ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ СЛОЖНОСМЕШАННЫХ УДОБРЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ НА ОСНОВЕ АКТИВИРОВАННОГО ФОСФОРИТА С ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ, ФОСФОГИПСА И ГЛАУКОНИТА

АННОТАЦИЯ

В статье изучен состав сложных удобрений на основе фосфорнокислотно активированного фосфорита (ФМ), фосфогипса (ФГ) и глауконита (ГЛ). Путём активации Кызылкумских фосфоритов с экстракционной фосфорной кислотой (ЭФК), в результате смешивания активированной массы с отходами производства ЭФК – фосфогипса и Крантауского глауконита, получены образцы сложносмешанных удобрений. Химический состав полученных удобрений был проанализирован с помощью методов химического анализа. Они как по составу, так и по свойствам отвечают требованиям сельского хозяйства.

ABSTRACT

In the article The composition of complex fertilisers based on phosphoric acid-activated phosphorite (FM), phosphogypsum (FG) and glauconite (GL) was studied. Complex fertilisers were obtained by activating Kyzylkum phosphorites with extraction phosphoric acid (EFK) and mixing the activated mass with EFK production waste – phosphogypsum and Krantau glauconite. The component composition of the complex fertilisers obtained was analysed using chemical analysis methods. Both in terms of composition and properties, they meet the requirements of agriculture.

Ключевые слова: фосфоритовая мука, фосфорнокислотная активация, фосфогипс, глауконит, сложносмешанные удобрения.

Keywords: phosphorite flour, phosphoric acid activation, phosphogypsum, glauconite, complex fertilizers.

Введение. Мировой сельскохозяйственной практикой установлено, что 50% урожайности сельскохозяйственных культур приходится на долю применения минеральных удобрений. Среди шести макроэлементов (азот, фосфор, калий, сера, кальций и магний), крайне необходимых для растений, весомое место занимает фосфор. Потребность республики Узбекистан в фосфорных удобрениях составляет 759,3 тыс. т 100%-ного Р2О5 в год, а химическая промышленность страны производит около 140 тыс. т 100%-ного Р2О5 в год. Узбекистан располагает 3,73 млн. га орошаемых земель, на которых получают свыше 97% всей сельскохозяйственной продукции. А ведь научно-обоснованные формы фосфорных удобрений под основные сельскохозяйственные культуры намного превышают эту цифру. Так, под хлопчатник нужно вносить 150 кг/га Р2О5, под зерновые колосовые на поливе- 110 кг/га Р2О5, под кукурузу на зерно - 130 кг/га Р2О5, под рис - 140 кг/га Р2О5, под овощи - 105 кг/га Р2О5 [1].

Из вышесказанного следует, что в Узбекистане необходимо наращивать производство фосфорсодержащих удобрений. В Узбекистане создана крупная отрасль химической промышленности, работающая на сельское хозяйство. Три АО – «Ammofos-Maxam», «Samarkandkimiyo» и «Indorama Kokand Fertilizers» производят фосфорсодержащие удобрения, ассортимент которых состоит из аммофоса, супрефоса-NS, PS-Агро, нитрокальцийфосфата и простого обогащенного суперфосфата. Но, объем производства фосфорных удобрений этими предприятиями обеспечивает лишь 20% потребностей сельского хозяйства.

Исходя из вышеизложенного, необходимо увеличить объемы производства и расширить ассортимент фосфорных и комплексных удобрений путем вовлечения в переработку низкосортного местного сырья и производственных отходов.

Сложные концентрированные азотнофосфорные удобрения получают на базе ЭФК, однако для её производства потребуется много H2SO4. Так, на получение из апатита 1 тонны Р2О5 в виде моногидрата расходуется 2,41 т Н2SO4, а из фосфоритов Каратау – 2,97 т. А для производства аммофоса из МОК-26 с кальциевым модулем СаО : Р2О5 = 2,2 необходимо израсходовать Н2SO4 в ещё большем количестве – 3,65 т (табл. 1).

