Переработка фосфоритов солями щелочных металлов для обогащения

Processing of phosphorites with salts of alkali metals for enrichment

Нурмуродов Т.И. Ахтамова М.З. Турдиева О.Д. Каримов О.А.

25.12.2020 365

12(81)

Цитировать:

Переработка фосфоритов солями щелочных металлов для обогащения // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Нурмуродов Т.И. [и др.]. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11137 (дата обращения: 21.11.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В основе данной научной работы лежит разработка технологии производства термофосфатoв, обработанных солями щелочных металлов, ведущие к уменьшению отходов производства, без использования дорогостоящих кислот. Технология получения термофосфатов, включает в себя следующие этапы: измельчение фосфатного сырья до размера частиц не более 64 нм, смешивание с карбонатами щелочных металлов, обжиг полученной смеси от 30-90 минут при температуре 900-1250 ⁰С и далее - охлаждение полученного продукта, содержащего ренанит.

ABSTRACT

This scientific work is based on the development of a technology for the production of thermophosphates treated with alkali metal salts, leading to a decrease in production waste, without the use of expensive acids. The technology for producing thermophosphates includes the following stages: grinding phosphate raw materials to a particle size of no more than 64 nm, mixing with alkali metal carbonates, firing the resulting mixture for 30-90 minutes at a temperature of 900-1250 ⁰C and then cooling the resulting product containing renanite.

Ключевые слова: термофосфат, переработка, соли щелочных металлов, спекание, минеральные удобрения, усвояемость, разложение.

Keywords: thermophosphate, processing, salts of alkali metals, sintering, mineral fertilizers, assimilation, decomposition.

Основным фосфатным сырьем для заводов Узбекистана, производящие фосфорсодержащие удобрения являются фосфориты Центральных Кызылкумов. Однако данный вид фосфатного сырья имеют низкое содержание фосфора (16-17% P₂O₅), большое значение кальциевого модуля (2,85) и высокое содержание карбонатов (17,7% CO₂), которые делают их непригодными для кислотной переработки. Такое сырье не пригодно для получения из него высококонцентрированных фосфорсодержащих удобрений, т.е. не пригодно для азотнокислотной, сернокислотной и солянокислотной переработки его в концентрированные фосфорсодержащие удобрения. Большое количество кислоты при этом будет тратиться не на разложение фторапатита, а на взаимодействие с карбонатом кальция, давая крупнотоннажные отходы производства, такие как нитрат, сульфат или хлорид кальция. Кислотная переработка такого высококарбонизированного сырья сопровождается обильным пенообразованием, в значительной степени нарушающим весь технологический процесс и снижающим производительность оборудования.

Для проведения экспериментов использовали рядовую фосфоритовую муку Центрального Кызылкума следующего состава (вес., %): 16,53 Р₂О₂; 46,65 СаО; 15,3% СО₂ и кальцинированную соду производства УП Кунградского содового завода, а так же SiO₂xН₂О химический чистый.

Эксперименты проводили следующим образом. Вначале в определенном количестве взвешивали исходных веществ с помощью лабораторного веса с точностью 0,01 г. Взвешенные компоненты тщательно перемешивались на фарфоровой ступке и просеивали на сите №1. Из полученных компонентов приготовили шихты. Далее из приготовленных шихт формировали таблетки с диаметром 50 мм и высотой 10-15 мм в гидравлическом лабораторном прессе при давлении прессования 35-40 кгс/см². Отформованные лабораторные образцы подвергались естественной сушке при комнатной температуре 25-30⁰С в течении суток. Потом образцы высушивали в сушильном шкафу при температуре 105-110⁰С в течении 2 ч.

Высушенные лабораторные образцы подвергались термической обработке в лабораторной печи с выдержкой 2 часа при различных температурах (от 900 до 1250⁰С). После выдержки термообработанные образцы подвергались к резкому охлаждению. Для этого образцы с температурой вынимали из печи с помощью щипцов и резко опускались в металлический сосуд с холодной водой. После процесса резкого охлаждения образцы высушивались при температуре 60-80⁰С в термостате. Высушенные термообработанные образцы измельчали и анализировали по известной методике на различных форм фосфора и кальция [5]. Результаты приведены в таблицах 1 и 2, а также в рисунках 1 и 2.

Таблица 1.

Термическая обработка Кызылкумских фосфоритов в присутствии Nа₂СО₃и SiO₂xН₂О при различных температурах

№ п.п.	Вес ФС, г	Вес Nа₂СО₃, г	Вес SiO₂xН₂О, г	t, ⁰С	Химический состав обожженного продукта, %
№ п.п.	Вес ФС, г	Вес Nа₂СО₃, г	Вес SiO₂xН₂О, г	t, ⁰С	Р₂О_{5 общ.}	Р₂О_5усв. по лим. кис-те	Р₂О_5усв. по трилону Б	СаО_общ.	СаО_усв.	Р₂О₅ _усв. Р₂О₅ _общ. по лим. кис-те	Р₂О₅ _усв. Р₂О₅ _общ. по трилону Б	СаО_усв. СаО_общ.
1	100	16,45	10,0	900	17,2	11,28	10,64	48,49	36,21	65,58	61,86	74,67
2	100	16,45	10,0	1000	17,36	13,42	12,61	48,95	39,58	77,3	72,64	80,86
3	100	16,45	10,0	1100	17,93	15,38	14,81	49,99	43,42	85,78	82,6	86,86
4	100	16,45	10,0	1200	17,45	14,89	14,69	48,68	42,59	85,33	84,18	87,49
5	100	16,45	10,0	1250	17,84	15,51	15,35	49,77	43,89	86,94	86,04	88,18

Таблица 2.

