Исследование физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций-фосфатной спиртовой пульпы

Study of physical and chemical properties of ammonized nitro-calcium phosphate alcohol pulp
Цитировать:
Исследование физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций-фосфатной спиртовой пульпы // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Хошимханова М.А. [и др.]. 2020. № 4 (70). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/9168 (дата обращения: 19.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты физико-химических исследований аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы. Предложено использование ленточного вакуумного фильтра в производстве фосфорных удобрений на основе фосфоритов месторождения Центральных Кызылкумов.

ABSTRACT

The results of physicochemical studies of ammoniated nitro-calcium phosphate alcoholic pulp are presented. The use of a belt vacuum filter in the production of phosphate fertilizers based on phosphorites of the Central Kyzylkum deposit is proposed.

 

Ключевые слова: фосфорные удобрения, фосфориты, обогащение, этанол, аммонизированная нитро-кальций фосфатная спиртовая пульпа, физико-химические свойства.

Keywords: phosphorus fertilizers, phosphorites, enrichment, ethanol, ammoniazed nitro-calcium phosphate alcohol pulp, physiochemical properties.

 

Введение. В Республике Узбекистан основным сырьём для производства фосфорных удобрений является месторождение фосфоритов, расположенное в регионе Центральных Кызылкумах. Однако, вследствие низкого содержания фосфора, большого значения кальциевого модуля и высокого содержания карбонатов фосфориты данного месторождения являются практически непригодными для кислотной переработки с целью получения концентрированных фосфорсодержащих удобрений. Например, усредненная проба фосфоритов Джерой-Сардаринского месторождения содержит (вес. %): 16,2 Р2O5; 46,2 СаО; СаО:Р2O5=2,85; 17,7 СО2; 0,6 MgO; 2,9 (Al2O3+Fe2O3); 1,5 (K2O+Na2O); 2,65 SO3; 1,94 F; 0,1 Cl и 7,8 нерастворимого остатка. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, посвящённые разработке новых методов обогащения низкосортных фосфоритов.

Фосфорные удобрения производят, в основном, по технологии с использованием процесса термического обогащения фосфоритов на основе термоконцентрата, которая предусматривает большие энергетические расходы. Предлагаемая в работе технология посвящена проблеме получения фосфоконцентрата путём химического обогащения.

Авторами [1] разработан способ химического обогащения высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов, заключающийся в обработке фосфатного сырья азотной кислотой, но, в отличие от работы [2], растворимые соединения выщелачиваются не водой, а этиловым спиртом (ЭС). Благодаря хорошей растворимости Ca(NO3)2 в этаноле, эти вещества почти полностью переходят в жидкую фазу, что позволяет максимально снизить значение кальциевого модуля в фосфоконцентрате. Особенностью предлагаемого метода является простота схемы регенерации расходуемого экстрагента – этанола, позволяющего получить концентрированный раствор Ca(NO3)2, легко перерабатываемый в твёрдое азотнокальциевое удобрение, либо конвертируемое с помощью (NH4)2CO3 в (NH4NO3 и мел [3].

При декарбонизации карбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов HNO3 протекает следующая реакция:

CaCO3 + 2HNO3® Ca(NO3)2 + H2O + CO2

Однако, при извлечении CaCO3 из фосфатного сырья HNO3, хотя в меньшей степени, происходит и разложение его фосфатного минерала с образованием водорастворимого монокальцийфосфата, переходящего в жидкую фазу по реакции:

2Ca5F(PO4)3 + 14HNO3 ® 3Са(H2PO4)2 + 7Ca(NO3)2 + 2HF

Чем больше берется кислоты для обогащения, тем полнее происходит разложение фосфатного минерала, что существенно снижает выход и содержание Р2О5 в фосфоконцентрате.

С целью предотвращения потерь Р2О5 в жидкую фазу, прежде, чем разделить нитро-кальций фосфатную спиртовую суспензию на жидкую и твердую фазы, предлагается нейтрализовать её аммиаком до значения рН=3. В процессе аммонизации происходит взаимодействие между монофосфатом, нитратом кальция и аммиаком, в результате чего образуется дикальцийфосфат и нитрат аммония по реакции:

Ca(H2PO4)2 + Ca(NO3)2 + 2NH3 = 2CaHPO4 + 2NH4NO3

Образующийся при этом дикальцийфосфат выпадает в осадок и, таким образом, практически весь фосфор остаётся в составе фосфоконцентрата. Это даёт возможность использовать для обогащения фосфатного сырья более высокую норму HNO3, и тем самым, значительно снизить значение кальциевого модуля. Чем ниже кальциевый модуль (СаО:Р2О5) в фосфоконцентрате, тем меньше требуется H2SO4 при его экстракции и тем в меньшем количестве образуется фосфогипс, отправляемый в отвал.

