Плотность и вязкость карбонатсодержащих суспензий, образующихся при конверсии нитрата кальция

Введение

Прогрессивным направлением в переработке низкосортного фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения, который позволяет использовать азотную кислоту не только как средство для перевода нерастворимых фосфатов в растворимую форму, но и как дополнительный источник питательных элементов.

Одним из важнейших вопросов в производстве фосфорсодержащих удобрений методом азотнокислотного разложения фосфоритов Центральных Кызылкумов является оптимальный выбор способа переработки побочного продукта – нитрата кальция. Образующийся нитрат кальция обладает неудовлетворительными физико-химическими свойствами, содержит около 10-11% азота, т.е. мало пригоден для применения в качестве удобрения. В научно-технической литературе имеются несколько способов переработки этого продукта [4, 6-8], из которых наибольший практический интерес представляет конверсия нитрата кальция в карбонат кальция и нитрат аммония с помощью углекислого аммония [5].

Ранее нами [1-3] было показано, что при репульпации и аммонизации азотнокислотной вытяжки на стадии азотнокислотного разложения предварительно обработанных фосфоритов образуется суспензия, состоящая из растворов нитрата аммония и кальция (НАК) и преципитата. Первая часть фильтрата, образующаяся при отделении преципитата возвращается в стадию репульпации азотнокислотной пульпы в качестве циркулирующего раствора нитрата аммония и кальция. Вторую часть раствора НАК можно перерабатывать с применением различных методов:

1. Непосредственная упарка раствора с получением азотнокальциевого удобрения, однако при этом получается продукт с неудовлетворительными физико-химическими свойствами.

2. Конверсия нитрата кальция раствором карбоната аммония с получением нитрата аммония и карбоната кальция по следующему уравнению:

Са(NO₃)₂ + (NH₄)₂СO₃ = СаСO₃ + 2NH₄NO₃

После отделения шлама фильтрат, содержащий аммиачную селитру, направляется для предварительной обработки низкосортных фосфоритов в качестве циркулирующего раствора. Отфильтрованный промытый мел может быть использован как строительный материал или высокоэффективное средство для известкования почв.

Необходимо отметить, что в процессе конверсии нитрата кальция в циркулирующем растворе образуется карбонатсодержащая суспензия с различным соотношением ЦР : СаСО₃ [9]. В связи с этим нами были изучены реологические свойства (плотность и вязкость) карбонатсодержащих суспензий.

Экспериментальная часть

Плотность исследуемых пульп замеряли пикнометрическим методом (точность измерения до 10⁻⁵ г/см³), вязкость – с помощью стеклянного капиллярного вискозиметра ВПЖ-1 (точность измерения ±0,1%) при температурах 20, 30, 40, 50 и 60°С (точность определения температуры ± 0,1°С). Для измерения плотности и вязкости суспензий соотношение ЦР : СаСО₃ варьировали в широких пределах от 3 : 1 до 8 : 1 и отношения N_а : N_н (соотношение аммиачного азота к нитратному) в растворе - от 0,2 до 1,0.

Результаты исследований

Как видно из экспериментальных данных (табл. 1 и 2), с повышением соотношений ЦР : СаСО₃, N_а : N_н и температуры плотность суспензии снижается. Например, при ЦР : СаСО₃ 3 : 1 и 4 : 1 с повышением N_а : N_н от 0,2 до 1,0 плотность суспензии уменьшается от 1,458, 1,447 до 1,293, 1,272 г/см³ при 20°С и от 1,429, 1,420 до 1,272, 1,249 г/см³ при 60°С соответственно при концентрации суммы солей 30% (табл. 1). Такая же картина наблюдается при концентрации суммы солей 50% и колеблется от 1,585, 1,568 до 1,386, 1,369 г/см³ при 20°С и от 1,562, 1,543 до 1,368, 1,349 г/см³ при 60°С соответственно (табл. 2). С увеличением доли нитратов кальция, т.е. со снижением соотношения N_а : N_н плотность увеличивается в 1,14 и 1,16 раза соответственно, при соотношении ЦР : СаСО₃ = 3:1 и 8:1 (температура 20°С). Повышение соотношений ЦР : СаСО₃, N_а : N_н и влияние температуры на вязкость суспензии нивелируется (табл. 3 и 4), что связано с большой текучестью раствора нитрата аммония.

С варьированием перечисленных параметров плотность суспензии изменяется в интервалах 1,272-1,415 и 1,368-1,502 г/см³, вязкости - в интервалах 1,30-3,78 и 1,49-7,09 сП соответственно при сумме солей 30-50%.

Таблица 1.

Плотность карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -30%)

Таблица 2.

Плотность карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -50%)

Таблица 3.

Вязкость карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -30%)

Таблица 4.

Вязкость карбонатсодержащей суспензии (концентрация НАК -50%)