Исследование процесса азотно-кислотного разложения фосфоритов Центрального Кызылкума

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований получения жидких азотно-фосфосфорно-кальциевых (NPCa) удобрений на основе фосфоритов Центрального Кызылкума способом обработки азотной кислотой. Изучено влияние нормы азотной кислоты на скорость разложения фосфорита и химический состав жидких NPCa удобрений. Показана возможность получения эффективных фосфорных удобрений в условиях восстановленного кислотного реагента.

ABSTRACT

The results of studies of obtaining liquid nitrogen-phosphate-calcium (NPCa) fertilizers based on phosphorites of the Central Kyzyl Kum by decomposition with nitric acid are presented. The influence of the rate of nitric acid on the rate of decomposition of phosphorite and the chemical composition of liquid NPCa fertilizers was studied. The possibility of obtaining effective phosphoric fertilizers under the conditions of a reduced acid reagent is shown.

Ключевые слова: фосфорит, степень разложения, мытый сушёный концентрат, азотная кислота.

Keywords: phosphorite, degree of decomposition, washed dried concentrate, nitric acid.

Введение. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур является основной целью использования минеральных удобрений, содержащих в своём составе основные элементы питания растений. Условия минерального питания оказывают большое влияние на процессы их роста и развития. При недостатке элементов питания рост растений резко ухудшается, листья и стебли становится мелкими и тонкими, ухудшаются процессы формирования и развития зерна и плодов. Фосфор, наряду с азотом и калием, принадлежит к классу трёх основных макроэлементов, необходимых для развития любых растений [3,4].

Фосфоритную муку традиционно применяют в качестве фосфорного удобрения. В качестве основного сырья для производства фосфорных удобрений используются природные фосфоритные и апатитовые руды, отличающиеся не только минералогическим составом, условиями образования, но и технологическими свойствами [2]. Одной из актуальных задач в области технологии минеральных удобрений является разработка новых видов жидких удобрений, способствующих повышению жизнестойкости растений к неблагоприятным условиям внешней среды, сопротивляемости растений к различным заболеваниям и которые, в целом, положительно влияют на повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Кислотная переработка фосфатного сырья является основным способом получения фосфорных удобрений. В этих целях наиболее широко применяются серная и фосфорная кислоты, используется также и азотная кислота [6-8].

Установлено, что азотно-фосфорные удобрения состоят из дикальцийфосфата, неразложившегося фтор- и гидроксилапатита, нитрата аммония и кальция, а фосфорные удобрения – из различных форм фосфатов кальция, а также неразложившегося фтор и гидроксилапатита, солей нитрата кальция и аммония [1].

В работе [9] приведены результаты процесса получения жидких азотнокальциевых удобрений (ЖАКУ) заданного состава путём добавления к нитратноаммонийнокальциевому раствору (НАКР) раствора карбамидно – аммиачной селитры (КАС) при весовых соотношениях НАКР: КАС = 100:30; 100:50; 100:80 и 100:100. Сумма питательных компонентов (CaO_общ+N_общ) в полученных жидких удобрениях колеблется в пределах 23,85-27,49%.

Для реализации процесса получения ЖАКУ, контроля и автоматизации их производства, определения условий их хранения, транспортировки и способа внесения в почву, необходимы данные о физико-химических свойствах удобрений, именно: плотность, вязкость, давление насыщенных паров и температура кристаллизации.

Ранее показана принципиальная возможность получения новых эффективных форм суспендированных комплексных удобрений (СКУ) с инсектицидной активностью способом разложения смеси серы и фосфоритовой муки при неполной норме азотной кислоты, смешиванием полученной пульпы раствором аммиачной селитры и хлорида калия, производимого на Дехканабадском калийном заводе Кашкадарьинской области Республики Узбекистан [5]. На основе проведённых исследований установлены оптимальные параметры и условия получения новых форм суспендированных комплексных удобрений с инсектицидной активностью.

В данной работе приводятся результаты исследований получения жидких азотно-фосфосфорно-кальциевых (NPCa) удобрений на основе фосфоритов Центрального Кызылкума способом обработки азотной кислотой. Изучено влияние нормы азотной кислоты на скорость разложения фосфорита и химический состав жидких NPCa удобрений.

Объекты и методы исследования. Для изучения влияния нормы азотной кислоты на степень извлечения компонентов в раствор в качестве объекта исследований использованы следующие образцы фосфоритов Центрального Кызылкума: фосфатная мука (ФМ), мытый сушёный фосфоконцентрат (МСФК) и мытый обожжённый фосфоконцентрат (МОФК).

