ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ НИТРОКАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ ПЛАВОВ И КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

INVESTIGATION OF THE PROCESS OF OBTAINING COMPLEX FERTILIZERS BASED ON NITROCALCIUM PHOSPHATE MELTS AND POTASSIUM SALTS
Цитировать:
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ НА ОСНОВЕ НИТРОКАЛЬЦИЙФОСФАТНЫХ ПЛАВОВ И КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Алламуратова А. [и др.]. 2022. 10(103). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/14329 (дата обращения: 17.04.2024).
Прочитать статью:
DOI - 10.32743/UniTech.2022.103.10.14329

 

АННОТАЦИЯ

Целью работы является улучшение физико-химических свойств комплексного удобрения с массовом соотношением N:P2О5:K2О, равном (1,0-1,5):(1,0-1,5):(1,0-1,5), путем проведения гранулирования в присутствии ретура  и охлаждения, повышением содержания питательных элементов и уменьшения влажности удобрения. Показана возможность графического определения технологических параметров процесса азотнокислотного разложения фосфатов и физико-химических свойств полученных удобрений. На основе проведенных исследовании разработана технологическая схема производства комплексных удобрений улучшенного качества.

ABSTRACT

The aim of the work is to improve the physicochemical properties of a complex fertilizer with a mass ratio N:P2O5:K2O equal to (1.0-1.5):(1.0-1.5):(1.0-1.5), by carrying out granulation in the presence of retur and cooling, increasing the content of nutrients and reducing the moisture content of the fertilizer. The possibility of graphical determination of the technological parameters of the process of nitric acid decomposition of phosphates and the physicochemical properties of the obtained fertilizers is shown. On the basis of the research carried out, a technological scheme for the production of complex fertilizers of improved quality was developed.

 

Ключевые слова: комплексное удобрение, азотнокислотное разложение, калийная соль, технологический параметр, физико-химические свойства, удобрения.

Keywords: complex fertilizer, nitric acid decomposition, potassium salt, technological parameter, physico-chemical properties, fertilizers.

 

Введение

Потребность сельского хозяйства Республики Узбекистан в минеральных удобрениях составляет 762 тыс. т 100%-ного азота, 518 тыс.т 100%-ного Р2О5 и 278 тыс. т 100%-ного К2О. А промышленность пока производит 812 тыс. т в год азотных удобрений и 129 тыс. т фосфорных. Из приведенных данных видно, что в Республике лишь производство азотных удобрений удовлетворяет спрос сельского хозяйства. Производство фосфорсодержащих удобрений лимитируется качеством имеющегося у нас фосфорита Центрально-Кызылкумского месторождения. Это бедное по фосфору сырьё, к тому же содержащее большое количество нежелательных примесей, в частности, карбонатов и хлора. Такое сырье не пригодно для получения из него высококонцентрированных фосфорсодержащих удобрений, таких, например, как аммофос. Для того, чтобы сделать такой фосфорит пригодным для получения концентрированных удобрений, на Кызылкумском фосфоритовом комбинате (КФК) осуществлены операции термического обогащения сырья и отмывки его от хлора. Целью исследования является исследование процесса получения комплексных удобрений наоснове нитрокальцийфосфатных плавов и калийных солей. В соответствии с целью работы, заключающейся в повышении качества комплексного удобрения с массовом соотношением N:P2О5:K2О, равном (1,0-1,5):(1,0-1,5):(1,0-1,5), путем проведения гранулирования в присутствии ретура  и охлаждения с увеличением содержания питательных элементов уменьшением влажности удобрений, проведен анализ [1-9] диаграммы растворимости системы СаО – Р2О5 – N2О5 – Н2О выявлено, что с повышением нормы азотной кислоты и температуры более 100% и 1400С соответственно реакционная масса переходит в состояние плава и его можно упаривать до 1-2%-ной влажности с дальнейшим охлаждением, в результате которого образуются стеклообразные кристаллы с неуравновешенным содержанием азота и фосфора и высокой гигроскопичностью. С целью уравновешивания содержания питательных компонентов и снижения гигроскопичности продукта к полученному плаву добавляли калийные соли. Процесс включает одновременно (в одном аппарате) декарбонизацию и кислотное разложение фосфатного сырья при норме азотной кислоты 79-160% от стехиометрии в пересчете на СаО, нейтрализацию до рН не ниже 3,5,упаривание пульпы до плотности не менее 1750 кг/м3, добавление  калийных солей при  массовом соотношении N:P2О5:K2О, равном (1,0-1,5):(1,0-1,5):(1,0-1,5), гранулирование в присутствии ретура  и охлаждение. Количество азотной кислоты и калийных солей на 100 кг фосфорита при заданном массовом соотношении N:P2О5:K2Орассчитывается по формуле:

АНNO3 =  (CP2О5*63/14) *(100/C НNO3) *(ПN/ПP2О5);

А ф/с =  100 *ПP2О5;

Акалсоль = 0,5 (CP2О5*М кал.соль /СK2О)  *(ПK2О /ПP2О5);

где  АНNO3,А ф/с,Акалийсоль-количество азотной кислоты, фосфатного сырья и калийных солей соответственно.

CP2О5,СK2О-содержание в фосфатном P2О5 и K2О сырье и калийной соли соответственно.C НNO3- концентрация азотной кислоты.

ПN,ПP2О5,ПK2О-массовая доля N, P2О5и K2Осоответственнопри заданном соотношении.

В качестве калийных добавок использовали сульфатные, нитратные, фосфатные, карбонатные, хлоридные соли калия и их смеси. Калийные соли добавляются в смеситель, куда одновременно поступает упаренный плав в количестве, необходимом для поддержания массового соотношения N:P2О5:K2О, равном (0,5-1,5):1,0: (0,5-1,5). Процесс  грануляции в присутствии  ретура необходимо проводить для поддержания содержания влаги в массе не более  1-8%.

Снижение  плотности плава менее 1750 кг/м3 приводит к усложнению процесса грануляции и ухудшению свойств полученных удобрений за счет увеличения их влагосодержания. В табл. 1 приведены расчетные расходные коэффициенты исходных компонентов при получении комплексных удобрений уравновешенного состава из фосфоритов Центральных Кызылкумов и калийных солей.

Таблица 1.

Расчетные расходные коэффициенты исходных компонентов комплексных удобрений, полученных из фосфоритов Центральных Кызылкумов

№ образцов

Соотношение N: Р2О5:К2О

Вид фосфатного сырья

Вид калийных солей

Норма,

HNO3,%

Массовое соотношение исходных компонентов АНNO3: AФ/С Акалий соль

1

2

3

1:1:1

1,5:1:1

1:1,5:1

Мытый сушеный

концентрат

K2SO4

103,5

160,0

103,5

192,9:100:77,59

298,3:100:77,59

192,9:150:77,59

4

5

6

1:1:1

1,5:1:1

1:1,5:1

Мытый сушеный

концентрат

KCl

103,5

160,0

103,5

192,9:100:56,86

298,3:100:56,86

192,9:150:56,86

7

8

9

1:1:1

1,5:1:1

1:1,5:1

Мытый сушеный

концентрат

K2CO3

103

160

103

192,9:100:48,86

298,3:100:48,86

192,9:150:48,86

10

11

12

1:1:1

1,5:1:1

1:1,5:1

Пылевидная фракция

K2SO4

79

119

79

148,8:100:59,74

223,47:100:59,74

1489,48:150:59,74

13

14

15

1:1:1

1,5:1:1

1:1,5:1

Пылевидная фракция

KCl

79

119

79

148,8:100:43,78

223,47:100: 43,78

1489,48:150:43,78

 

Содержания в полученных удобрениях P2О5общ, P2О5усв, N+Р2О5+К2О иN+Р2О5+К2О +СаОусв колеблются в пределах 6,51-11,43; 6,13-10,83; 24,11-28,50 и 38,67-49,16% соответственно. Содержание суммы питательных компонентов при применении хлорида калия больше чем при применении в качестве калийсодержащего компонента сульфата и карбоната калия.Снижение   массового соотношения N : Р2О5: К2О менее 0,5 :1,0 : 0,5 приводит к усложнению процесса и уменьшению  коэффициента разложения фосфорита.

С увеличением массового соотношения выше 1,5:1,0:1,5уменьшаются степень разложения фосфорита и количество P2О5усв в составе сложного удобрения, увеличивается расход азотной кислоты и, соответственно, аммиака на нейтрализацию кислоты.

Таблица 2.

