Технология получения новых комплексных фосфорных удобрений

Technology for producing new complex phosphorus fertilizers
Цитировать:
Технология получения новых комплексных фосфорных удобрений // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Сотиболдиев Б.С. [и др.]. 2020. № 6 (72). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/9375 (дата обращения: 19.06.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты синтеза комплексных фосфорных удобрений на основе карбонатсодержащих фосфоритов месторождения Кызылкум с использованием нитрата аммония и хлорида калия. Показана возможность получения новых фосфорно-калиевых удобрений при различных соотношениях компонентов.

ABSTRACT

The results of the synthesis of complex phosphorus fertilizers based on carbonate-containing phosphorites of the Kyzylkum deposit using ammonium nitrate and potassium chloride are presented. The possibility of obtaining new phosphorus-potassium fertilizers at various ratios of components is shown.

 

Ключевые слова: фосфорит, азотная кислота, нитрат аммония, хлорид калия, фосфоконцентрат.

Keywords: phosphorite, nitric acid, ammonium nitrate, potassium chloride, phosphoconcentrate.

 

Введение. В Республике Узбекистан основные залежи фосфоритов, являющихся основным фосфатным сырьём для получения фосфорсодержащих минеральных удобрений, расположены на месторождении Центральных Кызылкумов [1]. Апатитовый концентрат Хибинского месторождения является наилучшим фосфатным сырьём и только для него разработана технология переработки в любые фосфорсодержащие удобрения с высокими технико-экономическими показателями. Для Хибинского апатитового концентрата он равен 1,32, а для мытого обожжённого фосфоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов этот показатель составляет 1,96. Это означает, что на разложение последнего следует затратить серную кислоту на 48,5% больше, чем при разложении апатитового концентрата Хибинского месторождения.

Фосфорные удобрения, исходя из растворимости и усвояемости растениями, подразделяются на 3 группы [2]:

1) водорастворимые удобрения, в которых большая часть фосфорных соединений растворима в воде и, следовательно, легко усваиваются растениями (простой суперфосфат, двойной суперфосфат, сложные фосфорсодержащие удобрения – аммофос, нитроаммофоска, нитрофоска, карбоаммофоска);

2) цитратнорастворимые удобрения, в которых содержатся соединения фосфора, растворимые в аммиачном растворе лимоннокислого аммония (цитрата аммония). Из таких соединений фосфорная кислота обычно легко усваивается растениями в результате работы корневой системы. К цитратнорастворимым удобрениям относится преципитат (дикальцийфосфат);

3) лимоннорастворимые удобрения, нерастворимые в воде и аммиачном растворе цитрата аммония, но растворимые в 2 %-ном р-ре лимонной кислоты. К ним относятся обесфторенные фосфаты, томасшлак, фосфоритная мука. Фосфорные соединения этих удобрений медленно переходят в почвенный раствор и их действие длится ряд лет.

Водорастворимые удобрения практически универсальны и имеют высокую агрохимическую эффективность, особенно в начальной фазе роста растений. Однако хорошая растворимость фосфорных удобрений не всегда бывает преимуществом. Существенным недостатком водорастворимых форм является способность превращаться в труднорастворимые фосфаты при взаимодействии с кальцием, железом, алюминием и некоторыми другими элементами, содержащимися в почве, вследствие чего происходит потеря фосфора. Из вышеуказанного следует, что умеренно растворимые фосфорные удобрения являются более предпочтительными с практической точки зрения. Преимуществом таких удобрений является также то, что они не вымываются дождевыми и оросительными водами, и, следовательно, сокращаются их потери и не происходит загрязнение водоёмов [3,4]. Кроме того, воздействуя медленнее, водонерастворимые фосфаты обладают длительным последействием и растения могут усваивать третичные фосфаты кальция.

Проведены исследования по обогащению фосфоритов Центральных Кызылкумов химическим методом путём их обработки 57,87%-ной HNO3 при её нормах 80-100% от стехиометрического количества на разложение карбонатов с последующим выщелачиванием Ca(NO3)2 из нитрокальций-фосфатного раствора с помощью органического растворителя [5].

Данный фосфоконцентрат относится к активированным фосфоритам, а именно, к умеренно растворимым фосфорным удобрениям. Об этом свидетельствует высокое относительное содержание в нем усвояемой формы Р2О5 (59,9% по лимонной кислоте и 44,9% по трилону Б) по сравнению с исходной фосфатной мукой. Из этого следует, что одновременно с обогащением произошла и активация фосфатного сырья. Его обработка HNO3 приводит к разрушению и аморфизации кристаллической решётки фосфатного минерала, в результате чего повышается содержание усвояемой формы Р2О5. Такой концентрат пригоден не только для сернокислотной экстракции с получением аммофоса, но и для непосредственного внесения в почву в виде фосфатной муки, в связи с чем данный концентрат может служить подходящим компонентом при получении сложно-смешанных гранулированных удобрений, достоинством которых будет повышенная усвояемость фосфора.

Целью настоящего исследования являлась разработка новых методов обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов и поиск экономичных способов их переработки в эффективные фосфорсодержащие удобрения.

