Международный
научный журнал

Получение NPK-удобрения из мытого сушеного фосфоритового концентрата


Production of NPK-fertilizer from washed and dried float

Цитировать:
Получение NPK-удобрения из мытого сушеного фосфоритового концентрата // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Назирова Р.М. [и др.]. 2016. № 10(31) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/3774 (дата обращения: 23.07.2019).
 
Прочитать статью:

Keywords: washed and dried phosconcentrate; nitric acid; ammonium nitrate; potassium chloride; NPK-fertilizer

АННОТАЦИЯ

В последние годы на мировом рынке минеральных удобрений наблюдается высокий спрос на различные виды комплексных NPK-удобрений. Подобное положение вызвано, в первую очередь, их высокой агрохимической ценностью, так как такие удобрения позволяют вносить в почву одновременно все три наиболее ценных питательных элемента – азот, фосфор и калий.

Преимущество азотнокислотной переработки фосфатов заключается в том, что в ней азотная кислота используется двусторонне: как источник активного иона водорода и в качестве носителя азота – полезной составной части удобрений. Она не предъявляет высоких требований к фосфатному сырью, как это делает сернокислотная переработка. Разработана высокоинтенсивная и ресурсосберегающая технология получения нитрокальцийфосфатного удобрения путем разложения рядовой фосмуки ЦК неполной нормой азотной кислоты.

Показана принципиальная возможность гибкой технологии получения NPK-удобрений с различными соотношениями питательных веществ на основе азотнокислотного разложения мытого сушеного фосфоритового концентрата из фосфоритов Центральных Кызылкумов, хлорида калия и нитрата аммония.

Изучено влияние нормы азотной кислоты и соотношение N:P2O52О на коэффициент разложения Краз. мытого сушеного фосконцентрата. Определены оптимальные условия получения NPК-удобрения. Содержание питательных веществ в зависимости от соотношения NPК находятся в пределах от 38,69 до 50,53 %.

ABSTRACT

In recent years at the global fertilizer market a high demand for various types of complex NPK-fertilizers has been observed. Such a situation is caused, primarily, by their high agrochemical value because such fertilizers allow simultaneously bringing to the soil all three and the most valuable nutritional elements - nitrogen, phosphorus and potassium.

The advantage of phosphates nitric-acid processing is that nitric acid is used bilaterally there: as a source of active hydrogen ion and as a nitrogen carrier - the useful part of fertilizers. It does not impose high requirements to phosphate raw materials, as the sulfuric acid refining does. A high-intensity and resource-saving technology for producing nitrocalciumphosphate fertilizers is developed by expanding the ordinary ground phosphate of the cyanuric acid by the incomplete norm of the nitric acid.

The principal possibility of the flexible technology of producing NPK-fertilizers with different ratios of nutrients is shown based on nitric acid decomposition of washed and dried phosphorite concentrate from phosphorites of Central Kyzylkum, potassium chloride and ammonium nitrate.

The effect of the nitric acid norm and the ratio N:P2O52О on decomposition value Кtimes of washed and dried phosconcentrate is under study. Optimal conditions to produce NPK-fertilizers are determined. Nutrient content depending on the ratio of NPK is in the range of 38,69 to 50,53%. 

 

Введение. Анализ научно-технической литера­туры показывает, что проблеме переработки Кызылкумских фосфоритов на различные виды фосфорсодержащих комплексных удобрений посвящено очень много работ. Большинство из них направлено на изучение процессов получения простого и двойного суперфосфата, азотнофос­форно­кальциевого удобрения и активированных фосфорсодержащих удобрений.

Преимущество азотнокислотной переработки фосфатов заключается в том, что в ней азотная кислота используется двусторонне: как источник активного иона водорода и в качестве носителя азота – полезной составной части удобрений. Она не предъявляет высоких требований к фосфатному сырью, как это делает сернокислотная переработка. Разработана и внедрена на АО «Самаркандкимё» высокоинтенсивная и ресурсосберегающая техно­логия получения нитрокальцийфосфатного удобрения путем разложения рядовой фосмуки ЦК неполной нормой азотной кислоты [2–5]. Ее недостатки: потери окислов азота в газовую фазу; обильное пенообразование при разложении карбонатных фосфоритов; энергоемкость процесса выделения нитрата кальция; повышение гигроскопичности продукта при наличии в нем нитрата кальция.