Химический состав уравновешенных (N : Р2О5 : К2О) комплексных удобрений на основе нитрокальцийфосфатного плава и калийных солей

Номера образцов соответствуют номерам табл. 1

Содержание компонентов, %

Р2О5усв

Р2О5 общ

%

Сумма питательных компонентов, %

Р2О5общ

Р2О5усв

СаОобщ

СаОводн

Nобщ

Nнит

Nамм

К2О

N+Р2О5+ К2О

N+Р2О5+ К2О+СаО

1

8,82

8,10

17,20

10,33

8,84

7,00

1,84

8,84

91,80

26,51

43,70

2

7,25

7,11

14,14

8,68

10,89

7,61

3,28

7,32

98,10

25,52

39,60

3

10,76

9,17

20,98

12,47

7,20

6,72

0,48

7,23

91,71

25,50

46,17

4

9,53

8,40

17,80

10,27

9,53

7,33

2,19

9,53

92,12

28,50

45,99

5

7,72

7,57

15,05

8,95

11,60

8,17

3,43

7,71

98,01

27,04

42,08

6

11,43

10,46

22,29

13,26

7,79

7,18

0,56

7,73

91,52

27,03

49,16

7

9,84

9,06

19,19

11,46

9,84

7,78

2,06

9,84

92,14

29,51

48,71

8

7,91

7,76

15,44

9,18

11,92

8,25

3,67

7,92

98,15

27,71

43,20

9

11,90

10,83

23,2

13,8

7,91

7,41

0,50

7,91

91,44

27,72

50,92

10

7,62

5,85

18,52

12,5

7,62

6,52

1,10

7,62

74,82

22,86

41,38

11

6,51

6,21

15,82

10,68

9,76

7,06

2,70

6,51

95,41

22,79

38,67

12

9,49

7,11

23,01

15,5

6,33

5,92

0,41

6,33

74,91

22,78

45,15

13

8,16

6,13

19,26

12,81

8,21

6,81

1,40

8,20

75,12

24,61

43,83

14

6,91

6,54

16,31

10,85

10,31

7,50

2,81

6,89

95,41

24,13

40,42

15

10,32

7,77

24,31

16,15

6,92

5,51

1,41

6,90

75,31

24,11

48,45

 

Рисунок 1. Диаграмма гигроскопичности (γ) взаимных систем А-В. А-Са(NO3)2 ·4H2O, В: 2- КCl; 3-(NH4)2SO4; 4- К2SО4; 5-NH4H2PO4; 6-(NH4)2HPO4; 7- КH2PO4; 8- К2HPO4

 

Таблица 3.

Определение гигроскопичности полученных удобрений графоаналитическим методом

№ образцов соот. номерам табл..1

Солевой состав, %

Содержание В в бинарной системе А-В, отн., %

Гигроскопич­ность в системе А-В (α) из рис. 1

Среднее значения гигроскопичности, баллы (α) αср

Качественная оценка гигроскопич­ности

А-Са(NO3)2

B1 – K2SO4 КСO3

КСl

В2 - – NH4NO3

В3 - CаHPO4 Ca(H2PO4)2

В1'

В2'

В3'

В1''

В2''

В3''

(В1')α1

(В2')α2

(В3')α3

1

30,25

16,36

10,51

16,89

35,10

25,79

35,82

22,11

14,20

22,82

2,90

6,4

4,80

2,637

Малогигро­скопично

2

25,42

13,55

18,71

13,89

34,77

42,40

35,33

18,93

26,14

19,41

3,1

6,1

4,90

3,133

Гигроско­пично

3

36,52

13,38

2,74

20,61

26,81

6,98

36,08

18,27

3,70

28,14

4,3

6,9

4,75

2,378

Малогигро­скопично

4

30,08

13,99

12,54

18,39

31,74

29.42

37,94

18,65

16,72

24,52

2,5

6,3

4,70

2,37

Малогигро­скопично

5

26,21

11,32

19,60

14,89

30,16

42,74

36,23

15,72

27,22

20,68

2,8

6,04

4,80

3,14

Гигроско­пично

6

38,83

11,35

3,20

22,0

22,62

7,61

36,17

15,06

4,25

29,19

3,9

6,8

4,81

2,28

Малогигро­скопично

7

33,56

12,25

11,77

18,98

26,74

25,97

36,12

16,00

15,37

24,79

5,4

6,35

4,82

3,03

Гигроско­пично

8

26,88

9,86

20,97

15,28

26,84

43,82

36,24

13,51

28,73

20,93

5,3

6,01

4,80

3,44

Гигроско­пично

9

40,41

9,85

2,86

22,96

19,60

6,61

36,23

12,95

3,76

30,18

5,8

6,95

4,80

2,461

Малогигро­скопично

 

Одним из основных товарных показателей удобрения является их гигроскопичность. Гигроскопичность полученных образцов определяли разработанным нами графоаналитическим методом [10,11].