Сущность метода обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов, приведённого в работах [4-7], заключается в использовании более концентрированной (57-59%) HNO3. Данный процесс включает следующие стадии: обработка фосфоритов  57% HNO3 в количестве 40-50% от стехиометрически необходимого на разложение СаО в течение 10-15 мин. с последующей репульпацией циркулирующим раствором, содержащим 5-25% Са(NO3)2, при массовом отношении фосфатного сырья к раствору Са(NO3)2, равным 1:(3-5); отстаивание образующейся нитрофосфатной суспензии в течение 5-10 мин., промывка осадка водой и сушка продукта. Показано, что обогащение фосфоритовой муки состава (вес. %): 17,52 Р2О5; 47,53 СаО; 15,23 СО2; СаО:Р2О5=2,71 при найденных оптимальных условиях ведения процесса при норме HNO3 40-50% на разложение СаО в фосфатном сырье от стехиометрии, pH=3 нитрокальций-фосфатной пульпы и весовом соотношении ФС:ЭС, равным 1:(3-5), позволило получить образцы фосконцентрата состава (вес. %): для нормы 40% HNO3 – 24,15-24,28 Р2О5общ.; 13,61-13,75 Р2О5усв. по лимонной кислоте; 9,60-9,83 Р2О5усв. по трилону Б; 40,28-40,39 СаОобщ.; 17,33-17,50 СаОусв.; 2,00-2,10 СаОводн.; 3,92-4,11 СО2; СаО:Р2О5=1,65-1,67; а для нормы 50% HNO3 –25,88-26,20 Р2О5общ.; 15,42-15,69 Р2О5усв. по лимонной кислоте; 11,56-11,77 Р2О5усв. по трилону Б; 38,25-38,71 СаОобщ.; 19,04-19,16 СаОусв.; 2,28-2,32 СаОводн.;  2,80-3,01 СО2; СаО:Р2О5=1,46-1,49. Жидкая фаза нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы представляет собой раствор, состоящий из Ca(NO3)2 с небольшим количеством NH4NO3 и этанола. Последний легко отгоняется и затем возвращается в технологический цикл. После отгонки спирта получается концентрированный нитроаммонийно-кальциевый раствор (НАКР), содержащий соли Са(NO3)2 и NH4NO3.

Целью настоящей работы являлось изучение физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы перед её фильтрацией, а также исследование влияния различных параметров на кинетику процесса её осветления.

Объекты и методы исследования. Объектом иссследования служила аммонизированная нитро-кальций фосфатная спиртовая пульпа. В работе для разделения пульпы использован метод отстаивания, изучена кинетика данного процесса. Плотность пульпы определяли пикнометрическим методом, а вязкость – с помощью вискозиметра ВПЖ-2 с диаметром капилляра 0,99 мм.

Результаты и их обсуждение. Проведено изучение зависимости реологических свойств нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии в от нормы HNO3, соотношения ФС:ЭС и температуры (табл.1).

Как видно из табл.1, с увеличением нормы HNO3, температуры и возрастанием содержания этанола снижается плотность и вязкость пульпы. Например, при соотношении ФС:ЭС=1:3 и температуре 20°С с увеличением нормы HNO3 от 40 до 50% от стехиометрии плотность и вязкость пульпы уменьшаются от значения 1,292 до 0,982 г/см3 и от 5,39 до 3,57 сПз.

Увеличение температуры также способствовало снижению плотности и вязкости пульпы. Увеличение массовой доли спирта при ФС:ЭС от 1:3 до 1:5 оказывает существенное влияние на уменьшение вязкости и плотности аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы. При всех изучаемых параметрах пульпа оставалась в жидком состоянии.

Таблица 1.

Зависимость реологических свойств нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии в от нормы HNO3, соотношения ФС:ЭС и температуры

Норма, HNO3

Соотношение ФС:ЭС

Плотность, г/см3

Вязкость, сПз

Температура, °C

20

30

40

50

60

20

30

40

50

60

40

1:3

1,292

1,267

1,235

1,176

1,102

5,39

5,28

5,18

5,09

4,97

1:5

1,055

1,049

1,033

1,012

0,986

3,78

3,64

3,21

2,85

2,51

50

1:3

1,251

1,227

1,203

1,155

1,085

5,24

5,12

5,01

4,93

4,81

1:5

0,982

0,975

0,970

0,961

0,954

3,57

3,43

3,08

2,53

2,23

 

Изучен кинетический процесс осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) в зависимости от нормы HNO3 и соотношения ФС:ЭC  при температуре 40оС. Продолжительность процесса осаждения суспензии регистрировали по количеству осветлённой части пульпы при 40оС. Установлено, что в начальный период частицы быстро осаждаются, затем, после определенного времени, когда сила сопротивления среды становится равной движущей силе, частицы осаждаются равномерно и медленно с неизменной скоростью (табл. 2, рис. 1).