В последние годы на мировом рынке минеральных удобрений наблюдается высокий спрос на различные виды комплексных NPK-удобрений. Подобное положение вызвано, в первую очередь, их высокой агрохимической ценностью, так как такие удобрения позволяют вносить в почву одновременно все три наиболее ценных питательных элемента – азот, фосфор и калий.

Из вышеизложенного следует, что весьма актуальной задачей является разработка технологии комплексных NPK-удобрений с улучшенными качествами из мытого сушеного фосконцентрата.

Объекты и методы исследования. При полу­чении новых видов комплексных NPK-удобрений использовали мытый сушеный фосфоритовый концентрат (МСФК) состава (вес. %): Р2О5 – 22,74; СаО – 42,90; СО2 – 9,04; MgO – 2,26; R2O3 – 2,76; SО3 – 2,24; F – 1,71; H2O – 1,04; н.о. – 8,23; хлорид калия Дехканабадского завода калийных удобрений (К2О-60 %), нитрат аммония (34,5 % N) и карбамид, производимые на АО «Чирчик-Максам» и 58,50%-ную азотную кислоту. Стехиометрическую норму азотной кислоты рассчитывали на разложение фосфатных и карбонатных минералов фосфорита до образования монокальцийфосфата и нитрата кальция. Норму азотной кислоты брали 40 и 60 % от стехиометрии.

Полученные образцы NPK-удобрений проанали­зи­ровали по общеизвестным методикам [1].

Коэффициент разложения подсчитывали по формуле , где Р2О5усв. – усвояемая форма по 2%-ной лимонной кислоте, Р2О5общ. – общее содержание фосфора в анализируемых образцах удобрений.

Результаты и их обсуждение. Для определения степени разложения и декарбонизации МСФК в зависимости от нормы азотной кислоты расчетное количество фосфорита при интенсивном и тщательном перемешивании в течение 10–20 минут обрабатывали кислотой. Взаимодействие МСФК с азотной кислотой протекает очень легко и практически без пенообразования и завершается за 5–10 мин. Процесс является экзотермическим, температура в зависимости от концентрации и нормы азотной кислоты поднимается до 40оС. Полученную массу после охлаждения подвергали химическому анализу.

 

Таблица 1.

Химический состав продуктов азотнокислотного разложения мытого концентрата, %

Норма НNO3

N

P2O5

CaO

CO2

H2O

Кр,

%

Кд,

%

общ.

усв.

водн.

общ.

усв.

водн.

20

2,63

18,49

5,11

-

34,38

9,30

5,27

5,88

8,84

27,64

34,88

40

4,47

15,48

8,26

0,41

29,60

15,79

8,95

3,74

14,80

53,35

58,80

60

5,79

13,53

10,42

0,83

25,17

20,44

11,58

1,80

19,42

77,01

80,07

80

6,79

11,91

11,36

0,92

22,47

21,72

13,95

0,94

22,76

95,38

96,01

   

На основе результатов анализа (таб. 1) установлено, что с повышением нормы азотной кислоты увеличивается степень разложения Кр фосфорита. При изменении нормы кислоты от 20 до 80 % Кр. увеличивается от 27,64 до 95,38 %. Азотнокислотный продукт, полученный при 20%-ной норме кислоты, содержит 2,6 3% азота виде нитрата кальция, 18,49 % общего фосфора, из них 27,64 % находится в усвояемой растения форме, в основном в виде дикальцийфосфата и активированного фосфата, 8,84 % влаги. В продукте водорастворимая форма Р2О5 практически отсутствует. Степень декарбонизации МСФК составляет 34,88 %. В продукте азот находится в виде сильно гигроскопичного нитрата кальция. С увеличением нормы азотной кислоты повышается коэффициент разложения МСФК. Например, при норме 40 % от стехиометрии коэффициент разложения составляет 53,37%, при норме 60% – 79,91%, при 80% – 95,38%, т.е. соответственно в 1,75, 2,63 и 3,16 раза. Одновременно с повышением нормы кислоты увеличивается содержание усвояемой формы фосфора. При норме 40 % продукт содержит 15,48 % общего фосфора, из них 53,35 % находится в усвояемой форме. Дальнейшее повышение нормы азотной кислоты приводит к образованию вначале мажущейся массы, далее трудно транспортабельной густой пульпы. При интенсивном перемешивании и норме азотной кислоты 20–60 % пенообразование практически не наблюдается. При 80%-ной норме кислоты процесс разложения МСФК необходимо проводить в присутствии ретура.