Объекты и методы исследования.

В качестве исходного сырья в работе использован фосфоритный концентрат, полученный путём обогащения фосфоритной муки (содержание Р2О5 =17,52%; СаО=47,53%; СО2 =15,23%) HNO3 в присутствии этанола. Фосфоконцентрат имел следующий состав (вес.%): Р2О5общ.=26,21; Р2О5усв. по лимон. к-те=15,46; Р2О5усв. по трилону Б=11,80; СаОобщ.=38,25; СаОусв.=19,20; СаОводн =2,28; СО2=2,78; СаО:Р2О5=1,46.

Эксперименты проводили следующим образом: при получении фосфорно-калийных (PK-) удобрений вначале сухой фосфоконцентрат смешивали с KCl (60% К2О), который предварительно размалывали в фарфоровой ступке. Далее в лабораторных условиях осуществили грануляцию тукосмесей методом окатывания [6]. Для этого пылевидный продукт помещали в фарфоровую чашку, дозировали необходимое количество воды и интенсивно размешивали, в результате чего образовывались влажные частицы округлой формы. При их высушивании при 105°С получали твёрдые гранулы, которые затем охлаждали и просеивали. Частицы размером 2- 3 мм подвергали анализу на прочность гранул на приборе ИПГ-1 в соответствии с ГОСТ 21560.2-82. При получении азотно-фосфорно-калийных (NPK-) удобрений в концентрированный (85%-ный) р-р NH4NO3 вводили фосфоконцентрат, а затем кристаллический KCl. Количество исходных компонентов брали из такого расчёта, чтобы в конечном продукте соотношение N:Р2О52О составляло от 1:0,7:0,3 до 1:0,7:0,6 и от 1:1:0,3 до 1:1:2. Перемешивание компонентов проводили при 60°С в течение 10 мин. Пульпы затем высушивали в сушильном шкафу при температуре 80°С. Гранулирование влажных азотно-фосфорно-калийных масс также осуществляли методом окатывания. Высушенные продукты подвергали анализу по известным методикам [7]. Содержание усвояемой формы Р2О5 во всех продуктах определяли на основании их растворимости как в 2% р-ре лимонной кислоте, так и в 0,2 М р-ре трилона Б.

На основе проведенных опытов на модельной установке апробирован технологический режим получения РК- и NPK-удобрений. Апробацию технологии получения этих удобрений из фосфоконцентрата проводили на укрупнённой лабораторной модельной установке, состоящей из реактора, изготовленного из нержавеющей стали (марка 12Х18Н10Т) объёмом 10 л, и снабжённого лопастной мешалкой.

Эксперименты на модельной установке осуществляли периодическим способом следующим образом: необходимое количество фосфоконцентрата при постоянном перемешивании загружали в реактор, затем добавляли расчётное количество воды для обеспечения влажности фосфоконцентрата в пределах 45-50%. В способе получения РК-удобрений к влажному концентрату добавляли кристаллический хлорид калия, а при получении NРК-удобрений, кроме KCl, прибавляли 85%-ный раствор аммиачной селитры. Влажную смесь далее тщательно примешивали с помощью лопастной мешалки в течение 10-15 мин. Образовавшуюся тестообразную массу переносили в эмалированный поддон, где проводили грануляцию влажного продукта методом окатывания. Сушку продуктов осуществляли в сушильной при температуре 100-105°С. Полученные гранулированные удобрения после сушки просеивали по фракциям.

Результаты и их обсуждение.

Исследованы процессы получения фосфорно-калийных (PK) и азотно-фосфорно- калийных (NPK) удобрений с различным соотношением питательных компонентов путём смешения фосфоконцентрата, хлорида калия и аммиачной селитры, а также изучена прочность полученных гранулированных удобрений (табл.1,2).

Из приведённых данных следует, что все марки PK- и NPK-удобрений отличаются высоким содержанием питательных веществ. Так, PK-удобрения, полученные в диапазоне массовых соотношений Р2О52О от 1:0,3 до 1:2, содержат Р2О5общ. в интервале 14,21-23,74% и К2О от 6,96 до 28,01%.

При соотношении N:Р2О52О=1:0,7:0,3 образуется NPK-удобрение с содержанием N=16,52%, Р2О5=11,68% и К2О=4,83%. При соотношении N:Р2О52О=1:1:0,3 продукт содержит 13,79% N, 13,95% Р2О5 и 4,12% К2О (табл.2). При соотношении N:Р2О52О =1:1:1 в продукте содержится 11,95% N, 12,00% Р2О5 и 11,94% К2О. Положительным при этом является и то, что в полученных сложно-смешанных удобрениях большая часть кальция находится в усвояемой для растений форме. Это, безусловно, является результатом обогащения – активации рядовой фосфоритовой муки. Следует отметить, что кальций входит в шестерку самых необходимых для растений питательных элементов [8].

Известно, что в сельском хозяйстве наибольшим спросом пользуется NPK-удобрения (соотношение N:Р2О52О=1:0,7:0,5), в которых содержится 15,58%, 11,02% Р2О5общ. и 7,74% К2О, а прочность гранул которого составляет 5,46 МПа.