 

Рисунок 2. Рентгенограмма 1- образец таб .1

 

Сначала на основе химического и рентгенофазового анализа (рис.2)образцов (табл. 1) определяли их ориентировочный солевой состав А Са(NO3)2 и B1(K2SO4, КСO3, КСl,NH4NO3,CаHPO4, Ca(H2PO4)2. По найденному солевому содержанию компонентов В' в бинарной системе А-В определяли из диаграмм растворимости [3-9]значения их гигроскопичности. После этого находили долевое содержание компонентов В'' в угле в сумме солей А+Σ Вn, по значению которого определяли среднюю величину гигроскопичности образцов по формуле:

αср= (В1'')α1 + (В2'')α2 + …………+ (Вn'')αn

По значению αср проводили качественную оценку гигроскопичности образцов (табл. 3). Из данных видно, что полученные удобрения по 10- бальной шкале относятся к гигроскопичным и сильно гигроскопичным. Это доказывает, что полученные уравновешенные удобрения обладают улучшенными товарными свойствами. Известно, что НКФУ, полученные в лабораторных условиях при норме азотной кислоты (103-160%) и производимые в ОАО «Самаркандкиме» удобрения без добавки калийных солей, являются сильно гигроскопичными.

 

Список литературы:

  1. Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли.М.,1987 г.
  2. Моминов М., Мирзаев Ф.М., Набиев М.Н. Азотнокислотное разложение фосфоритов Каратау в смеси с сульфатом калия при неполной норме азотной кислоты: В сб. Химия и технология минеральных удобрений.-Ташкент, 1966. с 341-345.
  3. IägerI. Medeed. J., IambovI. KozlevJ. Mehem.prüm. 1976. T.26 № 11. Р. 575-577.
  4. Предварительный патент РУзIDP05291. МКИ 7С 05В 13/06. Способ получения сложного удобрения. Эркаев А.У., Юсупбеков Н,Р., Артиков Г.О. и др. // Ихтиролар. Расмийахборотнома. -2002г. №4.
  5. Якубов Р.Я., Ибрагимов К.Г., Эркаев А.У. и др. Исследование путей улучшения физико-химических свойств нитрокальцийфосфатного удобрения // Тез. докл. междунар. научн. конф.:  Волгоград.-2009.- С.31.
  6. Якубов Р.Я., Эркаев А.У.,  Ибрагимов К.Г., Тоиров З.К. Определение эффективности влияния модифицирующих минеральных солей на гигроскопичность комплексных удобрений. // Химическая технология. Контроль и управление. – 2010г. - №3, С.5-11.
  7. Якубов Р.Я., Эркаев А.У.,  Ибрагимов К.Г., Тоиров З.К. Организация производства NРК удобрения с использованием низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. – 2010г. - №3, С.5-11.
  8. Эркаев А.У., Ибрагимов К.Г., Тоиров З.К., Якубов Р.Я. Кондиционирование нитрокальцийфосфатного удобрения неорганическими добавками // Химия и химическая технология.– 2010г. - №2, С.7-12.
  9. Патент РУз № IAP 05335. Способ переработки высоко-карбонизированных фосфоритов / Эркаев А.У., Якубов Р.Я., Алламуратова А., Тоиров З.К. // Опубл. 04.01.2017. – Бюллетень №2.
  10. Пестов Н.Е. Физико-химические свойства зернистых и порошкообразных химических продуктов. – М.: Изд-во АН СССР, 1947.        – 234 с.
  11. Тихонович Э.А., Богданова Н.И. Некоторые аспекты гигроскопичности удобрений // Химическая промышленность. – 1991. - № 2. – С. 87
Информация об авторах

канд. техн. наук, доц. кафедры «Химическая технология неорганических веществ» при Ташкентском химико-технологическом институте, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Cand. of technical sciences, associate professor of the department "Chemical technology of inorganic substances", Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

д-р техн. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

канд. техн. наук, доцент Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

д-р. техн. наук, профессор, Каракалпакский государственный университет, Республика Каракалпакстан, г. Нукус

Dr. Tech. Sciences, Prof. Karakalpak State University, Republic of Karakalpakstan, Nukus

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top