Образцы фосфоритов в количестве 25 г. первоначально обрабатывали равным объёмом дистиллированной воды. Процесс азотнокислотного разложения, сопровождаемый бурным пенообразованием, проводили в течение 1 часа. Вследствие разложения фосфоритов в раствор почти полностью переходят СаО, MgO, P₂O₅ и другие вещества.

Результаты и их обсуждение. Результаты изучения влияния нормы азотной кислоты на степень извлечения основных компонентов фосфатного сырья и химический состав NPСа жидкой суспензии, образующейся при разложении различных образцов, представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Химический состав NPСа жидкой суспензии и степень разложения фосфатного сырья, мытого сушёного и обожжённого фосфоритного концентрата

Обнаружено, что изменение нормы азотной кислоты оказывает существенное и, в то же время, неодинаковое влияние на степень извлечения отдельных компонентов фосфатного сырья. При повышении нормы кислоты от 80 до 95% содержание всех питательных компонентов медленно возрастает. Однако при дальнейшем возрастании нормы HNO₃ до 105-120% отмечается несколько другая закономерность. С увеличением нормы кислоты в пределах 105-120% для всех изученных образцов степень извлечения оксидов фосфора и кальция в общем понижается. Например, для образца фосфатной муки при норме азотной кислоты 95% степень извлечения фосфорного ангидрида составляет 14,94%, а при норме HNO₃ 120% этот показатель соответствует величине 4,25%, т.е. с возрастанием нормы кислоты степень извлечения P₂O₅ понижается более чем в 3 раза.

Результаты изучения влияния нормы азотной кислоты на степень извлечения оксида фосфора свидетельствуют о том, эта величина достигает максимального значения при норме HNO₃ 95%, а при дальнейшем её повышении степень извлечения P₂O₅ резко падает.

Заключение. Установлены оптимальные значения нормы азотной кислоты при разложении фосфоритов, которые способствуют возрастанию величины общей суммы основных питательных компонентов. Чрезмерное повышение нормы кислоты приводит к снижению содержания оксида фосфора и разбавлению растворов. Показана возможность получения эффективных фосфорных удобрений в условиях восстановленного кислотного реагента.

Список литературы:

1. Алламуратова А.Ж., Эркаев А.У., Реймов А.М. Рентгенографические исследования фазового состава фосфорсодержащих удобрений из азотнокислотной вытяжки фосфоритов Центральных Кызылкумов // Кимё. – 2016. – № 3. – С. 9–11.
2. Беглов Б. М., Ибрагимов Г. Г., Садыков Б. Б. Нетрадиционные методы переработки фосфатного сырья в минеральные удобрения // Химическая промышленность. – 2005. – № 9. – С. 453–468.
3. Dawson C.J., Hilton J. Fertilizer availability in a resource-limited world: Production and recycling of nitrogen and phosphorus. Food Policy. 2011; 36:S14-S22. http://dx.doi.org/10.1016/j. foodpol.2010.11.012.
4. Cordell D, Drangert J.O, White S. The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change. 2009; 19(2):292-305. http://dx.doi.org/10.1016/j. gloenvcha.2008.10.009.
5. Собиров М.М., Таджиев С.М., Султонов Б.Э. Получение суспендированных NPK – удобрений с инсектицидной активностью // Хим. пром-ть. – 2016. – Т. 93. – №3. – С. 119–125.
6. Шеркузиев Д.Ш., Реймов А.М., Намазов Ш.С. Получение азотно-фосфорно-кальциевых удобрений из Кызылкумских фосфоритов // Химия и химическая технология. – 2011. – № 4. –С. 8–11.
7. Шеркузиев Д.Ш., Реймов А.М., Намазов Ш.С. Твёрдые и жидкие комплексные удобрения на основе Кызылкумских фосфоритов // Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития: тезисы докл. Международной научно-технической конф. (Навои, 12-14 мая 2010 г.). – С. 335–336.
8. Шеркузиев Д.Ш., Реймов А.М., Намазов Ш.С. Усовершенствованная технология получения азотно-фосфорно-кальциевых удобрений из рядовой фосмуки Центральных Кызылкумов // Высокотехнологичные разработки – производству: тезисы докл. Респ. научно-практ. конф. молодых учёных, посвящённой 17-ой годовщине независимости Республики Узбекистан и Году молодёжи (Ташкент, 3-4 сентября 2008 г.). – С. 64–67.
9. Шеркузиев Д.Ш. Получение жидких комплексных удобрений на основе нитратноаммонийнокальциевых растворов и карбамидоаммиачной селитры. // Узбекский химический журнал. – 2010. –№3. – С. 84–87.