Для получения комплексного NPK-удобрения с различными соотношениями питательных веществ продукты азотнокислотного разложения МСФК при тщательном перемешивании обрабатывали нитратом аммония. Полученную массу гранулировали при влажности 15-18 % H2O на лабораторном тарельчатом грануляторе в присутствии мелкозернистого хлорида калия и ретура. Готовый продукт сушили при температуре 80-–90оС.После охлаждения сложное тройное удобрение подвергали химическому анализу.

Результаты химического анализа высушенных сложных удобрений (таб. 2) показывают, что с увеличением нормы нитрата аммония повышается степень разложения (Кр) МСФК, т.е. происходит химическая активация неразложенного фоссырья. Например, при соотношении N:P2O5 0,25:1 (или 1:4) Кр составляет 60,59 %, а с возрастанием соотношения от 0,5:1
до 3:1 Кр повышается от 61,09 до 68,66 %. Исследованиями установлено, что введение хлористого калия в систему практически не влияет на Кр.

Комплексное удобрение с соотношением N:P2O5:K2O=1:4:1, полученное при 40%-ной нормы азотной кислоты, содержит 4,22 % общего азота в виде нитрата кальция, 16,84 % общего фосфора, из них 63,00 % находится в усвояемой и 7,13 % водорастворимой формах, 4,21 % калия, 31,79 % кальция, их них 72,22 % в усвояемой и 41,27 % водорастворимой формах. Сумма питательных веществ NPK-удобрения составляет 48,23 %. А удобрение с соотношением N:P2O5:K2O=1:2:1, содержит 6,66% общего азота в виде нитратов кальция и аммония, 13,31 % общего фосфора, из них 63,18 % находится в усвояемой и 6,46% водорастворимой формах, 6,68% калия, 26,65 % кальция, из них 53,36 % в усвояемой и 30,24 % водорастворимой формах. Сумма питательных веществ составляет 48,88 %. Удобрение, полученное при соотношении N:P2O5:K2O=1:3:3, содержит 4,38 % общего азота в виде нитратов кальция и аммония, 13,15 % общего фосфора, из них 63,68 % находится в усвояемой и 6,46 % водорастворимой формах, 13,18 % калия, 25,71 % кальция, из них 53,33 % в усвояемой и 30,22 % водорастворимой формах. Сумма питательных веществ составляет 44,42 %. Для удобрения с соотношением 1:1,5:1 эти показатели соответственно равны 7,36 %, 11,02 %, 64,33 %, 7,62 %, 7,38 %, 24,25 %, 53,32 % и 30,23 %.

Таким образом, в полученных удобрениях при норме азотной кислоты 40 % в зависимости от соотношения N:P2O5:K2O сумма питательных веществ колеблется от 38,45 до 48,88 %.

Аналогичная зависимость наблюдается при получении NPK-удобрения, синтезируемого при 60%-ной норме азотной кислоты. Например, комплексное удобрение с соотношением N:P2O5:K2O=1:4:1, которое содержит 4,24 % общего азота в виде нитратов кальция, 16,97 % общего фосфора, из них 85,03 % находится в усвояемой и 7,7 6% водорастворимой формах, 4,27 % калия, 29,20% кальция, их них 79,96 % в усвояемой и 45,31 % водорастворимой формах. Сумма питательных веществ составляет 48,83 %.

  

Таблица 2.

Химический состав NPK-удобрения на основе продуктов АКР мытого сушеного фосконцентрата, нитрата аммония и хлорида калия в зависимости от соотношений N:P2O5:K2O и нормы азотной кислоты, %

N:P2O5:K2O

N

P2O5

К2О

CaO

Кр.

SNPKСа

общ.

усв.

общ.

усв.

