Описание результатов термогравиметрических анализов термофосфатов, полученных из фосфоритов Центральных Кызылкумов

АННОТАЦИЯ

Определен интервал варьирования температуры процесса термощелочной обработки низкосортных фосфоритов Центральных Кызилкумов  (ЦК). Исследован процесс получения термощелочных фосфорсодержащих удобрений из пылевой фракции и фосфоритовой муки ЦК с карбонатом натрия, калия и кварцевым песком в интервале различных массовых соотношений Ф : Nа₂СО₃, К₂СО₃: SiO₂ и температуры.

ABSTRACT

In this article, the temperature range of varying the temperature of the process of thermal alkaline treatment of low-grade CK phosphorites was determined. The process of obtaining thermo-alkaline phosphorus-containing fertilizers from the dust fraction and phosphorite flour of CK with sodium carbonate, potassium and quartz sand in the range of different mass ratios P: Na₂CO₃, K₂CO₃: SiO₂ and temperature has been investigated.

Ключевые слова: термофосфаты, термическая обработка, соли щелочных металлов, спекание, шихта, термогравиметрия, термощелочное разложение, эндотермический эффект.

Keywords: thermophosphates, heat treatment, alkali metal salts, sintering, charge, thermogravimetry, thermal alkaline decomposition, endothermic effect.

В настоящее время для удовлетворения потребностей аграрного сектора в производстве фосфорных и химических удобрений предлагается несколько методов обогащения сырья. Нами были изучены процессы термической щелочной активации с помощью различных неорганических солей низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов. Сначала взвешивали с точность ± 0,01 г исходные вещества (фосфоритовая мука Центральных Кызылкумов, карбонат калия и кварцевый песок). Отмеренные количества компонентов тщательно перемешивались в фарфоровой ступке и просеивались на сите №1. Из полученной массы приготовили шихты, из которых формировали таблетки диаметром 50 мм и высотой 10-15 мм с использованием гидравлического лабораторного пресса при давлении прессования 35-40кгс/см². Отформованные лабораторные образцы подвергались естественной сушке при комнатной температуре 25-30⁰С в течение суток. Затем образцы высушивали в сушильном шкафу при температуре 105-110⁰С в течение 2 ч. [1].

Образцы, полученные по вышеприведенному способу, содержат 17.88-18.94% общего фосфорного ангидрида и 48,09-50,5% общего оксида кальция. Из них 13,57-16,83% фосфора и 37,87-45,43% кальция, соответственно, находятся в усвояемой форме. Для выяснения механизма образования термофосфатов были исследованы образцы шихты, составленные из фосфорита Джерой-Сардаринского месторождения, хлорида калия и кварцевого песка, а также шихта, состоящая из фосфорита, сульфата калия и кварцевого песка. Исследование проводили с помощью дериватографа LABSYSEVOSTA (SETARAMEVOLUTION, Франция) в интервале температур 30-1100⁰С. Скорость подъема температуры составляла 10 град/мин, масса навески – 360 мг. Химический состав твёрдых фаз, промежуточных и конечных продуктов реакции, содержание Р₂О_5, определяли фотоколориметрическим методом, а Са⁺², Mg⁺² методом комплексометрического титрования [3].

Экспериментальные данные термографического исследования образцов показали, что принципиальное различие от известных процессов при 740⁰С и выше. Так, на дериватограмме шихты фосфорит : хлорид калия: песок выявились дополнительные эндотермические эффекты, связанные с плавлением хлорида калия (770 и 800⁰С) и образованием кальциевокалиевых и кальциевосиликатных фосфатов (выше 1020⁰С). Исследование шихты, состоящей из фосфорита и сульфата калия, показало, как и в предыдущих случаях, появление эндотермического эффекта при 110⁰С, вызванный удалением гигроскопической влаги. Эндотермические эффекты в интервале температур 110-180–315⁰С свидетельствуют о дегидратации присутствующих минеральных солей при 410-770⁰С – плавление сульфата калия, диссоциация карбонатных пород, т.е. полное разложение кальцита и других карбонат содержащих минералов. При температуре выше 1000⁰С происходит перестройка кристаллической решетки фосфорита и образование двойных фосфатов калия (табл. 2). [5]

Таблица 1.

Термическая обработка Кызылкумских фосфоритов в присутствии К₂СО₃ и SiO₂ при различных температурах

*- соотношение: Ф/с : К₂СО₃ : SiO₂ = 1:0,16:0,10

Процессы, протекающие при спекании смесей вышеуказанных руд, приводят к образованию целого ряда соединений, включающих их многочисленные примеси, поэтому о механизме термощелочного разложения фосфатов можно лишь предполагать. Потеря массы объясняется удалением кристаллизационной воды, а также газообразных компонентов СО₂, HF, SiF₄. Исследование продуктов реакции, полученных в условиях, соответствующих термическим эффектам на дериватограммах, а также кинетика процесса позволили выявить особенности механизма основного процесса и сопутствующих ему химических превращений, а также оптимальные параметры процесса [6].