Разложение и промывка мытого обожженного фосфоконцентрата Центрального Кызылкума

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты первой и второй промывки водой в соотношении 1:1 мытого обожженного фосфоконцентрата Центрального Кызылкума разлагаемой соляной кислотой,  и процесса сушки.

ABSTRACT

The article presents the results of the first and second washing with water in a 1:1 ratio of washed calcined phosphoconcentrate of Central Kyzyl Kum with decomposable hydrochloric acid, and the drying process.

Ключевые слова: соляная кислота, мытый обожженный фосфоконцентрат (МОФК) Центрального Кызылкума, солянофосфорнокислотная пульпа, аммиачный газ, фосфоконцентрат.

Keywords: hydrochloric acid, washed calcined phosphoconcentrate (WCPhC) of the Central Kyzyl-Kum, hydrophosphoric acid pulp, ammonia gas, phosphoconcentrate.

Введение. Быстрый рост населения, сокращение доступных земельных и водных ресурсов усугубляет проблему производства новых удобрений во всем мире. Поэтому одной из важных задач в отрасли удобрений и сельского хозяйства является удовлетворение спроса населения на качественную продукцию. В то же время обеспечение сельского хозяйства высокой эффективностью удобрений является актуальной проблемой.

Изучен прямым преципитированием солянокислотной вытяжки, полученной разложением минерализованной массы (14,60 % Р₂О₅) и фосфоритовой муки (17,09 % Р₂О₅) соляной кислотой, получен удобрительный преципитат состава 23,21-23,69 % Р₂О₅ и 25,07-27,22 % Р₂О₅, соответственно [1-4]. Основным сдерживающим фактором в реализации промышленного производства удобрительного преципитата солянокислотным способом является утилизация хлорида кальция, образующегося в процессе переработки.

Одним из эффективных способов производства минеральных удобрений является их производство без отходов. Это приводит к значительному снижению стоимости ряда процессов при производстве удобрений. Это также повышает эффективность доставки питательных веществ потребителю при низких затратах, также позволяет эффективно использовать соединения кальция, которые образуются как отходы. Поэтому мы стремимся создать научную базу для производства азотно-фосфорных и азотно-фосфорно-калийных удобрений на основе безотходной технологии. Для этого проведен анализ разложения и фильтрации термоконцентрата из Центрального Кызылкумского фосфорита в соляной кислоте.

Объекты и методы исследавания. Лабораторные эксперименты проводились на лабораторной установке, состоящем из стеклянного трубчатого реактора, оборудованного винтовым смесителем с электродвигателем. Для проведения лабораторных работ выбрали мытого  обоженного фосфоконцентрата Центрального Кызылкума (МОФК)  (состав: Р₂О₅ – 25,71%; СаО – 55,68%; СО₂ – 2,83%; MgO – 1,19%; R₂O₃ – 3,79%; SО₃ – 5,01%), и их было обработано 31,4%ной соляной кислотой в течение 1-2 часов с неполными стехиометрическими нормами. Норму соляной  кислоты – 45-75% от стехиометрии рассчитывали на разложение фосфатных, карбонатных минералов и свободного кальция до образования монокальцийфосфата и хлорида кальция. Взаимодействие МОФК с кислотой происходило в «твердофазном режиме» без пенообразования. Температура процесса по нормами соляной кислоты варьируются 65-85 ^оС. Хлорид кальция, содержащийся в полученной солянофосфорнокислотной пулпе, нейтрализовали газообразным аммиаком до рН 5,0-5,5, чтобы предотвратить потерю оксида фосфора во время фильтрации.

Нейтрализованную солянофосфорнокислотную пулпу фильтровали в соотношении 1:1 воды к экстракту хлорида кальция. Фильтрат, полученный во время первого процесса фильтрации, используется в качестве сырья для получения дефолиантов. После второй фильтрации фосфоконцентрат высушивали. Проведен химический анализ солянофосфорнокислотной пульпы, полученной из лабораторных исследований, на содержание влажных и высушенных фосфоконцентратов, полученных после фильтрации 1 и 2. Определили Р₂O₅ (общий, усвояемый и водорастворимый) всех полученных продуктов фотоколориметром КФК-3 фотометрическим методом в желтом фосфорванадиймолибденовом комплексе на длине волны λ = 440 нм [5].

Содержание азота определяли по методу Кьельдаля перегонки и хлораминовыми методами [6]. Все формы кальция были обнаружены комплексометрическими методами путем титрования трилоном-Б в присутствии флюорексона или хромового синего [7]. Хлор был определен методом Мора [8]. Фильтрацию солянофосфорнокислотной пульпы, разбавленной водой, проводили на вакуумном насосе КSL-252.