Таблица 1.

Физико-химические свойства PK-удобрений, полученных на основе фосфоконцентрата и хлористого калия

P2О5:K2О

Химический состав высушенных осадков, %

Прочность гранул, МПа

P2O5общ.

Р2О5усв.

по 2%-ной лимон. к-те

Р2О5усв.

по 0,2М тр. Б

CaOобщ.

CaOусв.

К2О

1

1:0,3

23,74

15,75

10,87

36,21

17,12

6,96

1,27

2

1:0,4

22,86

15,36

10,69

35,07

16,09

8,94

1,48

3

1:0,5

21,70

14,60

10,37

33,83

15,28

10,76

1,49

4

1:0,6

21,04

14,17

10,20

32,64

14,71

12,48

1,52

5

1:0,7

20,49

13,82

10,04

31,52

14,19

14,68

1,56

6

1:0,8

19,72

13,35

9,77

30,48

13,64

15,55

1,63

7

1:1

18,69

12,70

9,40

28,65

12,74

18,26

2,01

8

1:1,5

15,99

10,91

8,07

24,87

11,00

23,79

2,19

9

1:2

14,21

9,90

7,20

21,93

9,67

28,01

2,43

 

Таблица 2.

Физико-химические свойства NPK-удобрений, полученных на основе химически обогащённого фосфоконцентрата, аммиачной селитры и хлористого калия

N:P:K

Химический состав высушенных осадков, %

Прочность гранул, МПа

N

P2O5общ.

Р2О5усв.

по 2%-ной лимон. к-те

Р2О5усв

по 0,2М тр. Б

CaOобщ.

CaOусв.

К2О

1

1:0,7:0,3

16,52

11,68

9,11

5,88

17,45

13,60

4,83

5,64

2

1:0,7:0,4

16,04

11,29

8,75

5,66

16,08

12,45

6,40

5,49

3

1:0,7:0,5

15,57

10,99

8,45

5,45

15,73

11,87

7,74

5,46

4

1:0,7:0,6

15,25

10,72

8,05

5,20

14,82

11,17

9,12

5,45

5

1:1:0,3

13,79

13,95

10,69

6,93

20,96

16,00

4,12

3,67

6

1:1:0,4

13,48

13,69

10,45

6,67

20,15

15,31

5,41

5,37

7

1:1:0,5

13,26

13,40

10,11

6,50

19,85

14,37

6,60

6,02

8

1:1:0,7

12,62

12,82

9,62

6,11

19,11

13,66

8,88

6,47

9

1:1:1

11,95

12,00

8,91

5,66

18,02

12,40

11,94

6,58

10

1:1:1,5

10,83

10,91

8,07

5,02

15,81

10,60

16,30

5,04

11

1:1:2

9,96

10,00

7,11

4,55

15,17

9,84

19,95

4,90

 

В экспериментальных условиях нами получено азотно-фосфорно-калийное удобрение при соотношении N:Р2О52О=1:1:1 с содержанием 12,0% N, 12,02% Р2О5общ. и 11,99% К2О с прочностью гранул 6,58 Мпа, которые превышают показатели, предъявляемые к комплексным минеральным удобрениям.

Выводы. По результатам проведённых исследований показана принципиальная возможность получения сложных комплексных фосфорных удобрений нового типа. Физико-химические свойства и потребительские показатели новых PK- и NPK-удобрений, полученных при различных соотношениях питательных компонентов, позволяют предположить высокую эффективность их применения в сельском хозяйстве.

 

Список литературы:
1. Бойко В.С., Шабанина Н.В. Минералогические особенности зернистых фосфоритовых руд Кызылкумов и исследование их обогатимости // Узбекский геологический журнал. – 1979 – №3 – С.42-43.
2. Соколовский А.А., Унанянц Т.П. Краткий справочник по минеральным удобрениям. – М, Химия, 1977. – 376 с.
3. Вольфкович С.Н. Проблемы применения нерастворимых в воде фосфатов в качестве удобрений // Тезисы докл. VIII Международного конгресса по минеральным удобрениям. Ч. 2. – Москва,1976. – С. 126.
4. Мельникова Т.С., Котельников П.Н., Осипова З.М. Ретроградация фосфатов в полевом опыте на дерново-подзолистом суглинке // Фосфорные удобрения. – М.: ГХИ, 1958. Вып. 159. – С 119-125.
5. Дехканов З.К., Намазов Ш.С., Султанов Б.Э., Закиров Б.С., Сейтназаров А.Р. Азотнокислотное обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2011. - № 4. - С.5-11.
6. Сейтназаров А.Р., Турдиалиев У.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Механохимическая активация фосфоритовой муки Чилисайского месторождения // Химическая технология. Контроль и управление. – 2010. – №1. – С 5-11.
7. Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.М. и др. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
8. Дехканов З.К., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Султанов Б.Э., Беглов Б.М. Комплексные гранулированные удобрения на основе химически обогащённого фосфоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Доклады АН РУз. – Ташкент, 2012. – №2. – С. 46-49.

 

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

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

ассистент, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

assistant, Namangan Institute of Engineering and Technology, 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