Уксуснокислотное обогащение карбонатной фосфоритовой муки и переработка химически обогащенного концентрата в сложносмешанные удобрения

DOI: 10.32743/UniTech.2021.83.2-2.77-81

АННОТАЦИЯ

Для селективного извлечения карбоната кальция из фосфоритовой муки экспериментально найдены оптимальные условия процесса обогащения уксусной кислотой: норма кислоты – 110% от стехиометрии на разложение СаСО₃ в сырье, соотношение Т : Ж  = 1 : 8, температура – 25°С и время – 30 мин. Соблюдая вышеперечисленные параметры из фосмуки с содержанием 16,33% Р₂О₅; 47,13% СаО; 17,23% СО₂; СаО : Р₂О₅ = 2,89 можно получить концентрат с содержанием 25,58% Р₂О_5общ., 4,24% СО₂ и с кальциевым модулем 1,66. В нем Р₂О_5усв. : Р₂О_5общ. составляет 35,22%. В исходном сырье этот показатель равнялся 10,2%. Изучены составы сложно-смешанных удобрений на основе химически обогащенного фосфоконцентрата, аммиачной селитры и сульфат аммония с различным соотношением азота к фосфору, подвергнутых механической активации. Получены удобрения с более высоким содержанием усвояемой формы Р₂О₅, чем она была в исходном концентрате.

ABSTRACT

For the selective extraction of calcium carbonate from phosphorite flour, the optimal conditions for the enrichment process with acetic acid were experimentally found: the acid rate is 110% of the stoichiometry for the decomposition of CaCO₃ in the raw material, the ratio S: L = 1: 8, the temperature is 25°C and the time is 30 minutes. Observing the above parameters from fosmuk with a content of 16.33% Р₂О₅; 47.13% CaO; 17.23% CO₂; CaO: P₂O₅ = 2.89, a concentrate can be obtained with a content of 25.58% P₂O_5total, 4.24% CO₂ and calcium modulus of 1.66. It contains P₂O_5ass. : P₂O_5total. is 35.22%. In the initial raw material, this figure was equal to 10.2%. Studied the compositions of complex-mixed fertilizers based on chemically enriched phosphoconcentrate, ammonium nitrate and sulfate with different ratios of nitrogen to phosphorus, subjected to mechanical activation. Fertilizers with a higher content of the assimilable form of P₂O₅ than it was in the original concentrate were obtained.

Ключевые слова: фосфоритная мука, уксусная кислота, обогащение, химически обогащенный концентрат, сульфат и нитрат аммония, сложносмешанные удобрения.

Keywords: phosphorite flour, acetic acid, enrichment, chemically enriched concentrate, ammonium sulfate and nitrate, compound fertilizers.

Ранее [1, 2] нами для селективного выщелачивания карбонатов кальция и магния из высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов использовали уксусную кислоту. Методика опытов заключалась в следующем: определенное количество фосфатного сырья медленно подавалось в термостатированный стеклянный реактор, снабженный мешалкой и содержащий раствор органической кислоты.

Количество кислоты брали из расчета на разложение СаСО₃ в фосфатном сырье, то есть согласно реакциям:

СаСО₃ + 2СН₃СООН → Са(СН₃СОО)₂ + СО₂↑ + Н₂О

В опытах варьируемыми параметрами были норма кислоты, соотношение Ж : Т, продолжительность взаимодействия реагентов и температура процесса. Во всех опытах скорость оборотов мешалки составляла 250-300 об./мин. После перемешивания реактор удаляли из термостата, содержимое отфильтровывали. Оставшийся на фильтре осадок промывали водой. Промытый осадок высушивали при температуре 80ºС. Высушенный осадок анализировали на содержание различных форм фосфора, кальция и углекислоты по известным методикам. По изменению содержания СО₂ рассчитывали степень декарбонизации сырья (К_{декарб.}) [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13].