Результаты исследований и обсуждение: После обработки сожженного фосфоконцентрата соляной кислотой образуются частично монокальцийфосфат и дикальцийфосфаты по следующими реакциями:

                                      (1)

                                             (2)

В результате нейтрализации аммиаком среди ,  и  происходит следующая реакция:

                                            (3)

В результате третьей реакции количество фосфора, потерянного в процессе фильтрации, резко снижается.

Анализ химического состава 1-фильтрата, полученного в процессе фильтрации показал, что при норме кислоты 45% содержание хлорида кальция составляло 18,88%, с увеличением нормы кислоты от 55 до 75%  содержания хлорида кальция увеличивается 1,06-1,16 раз соответственно. При норме кислоты 75%, солянофосфорнокислотная пульпа имеет высокое содержание хлорида кальция, когда ее фильтруется в фильтрате концентрация хлорида кальция, а в фосфоконцентрате концентрация фосфора будеть высокая (таблица 1.).

Таблица 1.

Химический состав фильтрата, полученного фильтрацией солянофосфорнокислотной пульпы, %

Как видно из результатов (таблица 2), когда содержание кислоты составляет 45%, содержание общего фосфора 14,33%,  общего кальция 31,04%, из них 54,63 % в виде усвояемой форме. Изучены увеличение усвояемую форму фосфора и кальция на 1,09-1,20 и 1,10-1,25 раза в зависимости увеличении стехиометрической нормы соляной кислоты от 55 по 75% соответственно.

При промывке солянофосфорнокислотной пульпы водой в соотношении 1:1 с удалением хлористого кальция резко уменшилось содержания хлора на сухой массе. Например, при 75 % стехиометрической норме, содержание хлора в солянофосфорнокислотной пульпе составляет 18,77%. 5,35 раз после первой промывки, после второй промывки содержание хлора была уменьшена в 58,65 раза по сравнению с пульпой.

Влажный фосфоконцентрат, полученного 2-промывного от хлорида кальция высушивали. Высушенный фосфоконцентрат используется в качестве сырья для производства различных питательных веществ: азотно-фосфорных, азотно-фосфорно-калийных и микроэлементных удобрений. При норме кислоты 45% содержание общего и усвояемых форм фосфора в фосфоконцентрате составляет 33,07% и 16,20% соответственно, а кальция - 45,43% и 12,94% соответственно. При повышении нормы с 55 до 75% усвояемые формы фосфора и кальция возрастают в 1,25-1,86 и 1,24-1,80 раза соответственно.

Таблица 2.

Химический состав солянофосфорнокислотной пульпы, влажного и сухого фосфоконцентрата, %

Когда солянофосфорнокислотную пульпу дважды промывают водой и сушат, общее содержание фосфора в фосфоконцентрате увеличивается от 2,3 до 3,54 раза, количества общего кальция от 1,3 до 1,46 раза в сравнении солянофосфорнокислотной пульпой.

Увеличение общего кальция меньше чем фосфора, это объясняется часть кальция вымывается водой в форме хлорида кальция.

Заключение. Фосфоконцентрат, полученный разложением соляной кислотой МОФК путем очистки  методом двукратной промывкой водой соотношением 1:1 можно использовать как минеральное удобрение, а также вторичное сырье для получение комплексных удобрений. Для решение проблемы получение дефолианта, конечно, 1-фильтрат, считается экономически эффективным вторичным сырьем и со стороны экологии в виде безотходной технологии решено утилизации отходов промыщленности.

Список литературы:
1. Султонов Б.Э., Сапаров А.А., Намазов Ш.С. Азотнокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 11(56). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6629 (дата обращения: 03.01.2020).
2. Получение преципитата на основе мытого обожженного фосфоритового концен- трата // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. Шамуратова М.Р. [и др.]. 2017. № 7(40). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5007
3. Султонов Б.Э., Намазов Ш.С., Закиров Б.С. Солянокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Горный вестник Узбекистана, Научно-технический и производственный журнал. Навоий., 2015. №1, С.99-101.
4. Султонов Б.Э., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Реймов А.М. Солянокислотная переработка высококарбонатной фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов на удобрительный преципитат. // Химическая промышленность, Санкт-Петербург, 2015, №4, С.163-168.
5. ГОСТ 20851.2.75. Методы определения содержания фосфора. –М.: Изд. стандартов, 1983.– 22 с.
6. ГОСТ 30181.4-94 Методы определения суммарной массовой доли азота, содержащегося в сложных удобрениях и селитрах в аммонийной и нитратной формах (метод деварда).//Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации – Минск: - 1996. –7 с.
7. Винник М.М., Ербакова Л.И., Зайцев Г.И.. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.: Химия, 1975.– 218 с.
8. Климова В.А. Основные микрометоды анализа органических соединений. – М.: Химия, 1975. – 224 с.