Изучение химического состава аммофосфата, полученного на основе фосфорнокислотной переработки забалансовой фосфоритной руды Центральных Кызылкумов

АННОТАЦИЯ

В данной работе  приводятся результаты исследований по изучению  химического состава аммофосфата, полученного на основе фосфорнокислотной переработки забалансовой фосфоритной руды Центральных Кызылкумов. Установлено влияние массового соотношения фоссырья и экстракционной фосфорной кислоты на содержание в готовом продукте азота, а также общих и усвояемых форм Р₂О₅. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования техногенного отхода – забалансовой руды в качестве альтернативного источника фосфорсодержащего сырья, а полученные удобрения на его основе вполне удовлетворяют требования сельского хозяйства. 

ABSTRACT

In the article research results of studying the chemical composition of ammophosphate obtained on the basis of phosphoric acid processing of off-balance phosphorite ore of the Central Kyzyl Kum are presented. The influence of the mass ratio of phos-raw materials and extraction phosphoric acid on the content of nitrogen in the finished product, as well as common and assimilable forms of Р₂О₅, has been established. The obtained results indicate the possibility of using industrial waste - off-balance ore as an alternative source of phosphorus-containing raw materials, and the produced fertilizers on its basis fully satisfy the requirements of agriculture.

Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, забалансовая руда (минерализованная масса),  разложение, аммонизация, аммофосфат.

Keywords: extraction phosphoric acid; off-balance ore (mineralized mass); decomposition; ammonization; ammophosphate.

Отечественный и зарубежный опыт применения минеральных удобрений показывает, что внесение оптимальных норм туков вдвое повышает урожайность сельскохозяйственных культур и улучшает их качество. Узбекским научно-исследовательским институтом хлопководства давно показано, что хлопчатник без удобрений дает урожай в 12 ц/га хлопка-сырца, а при применении 225 кг азота, 150 кг фосфора и 100 кг калия на гектар обеспечивается его гарантированный урожай в 30-35 ц/га. Затраты на производство и применение удобрений в 2-3 раза окупаются стоимостью дополнительно произведенной сельскохозяйственной продукции. В 2019 году в сельском хозяйстве Узбекистана выращен и собран богатый урожай сельскохозяйственной продукции – произведено более 6 млн. 500 тыс. т зерна и более 3 млн. т хлопка-сырца. Одним из основных факторов, определяющих урожайность растений, является применение минеральных удобрений, в частности фосфорсодержащих.

В настоящее время три АО: «Аммофос-Максам», «Самаркандкимё» и «Кокандский суперфосфатный завод» производят фосфорсодержащие удобрения, ассортимент которых состоит из аммофоса, супрефоса, обогащенного суперфосфата, PS-Агро, нитрокальцийфосфата и простого аммонизированного суперфосфата. В 2018 году предприятия Республики произвели 140,38  тыс. т фосфорных удобрений (в расчете на 100% питательных веществ). А потребность сельского хозяйства в них составляет в год 525,21 тыс. т P₂O₅. Наиболее сложная ситуация сложилась с производством фосфорсодержащих удобрений. Во-первых, не хватает качественного фосфатного сырья – мытого обожженного фосфоконцентрата (716 тыс. т в год со средним содержанием 26% P₂O₅), но несмотря на это, исследования по его переработке интенсивно развиваются [3,4].  В то же время на Кызылкумском фосфоритовом комбинате в отвалах скопилось свыше 10 млн. т минерализованной массы (12-14% P₂O₅), которая является отходом процесса обогащения фосфоритов. В условиях острейшего дефицита фосфатного сырья её тоже желательно вовлечь в производство фосфорсодержащих удобрений.

Одним из способов применения бедного сырья в производстве концентрированных фосфорных удобрений и снижения их себестоимости является технология получения аммофосфата [1,8,9,10].  Важным преимуществом аммофосфата является возможность использования при его производстве практически любого вида фосфатного сырья [5,6,7].

В соответствии с техническими условиями (ТУ 113-08-552-84) содержание общей формы P₂O₅ в аммофосфате должно быть не менее 38-39%, водорастворимой P₂O₅ не менее 26%, азота 4-5%, влаги не более 1,5%. Статическая прочность гранул – не менее 3 МПа (30 кгс/см²). Грансостав: содержание гранул 1-4 мм не менее 90%, менее 1 мм – не более 5%.[11]. 

Данные показатели говорят о том, что аммофосфат возможно использовать в качестве комплексного удобрения, а также и в виде одностороннего фосфорсодержащего удобрения, вносимого под зяблевую пахоту.

Учитывая вышесказанное, целью настоящего исследования явилось изучение химического состава аммофосфата, полученного фосфорнокислотной переработкой некондиционного сырья-минерализованной массы. А это в свою очередь будет способствовать не только расширению ассортимента фосфорсодержащих удобрений, но и утилизации огромного объёма скопившегося в отвалах техногенного отхода.

Объекты и методы исследования. В исследовании по получению аммофосфата использовали минерализованную массу (состав, вес. %: 14,33 Р₂О₅; 43,66 СаО; 1,19 MgO; 1,38 Fe₂O₃; 1,18 Al₂O₃ ; 2,22 SO₃; 14,70 CO₂; 1,75 F; 13,23 н.о.) – отход производства мытого обожженного фосфоконцентрата. Она образуется при первичной сухой сортировке фосфоритной руды Кызылкумского месторождения. Для разложения фосфатного сырья (ФС) применяли экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК), получаемую из мытого обожженного фосфконцентрата дигидратным способом на Алмалыкском АО «Аммофос-Максам» и имеющую состав (вес. %): 18,43 Р₂О₅; 0,21 СаО; 0,30 MgO; 0,44 Fe₂O₃; 0,79 Al₂O₃; 1,71 F; 1,47 SO₃. Для получения образцов аммофосфата, качество которых отвечало бы вышеуказанным требованиям, количество исходных компонентов брали исходя из массовых соотношений ЭФК : ФС от 100 : 15 до 100 : 30.