Норма азотной кислоты – 40%

1:4:1

4,22

16,84

10,61

4,21

31,79

22,96

63,00

48,23

1:2:1

6,66

13,31

8,41

6,68

26,65

14,22

63,18

48,88

1:3:3

4,38

13,15

8,37

13,18

25,71

13,71

63,68

44,42

1:1,5:1

7,36

11,02

7,09

7,38

24,25

12,93

64,33

38,69

1:2:2

5,99

11,96

7,76

12,00

23,87

12,74

64,85

42,69

1:1,5:1,5

7,39

11,07

7,19

11,05

22,71

12,10

64,97

41,61

1:1:1

10,80

10,83

7,13

10,85

20,44

10,9

65,88

43,38

1:1:1,5

9,78

9,72

6,44

14,57

18,33

9,95

66,27

44,02

1:0,5:0,5

16,16

8,09

5,44

8,03

14,50

7,73

67,22

40,01

3:1:1

19,09

6,33

4,35

6,35

12,55

6,68

68,66

38,45

Норма азотной кислоты – 60%

1:4:1

4,24

16,97

14,43

4,27

29,20

23,35

85,03

48,83

1:2:1

7,02

14,07

12,04

7,01

26,49

21,19

85,57

49,29

1:3:3

4,32

12,91

11,07

12,92

24,38

19,45

85,75

49,60

1:1,5:1

8,42

12,62

10,83

8,40

24,11

19,28

85,82

48,72

1:2:2

6,20

12,38

10,65

12,41

23,71

18,96

86,03

49,95

1:1,5:1,5

7,83

11,73

10,11

11,71

22,47

17,97

86,19

49,24

1:1:1

11,09

11,11

9,58

11,1

20,15

16,12

86,25

49,42

1:1:1,5

9,58

9,56

8,29

14,32

18,42

14,73

86,72

48,19

1:0,5:0,5

16,12

8,07

7,05

8,05

15,38

12,31

87,32

44,55

3:1:1

21,01

7,02

6,16

7,01

12,44

9,95

87,75

44,99

 

Удобрение, полученное при соотношении N:P2O5:K2O=1:2:1, содержит 7,02 % общего азота в виде нитратов кальция и аммония, 14,07 % общего фосфора, из них 85,57 % находится в усвояемой и 8,38 % водорастворимой формах, 7,01 % калия, 26,49 % кальция, из них 79,99 % в усвояемой и 45,34 % водорастворимой формах.

Сумма питательных веществ в NPK-удобрениях в зависимости от соотношения питательных веществ изменяется от 44,99 до 49,95 %.

Из полученных результатов видно, что на степень разложения МСФК в основном влияет норма азотной кислоты и количество нитрата аммония.

Несмотря на повышенное содержание усвояемых форм Р2О5, СаО и питательных веществ, товарные свойства полученных образцов NPK-удобрений значительно хуже, так как при введении хлорида калия в азотно–фосфорную пульпу происходит его частичное взаимодействие с нитратом кальция с образованием нитрата калия и очень гигроскопического вещества – хлорида кальция. Определение физико-механических и товарных свойства полученных азотно-фосфорно-калийных удобрений показывает, что при относительной высокой температуре и влажности воздуха и длительном хранении наблюдается слеживание, так как одновременное присутствие в системе гигроскопичных солей (а именно нитрата кальция и нитрата аммония) повышает влагоемкость готовой продукции. Поэтому необходимо хранить продукт в плотно закрытых полиэтиленовых мешках.

Нами также изучено изменение содержания Р2О5усв. и СаОусв. (рис.1) в зависимости от нормы азотной кислоты и соотношения N:P2О52О. Установлено, что с увеличением нормы кислоты содержание Р2О5усв. и СаОусв. в полученных образцах удобрений повышается.

Например, при норме кислоты 40 % и при N:P2O5:K2O=1,0:1,0:1,0 содержание Р2О5усв. и СаОусв. соответственно равно 7,13 %, а при норме кислоты 60 % – 9,58 %.

 


Рисунок 1. Изменение содержания Р2О5усв.(а) и СаОусв.(б) в зависимости от соотношения N:P2О52О и нормы HNO3. Норма HNO3: 1 – 40 %; 2 – 60 %


Заключение. Показана принципиальная возможность гибкой технологии получения NPK-удобрений с различными соотношениями питательных веществ на основе азотнокислотного разложения мытого сушеного фосфоритового концентрата из фосфоритов Центральных Кызылкумов, хлорида калия и нитрата аммония.

Изучено влияние нормы азотной кислоты и соотношение N:P2O52О на коэффициент разложения Краз. мытого сушеного фосконцентрата. Определены оптимальные условия получения NPК-удобрения. Содержание питательных веществ в зависимости от соотношения NPК находится в пределах от 38,69 до 50,53 %. 


