технологичность процесса.

3. С помощью комплекса физико-химических методов анализа изучен компонентный и фазовый состав фосфорсодержащего удобрения на основе фосфорно-сернокислотного разложения фосфорита с пониженным расходом кислотного реагента. Показано, что основными фазами в готовом продукте, содержащими питательные элементы, являются дигидро-

' монофосфат аммония, гидромонофосфаты магния и кальция и незначительные количества (5+6 %) дигидромонофоефата кальция, а также сульфата кальция.

4. Результаты лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний позволили разработать и внедрить в промышленное производство на Алмалыкском ПО "АММОФОС" технологию нового гранулированного фосфорного удобрения УФА1СС-1, отличительной особенностью которого является раздельное или последовательное разложение фосфатного сырья экстракционной фосфорной и серной кислотами при пониженном расходе кислотного реагента. По разработанной технологии выпущено свьиле 150 тыс.тонн удобрения.

Научная новизна и практическая значимость диссертационной работы подтверждена двумя патентами на изобретение.

На новое удобрение УФАКС-1 разработаны, согласованы, утверждены и зарегистрированы Госстандартом РУ'з технические условии ТУ 113-08-44-04-91.

По своим показателям качества и физико-химическим свойствам УФАКС-1 превосходит аммофос и его применение на хлопчатнике, согласно заключения ЩНАО, позволяет получать дополнительный урожай 1,5+2,0 ц/га хлопка-сырца.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. А. с 1768566 СССР. Оюсоб получения фосфорсодержащего удобрения /Ш.С.Намазов, М.МЛирходжаев, Б.Д.Абдуллаев, Л.В.Коростелев, ¿.Ха-мидов, Г.Р.Ринберг и З.Ы.Турсунова. - Опубл. в Б.И. № 38, 1992.

2. Пол.решение по заявке № 5036636 /Способ получения фосфорсодержащего удобрения /Ш.С.Намазов, Г.И.Ибрагимов, Б.Д.Абдуллаев, З.М.Тур-сунова и др.от 17.09.9? р.

3. Намазов Ш.С., Абдуллаев Б.Д., Турсунсва З.М.■Высокоэкономичные

фосфорные удобрения на основе серно-фосфорнокислотной переработки фосфоритов Каратау//Тез.докл.ХУ Всесоюзн.конф.по ИВ. - Казань, 1991. - С.56. .

4. Б.Д.Абдуллаев, З.М.Турсунова, И.И.Хакимов. Фосфорные удобрения из фосфоритов Каратау с пониженным расходом серной кислоты //Тез. докл.Всесоюзной научно-практической конференции "Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны". - Ташкент, 1991. - С. 165.

5. Б.Д.Абдуллаев, З.М.Турсунова, М.М.Мирходжаев, Ш.С.Намазов. Физико-химические исследования состава фосфорсодержащего удобрения УФАКС-1 //Тез.докл.I конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию АН Узбекистана "Удобрения-93". - Ташкент, 1993. -С. 4.

6. Намазов Ш.С., Абдуллаев Б.Д., ТУрсунова З.М., Ибрагимов Г.И. Гранулированное фосфорное удобрение УФАКС-1 из фосфоритов Каратау //Тез докл. Межреспубликанской научно-технической конференции "Интенсификация процессов химической и пищевой технологии "Процессы-93". -Ташкент, 1993. - С.287.

7. Т^рсунова З.М., Абдуллаев Б.Д., Намазов Ш.С. Сернокислотное разложение фосфоритов Каратау в незагустевающей пульпе.//Деп. в УзНИИ Н1И № 1665 Уз-92-6 с.

8. Абдуллаев Б.Д., Намазов Ш.С., Турсунова З.М. Некоторые особенности разложения фосфатного сырья Каратау экстракционной фосфорной кислотой. //Деп. в УзНШНТИ Г 1666-Уз-92-9 с.

