МЕХАНОАКТИВАЦИОННАЯ ПЕРЕРАБОТКА НИЗКОСОРТНЫХ ФОСФОРИТОВ КИСЛЫМИ СОЛЯМИ

АННОТАЦИЯ

В данной работе приводятся результаты исследования влияния механоактивации на растворимость низкосортных фосфоритов  Центральных Кызылкумов. В результате проведенных исследований установлено, что при введении в состав солевой добавки NH₄H₂PO₄ и NH₄H₂PO₄ содержание усвояемой формы форма Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн в различных видах фосфорита возрастает.

Механоактивационные способы переработки низкосортного фосфатного сырья с солевыми добавками NH₄H₂PO₄ и NH₄H₂PO₄ даёт возможность расхода реагентов для вскрытия фосфатов и их переработки для получения наиболее эффективных форм комплексных минеральных удобрений со значительными улучшенными качественными и агрохимическими показателями.

ABSTRACT

This work presents the results of a study of the effect of mechanical activation on the solubility of low-grade phosphorites of the Central Kyzyl Kum. As a result of the studies carried out, it was found that when NH₄H₂PO₄ and NH₄H₂PO₄ are added to the salt additive, the content of the assimilable form is the P₂O₅ form and CaO_water increases in various types of phosphorite.

Mechanical activation methods for processing low-grade phosphate raw materials with salt additives NH₄H₂PO₄ and NH₄H₂PO₄ make it possible to consume reagents for opening phosphates and processing them to obtain the most effective forms of complex mineral fertilizers with significantly improved quality and agrochemical indicators.

Ключевые слова: механоактивации, фосфатное сырье, переработка, интенсификация, фракционный анализ, механические, химические, термические способы

Keywords: mechanical activation, phosphate raw materials, processing, intensification, fractional analysis, mechanical, chemical, thermal methods

В настоящее время в мире при создании эффективных технологий в отраслях химической промышленности, в том числе производства минеральных удобрений, особое внимание уделяется на проведение исследования и разработке технологии, предусматривающие наиболее полного и рационального использования собственных сырьевых ресурсов каждой страны. При этом уделяется больше внимания на разработке способов, опирающихся на использование дешевых, доступных химических реагентов, а по мере возможности, на применение отходов химической и горнодобывающей промышленности.

В сегодняшний день во всем мире в проводимых научных исследованиях и создаваемых новых технологиях по добычи и переработке фосфоритовых руд особое внимание уделяется на разработки, позволяющие получать из сравнительно бедных фосфоритов более эффективные и качественные фосфоконцентраты. Они используются в новых производствах различных (простых и сложных) минеральных удобрений, направленные на создание нетрадиционных и ресурсосберегающих технологий переработки минерального фосфатного сырья.

В сегодняшний день в республике одним из основных направлений развития химической промышленности является разработка наиболее эффективных технологий комплексной переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов (ЦК), являющиеся основной сырьевой базой предприятий, производящих минеральные удобрения. В этом направлении созданы научные основы получения эффективных и качественных фосфорных удобрений из низкосортного сырья и отходов производства, позволяющие модернизировать, диверсифицировать и вывести на качественно новый уровень данной отрасли.

За последние годы принципиально перспективными в переработке фосфоритов представляются активационные методы, которые позволяют решить вопросы экономии разлагающих реагентов и улучшения качества получаемой продукции. К числу таких можно отнести механические, химические, термические способы и их комбинации - механохимический и термохимический методы активации [1].   

Активация измельчением, или механоактивация- новый способ интенсификации физико-химических процессов. В ее основе лежит изменение реакционной способности твердых веществ под действием механических сил. Уже сейчас можно определить перспективы использования механоактивации в целом ряде областей науки и производства. Активация измельчением позволяет усовершенствовать существующие способы переработки полезных ископаемых и наметить пути создания совершенно новых технологических схем химического обогащения руд, вскрытия упорного минерального сырья и комплексного использования минеральных ресурсов [2-5].

В работах ученых республики Узбекистан [1,6,7] приведены результаты исследования механохимической активации рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов в смеси с сульфатом, нитратом, фосфатом калия, а также в присутствии хлорида калия, карбамида, нитрата и сульфата аммония. Авторами показано, что механическая активация таких смесей приводит к резкому возрастанию содержания в фосфоритной муке усвояемой формы Р₂О₅.

Механоактивация, по всей видимости, получит дальнейшее развитие как новый способ химического синтеза неорганических веществ.

Следует отметить, что в результате применения активационных методов переработки фосфоритных руд хотя и сохраняется основная структура фосфатных, карбонатных, силикатных и фтористых составляющих, но происходит некоторая расслабленность химических связей М-О (фосфат), М-O (силикат) и, особенно, М-О (карбонат) (где. М = Са, Мg, Al, Fe, РЗЭ), Са-О (силикат), что в итоге усиливает реакционную способность разложения фосфорита. В результате этого твердая фаза проявляет в 1,5- 2,0 раза большую кислотную растворимость, чем не активированный фосфорит. Однако, применение того или иного метода механоактивации зависит от состава, структуры и типа фосфорита и особенно от почвенной характеристики [8].