Список литературы:

1. Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.М. и др. // Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и ком-плексных удобрений, кормовых фосфатов. – М.: Химия. – 1975. – 218 с.
2. Реймов А.М., Эркаев А.У., Намозов Ш.С., Мирзакулов Х.Ч. О процессе разложения фосфоритов Централь-ных Кызылкумов неполной нормой азотной кислоты. // Узб. хим. журнал. – 2001. № 3. – С. 64– 66.
3. Реймов А.М., Эркаев А.У., Намозов Ш.С., Беглов Б.М. Физико-химическая свойства нитрокаль-цийфосфатных пульп. // Узб. хим. журнал. – 2001. № 6. – С.6–11.
4. Реймов А.М., Эркаев А.У., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотнокислотная переработка рядовой фосмуки Цен-трально-Кызылкумского месторождения. // Вестник ККО АН РУз. – 2001. № 5. – С. 37–39.
5. Реймов А.М. Разработка технологии получения нитрокальцийфосфатных и нитрокальцийсульфофосфат-ных удобрений на основе разложения Кызылкумских фосфоритов при неполной норме азотной кислоты. Автореф. дис… канд. техн. наук. – Ташкент, 2004. – С. 24.


References:

1. Vinnik M.M., Erbanova L.N., Zaitsev P.M. Methods for analysis of phosphate rock, phosphate and compound fertilizers, feed phosphates. Moscow, Khimiia Publ., 1975, 218 p. (In Russian).
2. Reimov A.M., Erkaev A.U., Namozov Sh.S., Mirzakulov Kh.Ch. On the process of decomposition of the Central Kyzylkum phosphorite by incomplete norm of nitric acid. Uzb. khim. zhurnal [Uzbekistan Journal of Chemistry], 2001, no. 3, pp. 64– 66 (In Russian).
3. Reimov A.M., Erkaev A.U., Namozov Sh.S., Beglov B.M. Physico-chemical properties of nitro calcium phosphate pulps. Uzb. khim. zhurnal [Uzbekistan Journal of Chemistry], 2001, no. 6, pp. 6–11 (In Russian).
4. Reimov A.M., Erkaev A.U., Namazov Sh.S., Beglov B.M. Nitric acid processing of ordinary ground phosphate of Central Kyzylkum field. Vestnik KKO AN RUz [Bulletin of the Academy of Sciences of Uzbekistan], 2001, no. 5, pp. 37–39 (In Russian).
5. Reimov A.M. Development of technology for nitrocalciumphosphate and calciumsulfitenitrophosphate fertilizers based on the decomposition of phosphate rock with incomplete Kyzyl Kum normal nitric acid. Cand. tech. sci. diss. Tashkent, 2004. p. 24. (In Russian).


Информация об авторах:

Назирова Рахнамохон Мухтаровна Nazirova Rahnamohon

старший преподаватель кафедры «Химическая технология», Ферганский политехнический институт, 100170, Узбекистан, г. Фергана, ул. Ферганская, 86 «А»

Ferghana Polytechnic Institute, Senior Lecturer of “Industrial Chemistry” Chair, 100170, Uzbekistan, Ferghana, Ferghanskaya Street, 86”A”


Таджиев Сайфиддин Мухиддинович Tadjiyev Sayfiddin

Институт общей и неорганической химии АН РУз, к.т.н., заведующий лабораторией комплексных удобрений, к.х.н., старший научный сотрудник, 100170, Узбекистан, Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77 «А»;

Institute of General and Inorganic Chemistry of Academy of Sciences Republic of Uzbekistan, Candidate of Technical Sciences, Head of Complex Fertilizer Laboratory, Candidate of Chemical Sciences, Senior Research Scientist, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Street, 77”A”


Закиров Бахтияр Сабиржанович Zakirov Bakhtiyar

Институт общей и неорганической химии АН РУз, д.х.н, директор института, 100170, Узбекистан, Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77 «А»

Institute of General and Inorganic Chemistry of Academy of Sciences Republic of Uzbekistan, Doctor of Chemistry, Director of the Institute, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Street, 77”A”


Тухтаев Сайдиахрол Tukhtayev Saydiakhrol

доктор химических наук, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбека, 77-а

Doctor of Chemical Sciences, academician, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek Str., 77-а


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66236 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAirediscovery

CiteFactor

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.