Влияние добавок Nа₂СО₃и SiO₂xН₂О на термическую обработку Кызылкумских фосфоритов при температуре 900⁰С

№ п.п.	Вес ФС, г	Вес Nа₂СО₃, г	Вес SiO₂xН₂О, г	Химический состав обожженного продукта, %
№ п.п.	Вес ФС, г	Вес Nа₂СО₃, г	Вес SiO₂xН₂О, г	Р₂О_{5 общ.}	Р₂О_5усв. по лим. кис-те	Р₂О_5усв. по трилону Б	СаО_общ.	СаО_усв.	Р₂О₅ _усв. Р₂О₅ _общ. по лим. кис-те	Р₂О₅ _усв. Р₂О₅ _общ. по трилону Б	СаО_усв. СаО_общ.
1	100	15,63	10,0	17,25	11,02	10,24	48,25	34,73	63,88	59,36	71,98
2	100	18,11	10,0	17,06	12,36	11,97	47,94	40,75	72,45	70,16	85,0
3	100	16,45	5,0	17,8	12,18	11,61	49,84	40,34	68,42	65,22	80,94
4	100	16,45	15,0	17,35	8,3	7,73	45,8	32,38	50,76	47,28	70,7

Из представленных данных, следует что, в результате обжига смеси компонентов (фосфорит, Nа₂СО₃ и SiO₂xН₂О) при температуре 900⁰С происходит активация (перевод неусвояемых форм P₂O₅в усвояемые растениями формы) фосфатного сырья (табл. 1). При этом получается продукт 17,06-17,35% Р₂О_5общ., 45,8-49,84% СаО_общ., из них относительное содержание усвояемой формы Р₂О₅ и СаО составляет 50,76-72,45% и 70,7-85,0% соответственно.

Рисунок 1. Зависимость относительного содержания фосфора от применяемой температуры процесса обжига. Соотношение ФС: Nа₂СО₃: SiO₂ = 100:16,45:10,0

А повышение температуры обжига от 900 до 1250⁰С также способствует значительному увеличению усвояемых форм фосфора и кальция (табл. 2. и рисунки 1 и 2). Например, если при температуре обжиге 900⁰С относительное содержание фосфора в готовом продукте достигает до 65,58% по 2%-ному раствору лимонной кислоты, а при температуре 1250⁰С эта величина достигается до 86,94%. Аналогичные картины повторяются при наблюдении относительного содержания фосфора по 0,2 М Трилону Б и кальция. [6]

Продукты, полученные по вышеприведенному способу содержат 17,2-17,93% общего фосфорного ангидрида и 48,49-49,99% общего оксида кальция. Из них 11,28-15,51% фосфор и 36,21-43,89% кальций соответственно находится в усвояемых формах.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность термощелочной переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов на фосфорсодержащие удобрения типа термофосфата. Удобрения не гигроскопичны, не слеживаются.

Рисунок 2. Зависимость относительного содержания кальция от применяемой температуры процесса обжига. Соотношение ФС: Nа₂СО₃: SiO₂ = 100:16,45:10,0

Суммарное содержание питательных веществ в термофосфатных удобрениях составляют в пределах 57-58% (Р₂О_{5 общ.}+ СаО_усв.). В отличие от водорастворимых форм, присутствующая в удобрении лимоннорастворимая форма фосфатных компонентов способствует повышению использования фосфора растениями на любых почвах и связана с уменьшением процесса ретроградации. Являясь слабощелочными, термофосфаты одновременно усредняют почвенную кислотность и могут использоваться как самостоятельно, так и в составе тукосмесей.

Список литературы:

Nurmurodov T.I., Erkaev A. U., Khurramov N.I., Akhtamova M.Z., Bozorova N.N. Phosphor-calcium fertilizers on the basis of phosphate raw material of Central Kyzylkum. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology .May 2018. Vol.5, Issue 5, p. 5841-5845.
Нурмуродов Т.И., Эркаев А.У., Мирзаев А.У., Ахтамова М.З. Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Ценральных Кызылкумов // Universum: Технические науки: электро научн. журн. 2018 № 7(52). С. URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6162. (02.00.00 №1)
Нурмуродов Т.И., Комилов Ж., Тураев М.П.. Трансформация формы P₂O₅ при термохимической активации природных фосфатов«Горно-металлургический комплекс: проблемы и их решения»г.Алмалык, 8 апрелья 2015. -С.147
Позин и др. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) часть II, Х.Москва-1974г. 1053 с.
Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов // М.М.Винник, Л.Н.Ербанова, П.М.Зайцев, Л.А.Ионова и др. - М.: Химия, 1974, 218 с.
Шодиев А.Н., Саидахмедов А.А., Туробов Ш.Н., Хакимов К.Ж., Эшонкулов У.Х. Исследование технологии извлечения редких и благородных металлов из сбросных растворов шламового поля. // UNIVERSUM: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ - Москва, 2020. - №5 C. 37-40.

Информация об авторах