Найдены оптимальные условия введения процесса химического обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов уксусной кислотой: норма кислоты – 110% от стехиометрии на разложение СаСО₃ в сырье, соотношение Т : Ж = 1 : 8, температура – 25°С и продолжительность перемешивания – 30 мин. Показано, что из рядовой фосфоритовой муки с содержанием 16,33% Р₂О₅; 1,66 Р₂О_5усв.; Р₂О_5усв. : Р₂О_5общ.= 10,2; 47,13% СаО; 17,23% СО₂; СаО : Р₂О₅ = 2,89 можно получить концентрат состава (вес. %): 25,58 Р₂О_5общ.; 9,01 Р₂О_5усв.; Р₂О_5усв. : Р₂О_5общ.= 35,22; 42,58 СаО_общ.; 15,63 СаО_усв. и с кальциевым модулем 1,66. При этом степень достигается приемлемая К_{декарб.} – 84%. Такой концентрат можно успешно перерабатывать на любые виды фосфорсодержащих удобрений [16], [17], [17], [19], [20], [21], [22], [23].

Для подтверждения химического анализа нами проведено рентгенографическое исследование исходной фосфоритовой муки и продукта её обогащения. На рис. 1 приведена рентгенограмма исходного сырья.

Рисунок 1. Рентгенограммы исходной фосфоритовой муки

По данным рентгенофазового анализа основными минералами фосмуки являются фторкарбонатапатит, карбонат кальция и кварц. Дифракционные полосы 1,72; 1,74; 1,78; 1,87; 1,93; 2,24; 2,62; 2,67; 2,79; 3,46; 4,04; 8,109А^о принадлежат фторкарбонатапатиту. На рентгенограммах наличие кальцита устанавливается по межплоскостным расстояниям 1,52; 1,60; 1,87; 1,91; 2,09; 2,28; 2,50; 2,84; 3,03; 3,86 А^о. Полосы 2,13; 3,35; 4,24А^о принадлежат кварцу.

А на рис. 2 приведена рентгенограмма химически обогащенного фосфоконцентрата. При сопоставлении дифрактограммы обогащенного фосфоконцентрата с таковой для исходной фосмуки наблюдается тенденция к уширению рефлексов и значительному убыванию интенсивных полос 3,86; 3,03; 2,51; 2,29; 1,88 и отсутствие полос 2,84; 2,09 и 1,60А^о, которые характерны для кальцита. При этом четко проявляются полосы фторапатита. Это особенно хорошо выражено для основного триплета - 2,79; 2,69 и 2,62А^о.

Рисунок 2. Рентгенограмма химически обогащенного фосфоконцентрата

Как было сказано выше, в химически обогащенном фосфоритном концентрате Р₂О_5усв. по лимонной кислоте : Р₂О_5общ. составляет 35,22%. В исходной фосфоритовой муке этот показатель равнялся 10,2%. Это является следствием того, что уксусная кислота, выщелачивая карбонат кальция из тесно проросших между собой карбоната кальция с фосфатным минералом, разрушает структуру последнего, переводя в нём неусвояемую форму Р₂О₅ в усвояемую для растений форму. Такой концентрат можно использовать для непосредственного внесения в почву в виде фосмуки или в качестве фосфорного компонента в составе гранулированных азотных удобрений [24], [25], [26], [27].

Таким образом, обогащенный концентрат может стать хорошим компонентом в составе сложно-смешанных удобрений, к достоинствам которых относится повышенная усвояемость фосфора. Для приготовления сложно-смешанных удобрений мы приготовили смеси фосфоконцентрата с нитратом и сульфатом аммония и подвергли их истиранию до размера частиц менее 0,16 мм. Смеси готовились в широком диапазоне соотношений азота к Р₂О₅ (от 1 : 0,3 до 1 : 1). Гранулирование порошковидных тукосмесей мы осуществляли следующим образом: помещали их в фарфоровую чашку, дозировали необходимое количество воды (до 10% от общей массы) и интенсивно размешивали. При этом образовывались влажные частицы округлой формы. Масса этих частиц высушивалась при 105°С, получались твердые гранулы. Частицы размером 3-4 мм подвергались анализу на прочность гранул. Результаты анализа продуктов приведены в таблице

Таблица 1.