Таблица 2.

Зависимость степени осветления нитро кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) от нормы HNO3  и соотношения ФС:ЭC

Норма HNO3

Соотноше

ние

ФС:ЭС

Степень осветления НКФСС (%), при продолжительности времени, мин

5

10

15

30

45

60

90

120

240

360

40

1:3

3

7

11

17

22

28

35

38

39

40

1:5

5

13

22

29

35

40

45

49

50

51

50

1:3

3

8

13

19

24

31

38

40

41

42

1:5

6

15

24

31

38

43

48

53

55

56

 

Рис.унок 1. Зависимость степени осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии от соотношения ФС:ЭС и нормы азотной кислоты ФС:ЭС: а) а1(1:3); б) б1(1:5); нормы HNO3, %: а) а1(40); б) б1(50)

 

Для обеспечения непрерывности технологического процесса частицы в суспензии должны быть осаждены не менее чем на 50%. Степень осветления пульп, полученных при норме HNO3 40-50% и соотношении ФС:ЭС=1:3 через 360 мин., составляет 40-42%, а при ФС:ЭС=1:5 оно достигает значения 51-56%.

Выводы. Исследованы физико-химические свойства аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы в интервале различных температур. Изучен процесс осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) в зависимости от нормы HNO3, соотношения фосфатное сырьё-этанол при температуре 40оС. Предложено использование ленточного вакуумного фильтра для растворения суспензии, образующейся в результате химической обработки фосфоритов месторождения Центральных Кызылкумов, и разделения нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы.

 

Список литературы:
1. Намазов Ш.С., Беглов Б.М., Сейтназаров А.Р., Дехканов З.К., Абдукодиров Э.А. Обогащение природного фосфатного сырья. // Химический журнал Казахстана. - 2017. -№2. - С. 204-226.
2. Зокиров С., Абдукодиров Э.А., Бойтураев С., Саодатов А., Эргашев О., Дехканов З.К. Кинетика регенерация спирта из нитратно-аммонийнокальциевого раствора в зависимости от температуры и давления // Научно-технический журнал Ферганского политехнического института. - 2018. - №2. - С. 83-86.
3. Турсунбоев Ф., Саодатов А.А., Дехканов З.К. Теоретический анализ регенерации спирта из нитратно-аммонийнокальциевого раствора с применением диаграммы растворимости четырехкомпонентной системы Ca(NO3)2-NH4NO3-C2H5OH-H2O при 70°С // Universum: Химия и биология.-2019. - № 1(55). - С. 23-26.
4. Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Дехканов З.К. Физико-химические свойства раствора кальциевой селитры – побочного продукта азотно-кислотного обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент. - 2014. - №4. - С. 5-11.
5. Кучаров Б.Х., Намазов Ш.С., Дехканов З.К. Физико-химический анализ процесса экстракции нитрата кальция из аммонизированных растворов азотнокислотных пульп фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2015. - №6. - С. 27-32.
6. Ортикова С.С., Алимова У.К., Бадалова О.А., Намазов Ш.С. Физико-химические и товарные свойства сложных азот-сера-кальцийсодержащих удобрений // Химическая промышленность сегодня. – М.: 2017. - №5. - С. 25-29.
7. Namazov Sh. , Temirov U , Usanbayev N. Research of the Process of Obtaining Organo-Mineral Fertilizer Based on Nitrogen Acid Decomposition of Non-Conditional Phosphorites of Central Kyzylkumes and Poultry Cultivion Waste. // International Journal of Innovative Technology and Expoloring Engineering (IJITEE). – 2019. – Vol.8. - Issue 12. – P. 2260-2265.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук., проф. Наманганского инженерно-технологического института, кафедра «Химическая технология», Узбекистан, г. Наманган

Namangan engineer-technology institute, Doctor of Sciences, prof. the Faculty of Chemistry, Uzbekistan, Namangan

ассистент кафедры химической технологии Ташкентского государственного технического университета им. Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент

assistant of Department Chemical Technology of the Tashkent State Technical University named by Islom Karimov, Republic of Uzbekistan, Tashkent

старший преподаватель кафедры химической технологии Наманганского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer of the Department of Chemical Technology, Namangan Engineering and Texnology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan

канд. хим. наук, доцент кафедры химической технологии Наманганского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Наманган

candidate of Science, associate Professor of the Department of Chemical technology, Namangan Engineering and Texnology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan

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