Опыты по разложению минерализованной массы фосфорной кислотой проводились в трубчатом стеклянном реакторе, снабженном винтовой мешалкой, приводимой в движение мотором. Необходимое количество экстракционной фосфорной кислоты помещали в реактор и разогревали до 65°С.  Расчетное количество фоссырья дозировали в течение 10-15 мин. при интенсивном перемешивании. Время взаимодействия компонентов после дозировки сырья составляло 45 мин. После этого кислые фосфатные пульпы нейтрализовали газообразным аммиаком до значений рН = 3,8-4,2. Необходимо отметить, что аммонизация пульпы при всех изучаемых соотношениях ЭФК : ФС приводит к её загустеванию. Поэтому мы добавляли в аммонизированную пульпу необходимое количество воды, чтобы сделать её текучей. Затем пульпы высушивали в термостате сначала при 60^оС в течение суток, а далее при 100^oС до постоянного веса. Высушенные образцы продуктов подвергались анализу по известным методикам [2]. Результаты химического анализа приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Состав аммофосфата, полученного в результате разложения минерализованной массы экстракционной фосфорной кислотой

Результаты и их обсуждение. Как видно из таблицы1, с увеличением массовой доли минерализованной массы в смеси с кислотой от 15 до 30 в продуктах содержание азота изменяется от 5,18 до 2,07%, фосфора – от 44,76 до 40,16%, усвояемой формы Р₂О₅ по лимонной кислоте – от 42,44 до 36,12%, усвояемой формы Р₂О₅ по трилону Б – от 41,51 до 34,52% и водорастворимой формы Р₂О₅ – от 32,75 до 25,95%. Относительные содержания усвояемых форм Р₂О₅ по лимонной кислоте, трилону Б и водорастворимой формы Р₂О₅ меняются при этом от 94,82 до 89,94%, от 92,74 до 85,96% и от 73,17 до 64,62% соответственно. Причиной этому является увеличение количества вносимого низкосортного фосфатного сырья.

Заключение. Таким образом, результаты исследований наглядно подтвердили целесообразность организации производства фосфорсодержащих удобрений, типа аммофосфата,  на базе некондиционного фосфорсодержащего сырья-забалансовой фосфоритной руды Центрального Кызылкума.

Список литературы:
1. Астрелин И.М., и др. А.с.1583402 СССР. МКИ С 05 В 11/04. Способ получения аммофосфата / - Б.И. 1990. – № 29.
2. Винник М.М. и др. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов /– М.: Химия, 1975. – 218 с.
3. Назирова Н.Р. и др. Получение NPK-удобрения из мытого сушенного фосфоритового концентрата// Universum:Технические науки:электронный научный журнал.-2016. №10(31). Режим доступа: URL:http://7universum.com./ru/tech/archive/item/3774.
4. Назирова Н.Р., и др. Интенсивная технология NPK-удобрений на основе мытого сушенного фосфоритового концентрата Центральных Кызылкумов // Проблемы современной науки и образования: научный журнал.-2019.№2(135). Режим доступа: URL:http://ipi1.ru/homepage/arkhiv-zhurnala.html.
5. Ортикова С.С., Алимов У.К., и др. Исследование водонерастворимой части кислой кальций фосфатной и аммофосфатной пульп, полученных на основе разложения минерализованной массы Кызылкумских фосфоритов экстракционной фосфорной кислотой. Химическая промышленность.- Санкт-Петербург,2015.- т.92, №6.- С. 289-296.
6. Ортикова С.С. и др. Рациональный способ решения проблемы переработки забалансовой руды фосфоритов Центральных Кызылкумов на аммофосфатное удобрение. Узбекский химический журнал. -Ташкент, 2015. - № 5. -С.56-60.
7. Ортикова С.С. и др. Фосфорные и азотнофосфорнокальциевые удобрения, получаемые путем фосфорнокислотной переработки забалансовой фосфоритной руды Центральных Кызылкумов Химическая промышленность сегодня.- Москва,2016.-№11.- С.13-21.
8. Суетинов А.А., Хамидов В.А. и др. А.с.1399301 СССР. МКИ С 05 В 19/00. Способ получения аммофосфата / - Б.И. 1988. – № 20.
9. Суетинов А.А. и др. Новые разработки в технологии аммофосфата // Обз. инф. НИИТЭХИМ. Сер.: Минерал. удобр. и сер. к-та. М.: НИИТЭХИМ. 1990. 51 с.
10. Суетинов А.А., Новиков А.А., Янишевский Ф.В., Микаев Б.Т., Габескирия О.В., Кузнецова А.Г., Левин В.И., Стародубцев В.С. Исследования, разработка и освоение технологии нового сложного удобрения – аммофосфата // Обз.инф. НИИТЭХИМ. Сер.: Минерал. удобр. и сер. к-та. М.: НИИТЭХИМ, 1987. – 56 с.
11. ТУ 113-08-552-84. Аммофосфат. 1984.