Целью работы являлось установление закономерностей изменения физико-химических свойств низкосортных фосфоритов ЦК в процессе механической активации и определение влияния добавок на извлечение фосфора в усвояемую для растений форму. Полученные результаты и их обсуждение: Для исследования использовали низкосортные фосфориты Центральных Кызылкумов с исходным составом (табл. 1)

Таблица 1.

Химический состав низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов разного типа

Экспериментальная часть: В зависимости от цели и аппаратурного оформления, механическую активацию можно провести сухим способом с применением ударно-центробежной, роликовой, шаровой мельницами, интенсивного измельчения на вибро-планетарных мельницах и др. Разрушение минералов в мельницах повышенной энергонапряженности сопровождается многогранными структурно-химическими преобразованиями, при которых происходит изменение длины и углы межатомных связей, электронная структура и химический состав веществ.

Механоактивация проводилась на лабораторной машине - мельнице-ступке типа RM 200 фирмы RETSCH со скоростью вращения при 50 Гц 100 об/мин. Гранулометрический состав после измельчения пробы с помощью ситового анализа распределился по следующим фракциям. Фракционный анализ выполнили на лабораторной аналитической просеивающей машине серии AS 200 фирмы RETSCH, имеющей электронное задание амплитуды и времени рассева сыпучих частиц. С целью определения влияния активирующих добавок на степень растворимости низкосортных фосфоритов, проводили механическую активацию образцов различных видов низкосортных фосфорита с добавками кислых солей NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄ при соотношении 5:5 в мельнице-ступки типа RM 200 при увеличении времени активации до 60 мин, полученную смесь нагревали до 200⁰С. В ходе лабораторных исследований отбирали образцы и определяли их химический состав, результаты которых приведены в таблице - 2.

Результаты опытов показывают, в зависимости при премешивании смеси соотношения 50:50 добавки NH₄H₂PO₄ и фосфорита 2-пласта 17,0% состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 46,63; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 39,49; Р₂О_5вод 21,87; СаО_общ. 28,50; СаО_усв. по лим. к-те_. 13,56; СаО_водн. 16,23. относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв.  по лим. к-те. 84.86%, Р₂О_5вод 46.90% , СаО_усв 47,58%, СаО_водн. 56,94%.

   При премешивании смеси добавки (NH₄)₂HPO₄ и фосфорита 2-пласта 17,0% при соотношении 50:50 состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 45,77; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 28,50; Р₂О_5вод 21,34; СаО_общ. 23.42; СаО_усв. по лим. к-те_. 13.95; СаО_водн. 14.83. Относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв.  по лим. к-те. 62.26%, Р₂О_5вод 74.87% , СаО_усв 59.56%, СаО_водн. 63.32%.

  Смесь добавки NH₄H₂PO₄ с применением минерализованной массы 12,8 % при соотношением 50:50    состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 34,83; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 29,57; Р₂О_5вод 16,4; СаО_общ. 21,29; СаО_усв. по лим. к-те_. 13,56; СаО_водн. 16,23. Относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв. по лим. к-те. 84.89%, Р₂О_5вод 47.08% , СаО_усв 63.69%, СаО_водн. 76.23%.

  Смесь добавки (NH₄)₂HPO₄  с применением минерализованной массы 12,8 % при соотношением 50:50    состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 34,1; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 25,6; Р₂О_5вод 15,93; СаО_общ. 17,55; СаО_усв. по лим. к-те_. 13,95; СаО_водн. 14,83. Относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв. по лим. к-те. 62.58%, Р₂О_5вод 46.71% , СаО_усв 79.48%, СаО_водн. 84.50%.

Смесь добавки NH₄H₂PO₄ с применением фосфорита 1 пласта 15,6% при соотношением 50:50 состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 42,20; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 35,89; Р₂О_5вод 19,83; СаО_общ. 25,86; СаО_усв. по лим. к-те_. 12,20; СаО_водн. 14,7. Относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв. по лим. к-те. 85.05%, Р₂О_5вод 46.99% , СаО_усв 47.17%, СаО_водн. 56.84%.

Смесь добавки (NH₄)₂HPO₄  с применением минерализованной массы 12,8 % при соотношением 50:50    состав фосфоконцентрат изменяется, % вес.: Р₂О_5общ. 34,1; Р₂О_5усв. по лим. к-те_. 25,6; Р₂О_5вод 15,93; СаО_общ. 17,55; СаО_усв. по лим. к-те_. 13,95; СаО_водн. 14,83. Относительное содержание Р₂О_5усв., Р₂О_5вод, СаО_усв. и СаО_водн. возрастает P₂O_5усв. по лим. к-те. 62.58%, Р₂О_5вод 46.71% , СаО_усв 79.48%, СаО_водн. 84.50%.

Таблица 2

Химический состав и основные характеристики полученных продуктов