9. ТУрсунова З.М., Абдуллаев Б.Д., Намазов Ш.С. Реологические характеристики суспензий, образующихся в производстве фосфорсодержащих удобрений из фосфоритов Каратау. //Деп. в УзНИИНТИ )? 1б67-Уз-92-

9 с.

10. Абдуллаев Б.Д., Намазов Ш. С., ТУрсунова З.М. Фазовый состав промежуточных и конечных продуктов производства фосфорного удобрения УФАКС-1. //Деп. в ГФНТИ 1905-Уз-93-Ю с.

КИСЛОТА РЁАГЕНТЛАРИНИ Ш САРФ КИЛАДОГАН КОРАТОГ ФОСФОРИТЛАРИ АСОСВДА ФОСФОРЛИ УГИГЛАР ШИНИШ

ТУРСУНОВА ЗАЫИРА МАХКАМОВНА PE3EMS

Ыазкур илыий иш Коратог фосфоритларини экстракция фосфор ва сульфат кислоталари билан узаро таьоирини урганишга ва олинган ил-икй натикалар ёрдамида янги юкори эффектли фосфорли угитлар олиниш технологак асосларини яратишга багишланган.

Биринчи маротоба Са0-Р.,0^-Н,,0 диаграммасини назарий анализ к,и-лиш асосида олинган хулоеалардан фойдаланиб цотиб колмайд.иган сус-пензияда Коратог фосфоритлари билан сульфат ва зкстракция фосфор кислоталари ( ЭЖ ) билан парчалаш нроцессини систематик равищда ур-ганилган.

Сульфат ва сульфат-фосфат суспензияларининг «аттик, «.исмининг таркибий цисми рентгенография хамда ИК-спектроскопия методлари ёр-дамида аникланган.

Нордон ва нейтралланган фосфат хамда сульфат-фосфат суспензия-ларининг реологии хусусиятлари урганилган ва уларнинг натижалари шуни курсатадики, суспензияларнинг зичлик ва ёпишкоклиги ЗФК тарки-бига, реакция куришадиган моддаларнинг мицдорий нисбатига, сульфат кислотаси нормасига, температура ва рНга боглицлиги курсатилган.

Лабораторияда олиб борилган илмий изланишларнинг натижалари асосида янги юкори эффектли фосфорли угит УФАКС-1нинг технологияси яратилди ва бу технология Олмалик, "АШОФОС" ишлаб чикариш бирлалша-сига корий килинди ва 150 минг тоннадан ошикрок Угит ишлаб чикарилди,

Янги угит УФАКС-Ira техник шартлар ишлаб чицилган, тегиаши кор-хона ва тащсилотлар билан келишлган, тасдикланган ва Узбекистон Республикаси Давлат стандартида кайт «илинган.

PHOSPHATIC FERTILIZER ОМ THE BA6IS OP KAEATAU PHOSPHORITES BY THE LOWERED EXPENSE OF ACIDIC REAGENT TURSUNOVA ZAMIRA MAHCAMOVNA

SUMMARY

This dissertation work is devoted to elaboration of high effective technology of granulated phosphatic fertilizer UFAKS-I on the basis of Karateu phosphorites decomposition by lowered expense of wet-proeess phosphoric and sulphuric acids.

At first in a wide diapason of paramétrés varying by using of date of theoretical analyses СаО-Р^О^-Н^О phase diagram the' systematic investigation of Karatau phosphorites decaying by small con-sentrated (20-34%) sulphuric acid and wet-process phosphoric acid in поп get thick pulpe have been developed.

The reological properties ( density and viscosity ) of phos-phatic and phosphatic-sulphatic suspensions with a different content of solid phase were determined.

By means of physical aad chemical methods of analyeee the new phosphatic fertilizer's phase and component composition has been established.

On the basis of laboratory and industrial experiments the granulated phosphatis fertilizer UFAKS-I technology was developed end was instillated on Almalik „AMMOPHOS" industrial enterprise.

Подписано к печати гб.ОЧ.ЭДг. Заказ If 89 тира* 100 экз.

Отпечатано на ротапринта АН Республика Узбекистан г.Ташкент у л Муминова 13