Описание результатов термогравиметрических анализов термофосфатов, полученных из фосфоритов Центральных Кызылкумов

Description of the results of thermogravimetric analyzes of thermophosphates obtained from phosphorites of Central Kyzylkum
Цитировать:
Нурмуродов Т.И., Ахтамова М.З., Рахимова Г.С. Описание результатов термогравиметрических анализов термофосфатов, полученных из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 5(83). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/11658 (дата обращения: 21.06.2021).
Прочитать статью:

 

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 Р2О5, 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

№ п.п

t,0С

Химический состав обожженного продукта, %

Сумма питательных компонентов,Р2О5общ.+

К2Ообщ

2О5.2О+

СаОусв.)

Р2О5 общ.

Р2О5усв.

по лим.

кис-те

Р2О5усв.

По три-лону Б

СаОобщ.

СаОусв.

Р2О5усв.

Р2О5общ.

по лим. кис-те

Р2О5усв.

Р2О5общ.

По три-лону Б

СаОусв.

СаОобщ.

 

К2О

1

900

17.88

13.57

12.31

48.09

37.87

75.89

68.85

78.75

12.16

30.04 (67.91)

2

1000

17.92

14.03

12.60

48.20

39.45

78.29

70.31

81.84

12.19

30.11 (69.56)

3

1100

18.45

15.27

13.39

49.63

41.5

82.76

72.57

83.62

12.55

31.0 (72.5)

4

1200

18.59

16.04

13.79

50.0

43.27

86.28

74.18

86.54

12.64

31.23 (74.50)

5

1250

18.94

16.83

14.4

50.95

45.43

88.86

76.03

89.16

12.88

31.82 (77.35)

*- 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].

Таблица 2.

Результаты термогравиметрического исследования шихты: фосфорит, хлорид калия, кварцевый песок

Температурный

интервал, оС

        Потеря массы

Потеря массы

мг

%

30-125

5.0

5.8

Удаление гигроскопической влаги

125-200

5.0

5.8

Дегидратация минералов

Удаление кристаллической влаги

200-565

15.5

18.0

Диссоциация сидерита, полиморфное превращение SiO2, начало диссоциации магнезита

565-740

18.0

20.7

Диссоциация присутствующих минералов магнезита, дегидратация галлуазита

740-940

14.0

16.2

Начало диссоциации кальцита

940-1020

19.0

10.3

Диссоциация кальцита

Выше 1020

20.0

23.2

Продолжение процесса разложения кальцита с выделением СО2 в газовую фазу, разложение фторапатита с выделением в газовую фазу HF и SiF4, образование кальциево-калиевых- и силикатофосфатов

Итого

86.5

100.0

 

 

Образующиеся соединения определяются строением участков системы СаО-K2O-Na2О-MgO-(Al,Fe)2О32О5-SiO2. Основные кристаллические фазы представлены лимоннорастворимыми фосфатами СаКРО4, MgKPO4, фосфатом со структурой фторапатита (0.1 масс.% F в готовом продукте), а также, вероятно, образующимися твердыми растворами фосфатов с силикатами кальция, алюмосиликатами, хлоридом кальция. В связи с неполным разложением исходного сырья готовый продукт содержит исходные компоненты [8].

 

Рисунок 2. Дериватограмма шихты приготовленной в присутствии щелочных металлов карбоната

 

На дериватограмме при применении карбоната калия (рис. 2) наблюдается один дуплетный и один тройной эндоэффект при 115, 205 и 720, 840, 8600С, который показывает два процесса, протекающих в двух и трех стадиях, соответственно показывающий процесс дегидратации и диссоциации карбонатов с образованием ренанита калия. Также наблюдается трехмаксимумный экзоэффект при 3300С.

В этих интервалах колебания температуры потери массы практически не наблюдается без учета 1,052 мд/мин при 3300С, которую можно отнести за счет сгорания органики из фосфорсодержащей составляющей. Исходя из этого, можно заключить, что оптимальным температурным интервалом варьирования карбоната калия является 850-9500С.

 

Список литературы:

  1. Нурмуродов Т.И., Ахтамова М.З., Турдиева О.Дж., Каримов О.А. Переработка фосфоритов солями щелочных металлов для обогащения. Universum: технические науки. №12/81. Россия 2020 г.
  2. Nurmurodov T.I., Erkaev A. U., Khurramov N.I., Akhtamova M.Z., Bozorova N.N. Phosphor-calcium fertilizers on the basis of phosphate raw material of Central Kyzylkum. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology .May 2018. Vol.5, Issue 5, p. 5841-5845.
  3. Нурмуродов  Т.И.,  Эркаев  А.У.,  Мирзаев  А.У.,  Ахтамова  М.З. Исследование  процесса  получения  экстракционной  фосфорной  кислоты  из фосфоконцентрата  Ценральных  Кызылкумов  //  Universum:  Технические науки:  электрон  научн.  журн.  2018  №  7(52).  С.  URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6162. (02.00.00 №1)
  4. Нурмуродов Т.И., Комилов Ж., Тураев М.П.. Трансформация формы P2O5 при термохимической активации природных фосфатов«Горно-металлургический комплекс: проблемы и их решения»г.Алмалык, 8 апрелья 2015. -С.147
  5. T.I.Nurmurodov, O.A.Karimov, S.S.Umarov. Full Describing Of Microstructural Analysis of Low Grade Central Kyzylkum Phosphorites. Solid State technology. USA. Vol. 63 No. 5 (2020)
  6. Nurmurodov T.I., Axtamova M.Z. Fosforit xomashyosi asosida termofosfatlar olish jarayonining optimal sharoitlarini o’rganish. “Образование и наука в ХХI веке”. Научно-образовательний электронный журнал №7. РФ Кемеровская область. 2020 йил.
  7. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов // М.М.Винник, Л.Н.Ербанова, П.М.Зайцев, Л.А.Ионова и др. -  М.: Химия, 1974, 218 с.
  8. Т.И.Нурмуродов, М.З.Ахтамова, Ф.И.Худойбердиев. Investigation of optimum conditions of the process of obtaining thermal-alkaline phosphates. Science and education in Karakalpakstan. 1-сон. Нукус-2020 й.
Информация об авторах

д-р тех. наук, профессор, Навоийский государственный горный институт, кафедра «Химическая технология», Узбекистан, г. Навои

Professor, Navoi State Mining Institute, Department of Chemical Technology, Uzbekistan, Navoi

докторант, Навоийский государственный горный институт, кафедра «Химическая технология», Узбекистан, г. Навои

PhD student, Navoi State Mining Institute, Department of Chemical Technology, Uzbekistan, Navoi

магистрант, Навоийский государственный горный институт, кафедра «Химическая технология», Узбекистан, г. Навои

Student of master degree, Navoi State Mining Institute, Department of Chemical Technology, Uzbekistan, Navoi

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top