Состав подвергнутых механической активации тукосмесей фосфоконцентрата с сульфатом и нитратом аммония

В изученных марках удобрений при использовании NH₄NO₃ относительное содержание усвояемой формы Р₂О₅ и СаО по отношению  к общей меняется от 68,37 до 85,95% и от 72,8 до 95,3% соответственно. В случае же использования (NH₄)₂SO₄ эти величины находятся в пределах 75,26-92,73% и 73,53-97,14. Прочность гранул всех марок NPK-удобрений удовлетворяет требования сельского хозяйства (2,69-3,67 МПа на основе сульфата аммония и 3,39-5,40 МПа на основе нитрата аммония).

Таким образом, из обогащенного фосфоконцентрата, полученного путем химического выщелачивания карбонатов из рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов уксусной кислотой можно получить гранулированные комплексные удобрения, качество которых отвечает требованиям сельского хозяйства.

Список литературы:

1. Abduxamidovich, N. A., Yusufjon, A., & Mambetkarimovich, R. A. Magniyli ohakli selitraning termik turg ‘unligi, modifikatsion va parchalanish holatlarini o ‘rganish. Science and Education, 1(3). 2020
2. Alimov, U. K., Namazov, SH. S., Reymov, A. M., & Kaymakova, D. A. Ispol’zovanie mineralizovannoy massy fosforitovssentral’nyx Kyzylkumov v protsesse polucheniya dvoynogo superfosfatassiklicheskim sposobom. Ximicheskaya promyshlennost’, 94(1), 2017. –S. 1-10.
3. Alimov, U. K., Namazov, SH. S., Reymov, A. M., Kenjaeva, T. YU., & Kaymakova, D. A. Ssiklicheskaya texnologiya pererabotki mytogo obojjennogo fosforitnogo konsentrata na dvoynoy superfosfat. Ximicheskaya promyshlennost’, 93(1), 2016. –S. 22-28.
4. Allaniyazov, D. O. Issledovanie fiziko-ximicheskix svoystv peschano-glinistyx glaukonitov krantauskogo mestorojdeniya iz karakalpakstana. in International scientific review of the problems of natural sciences and medicine. 2019. pp. 5-8.
5. Asamatdinov A. O., Akhmedov U. K., and Reymov A. M. Application of the superabsorbent polymer hydrogels for water retention under drying conditions. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 2: Iss. 1, Article 12. 2018
6. Atanazar Seitnazarov, Shafoat Namazov, Boris Beglov. Beneficiation of high-calcareous phosphorites of Central Kyzyl Kum with organic acid solutions // Journal of Chemical Technology and Metallurgy. - Sofia, 2014. - vol. 49, N 4. - pp. 383-390.
7. Djumanova Z., Ettibaeva L., Abduraxmonova U., Khalmuratova Z. Synthesis of supramolecular complex L– (-) – menthol. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 3: Iss. 2, Article 1. 2020. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol3/iss2/1
8. Djumanova Z., Pirniyazov A., Kalbaev S., Matekeeva A. Hydrogenolysis of the g. glabra lignin. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 2: Iss. 2, Article 4. DOI: ISSN 2181-9203 2018. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol2/iss2/4
9. Dosanova, G. M., Talipov, N. X., & Reymov, A. M. Gipsovermikulitovye teploizolyasionnye shtukaturochnye smesi. Ximicheskaya promyshlennost’, 97(1), 2020. –s. 7-11.
10. Erkaeva, N. A., Kaipbergenov, A. T., Erkaev, A. U., Reymov, A. M., & Tolipova, X. S. Issledovanie vliyaniya sodoproduktov na funksional’nye pokazateli sinteticheskogo moyuщego sredstva. Texnicheskie nauki: problemy i resheniya. 2020 pp. 84-88.
11. Kim, R. N., Reymov, A. M., Aliev, A. T., Myachina, O. V., YAkovleva, I. A., OT, N., & Madenov, B. D.  Vliyanie udobreniy, poluchennyx na osnove agrorud Karakalpakstana, na urojaynost’ xlopchatnika. Uzb. xim. jurnal, (1), 2016. –S. 45-49.
12. Mamataliev, A. A., Namazov, SH. S., Seytnazarov, A. R., Reymov, A. M., Bozorov, I. I., & Nomozov, SH. YU. O‘.  Granulirovannye azotno-sernye udobreniya na osnove plava nitrata ammoniya i sul’fata ammoniya. Universum: texnicheskie nauki, (5 (38)). 2017
13. Nabiev, A. A., Namazov, SH. S., Seytnazarov, A. R., Reymov, A. M., Beglov, B. M., & Ayymbetov, M. J.  Izvestkovo-ammiachnaya selitra i eyo primenenie v sel’skoxozyaystvennom proizvodstve. Universum: texnicheskie nauki, 6 (39), 2017. –s. 25-32.
14. Nabiev, A. A., Reymov, A. M., Namazov, SH. S., & Mamataliev, A. A. Fiziko-ximicheskie i tovarnye svoystva magniysoderjaщey izvestkovoy ammiachnoy selitry. Universum: texnicheskie nauki, (5), 2017 pp. 40-46.
15. Nabiev, A.A; Reymov, A.M; Namazov, Sh.S; and Beglov, B.M. Investigation of magnesium containing and calcium ammonium nitrate obtainment process. Chemical Technology, Control and Management: Vol. 2018: Iss. 1, Article 2. 2018
16. Nabiyev AA., Namazov ShS., Seytnazarov AR, Reymov AR, Beglov AM, Ayymbetov MZh. Carbonateammonium nitrate and its using in agricultural production. Universum: Tekhnicheskiye nauki: elektronnyy nauchnyy zhurnal, (6), 39. 2017
17. Namazov Sh. S., Usanbaev NH, Sultonov BE, AM Reymov AM Organic-mineral Fertilizer Based on Chicken Manure and Phosphorite from Central Kyzylkum. Chem. Sci. Int. J, 24(3), 2018. –pp. 1-7.
18. Namozov, O. M. Glycyrrhizic acid and its production," Karakalpak Scientific Journal: Vol. 2: Iss. 2, Article 3. DOI: ISSN 2181-9203 2018. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol2/iss2/3
19. Reymov, A M. Study of the process of production of liquid nitrogen fertilizers. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 2: Iss. 1, Article 6. 2019
20. Reymov, A. M., Nabiev, A. A., Namazov, SH. S., & Madenov, B. D. Prochnost’ granul magnievo-izvestkovoy ammiachnoy selitry. SamGU nauchnyy vestnik, (5), 2016. –s. 153-156.
21. Shapulatov, U.; Allaniyazova, M. K.; Khozhiboboeva, S. Kh.; and Kushiev, Kh. Kh. Influence of the glycirrizin acid complex on fungal diseases of winter wheat. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 3: Iss. 1, Article 9. 2020. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol3/iss1/9
22. Sidikov I., Yakubova N., Usmanov K., Kazakhbayev S. Fuzzy synergetic control nonlinear dynamic objects. Karakalpak Scientific Journal: Vol. 3: Iss. 2, Article 2. 2020. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol3/iss2/2
23. Temirov, U. S., Namazov, S. S., Usanbaev, N. H., Sultonov, B. E., & Reymov, A. M. Organic-mineral Fertilizer Based on Chicken Manure and Phosphorite from Central Kyzylkum. Chemical Science International Journal, 24(3), 2018. –pp. 1-7.
24. Temirov, U. S., Reymov, A. M., Namazov, S. S., & Usanbaev, N. H.  Organic-mineral fertilizer based on cattle manure and sludge phosphorite with superphosphate. International Journal of Recent Advancement in Engineering & Research. India, 4(01), 2018. –pp. 39.
25. Turakulov, B. B., Kucharov, B. X., Erkaev, A. U., Toirov, Z. K., & Reymov, A. M. Usovershenstvovanie proizvodstva gidroksida kaliya izvestkovym sposobom. Universum: texnicheskie nauki, (10 (43)). 2017.
26. Турдиалиев У.М., Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов растворами уксусной кислоты // Химия и химическая технология. - Ташкент, 2012. - № 2. - С. 12-18.
27. Wang, Wei; Samat, Alim; and Abuduwaili, Jilili () Long-term variations (2001-2016) of satellite-based PM2.5 concentrations and its determinants in Xinjiang, northwest of China," Karakalpak Scientific Journal: Vol. 3: Iss. 1, Article 25. 2020. https://uzjournals.edu.uz/karsu/vol3/iss1/25