Таблица 1.

Сравнительная характеристика расходных норм исходного сырья для получения 1 тонны P2O5 в виде ЭФК (при норме H2SO4 – 100%)

Из таблицы видно, что при получении 1 тонны P₂O₅ в виде фосфорной кислоты из мытого обнажённого концентрата с концентрацией 26% (МОК-26), расход Н₂SO₄ больше на 34% и 18,7% по сравнению с апатитовым концентратом и рядовой фосмукой Каратау. На такое же количество увеличивается объем выбрасываемого в отвал отход производства – фосфогипса [2].

В связи с ростом спроса на фосфорные удобрения в мире производство экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), получаемой из фосфатного сырья, увеличивается в среднем на 1 млн т Р₂O₅ в год. В процессе получения 1 т Р₂O₅ в виде ЭФК образуются 4-6 тонн фосфогипса (ФГ). Ежегодно в отвал выбрасывается 180-200 млн тонн фосфогипса. На сегодняшний день объем фосфогипса превысил 7 миллиардов тонн.

Известно, что АО «Ammofos-Maxam» производит аммофос в пересчете 130-135 тыс. тонн Р₂O₅ в год. Это означает, что на 1 т Р₂О₅ образуется в среднем 7,5-8,0 т или 0,6 млн тонн ФГ. К сожалению, этот вид отхода как и во всех странах производителей фосфорных удобрений негативно влияет на окружающую среду, вызывая непоправимый ущерб литосфере [3].

В мире проводится ряд исследований по получению удобрительных мелиорантов и комплексных удобрений для засоленных почв путем переработки отхода производства ЭФК - фосфогипса. Например, Исследователи Австралии утверждают, что ФГ находит применение для химической мелиорации солонцовых почв вместе с природным гипсом в сухих регионах для выращивания пшеницы, хлопка, свеклы и моркови [4].

Российскими учеными также проведены ряд научных исследований по использованию ФГ в качестве мелиоранта и производству на его основе удобрительных мелиорантов и органоминеральных удобрений. В работах Е. Добрыдиева и М. Локтионова проводились исследования по получению органоминеральных удобрений на основе навоза, внутрифермских отходов, соломы и фосфогипса. В результате снизилась потеря азота и органических веществ в почве [5].

Также необходимо отметить, что в последнее время на посевных площадях республики Узбекистан практически не применяются микроэлементсодержащие (молибден, марганец, бор, медь, цинк, кобальт, йод и др.) удобрения, хотя они нужны растениям лищь в очень небольших количествах, но без них они не могут нормально развиваться. В качестве местного сырья, содержащего такой микроэлемент, могут быть использованы глаукониты месторождения Крантау, расположенного в Республике Каракалпакстан (Узбекистан) [6].

Объекты и методы исследования

В настоящей работе нами изучен процесс получения сложносмешанных удобрений на основе активированного фосфорита с ЭФК, фосфогипса и глауконита. Для экспериментов использована фосфоритовая мука Кызылкумского месторождения состава (вес. %): Р₂О_5общ. – 21,00; СаО – 46,0; Al₂O₃ – 1,24; Fe₂O₃ – 1,05; MgO – 1,75; F – 2,00; CO₂ – 16. Её дисперсность: класс (-5+3) – 1,05%; (-3+2) – 1,24%; (-2+1 мм) – 1,58%; (-1+0.5 мм) – 2,27%; (-0.5+0.2 мм) – 13,02%; (-0.2+0.1 мм) – 42,71%; (-0.1+0,05 мм) – 33,92%; (-0.05 мм) – 4,21%.

ФГ — отход производства экстракционной фосфорной кислоты на АО «Аммофос-Максам» (вес, %): P₂O₅_общ – 1,15; P₂O_5водн. – 0,12; H₂O – 12,38; SO₃ – 51,17; CaO – 36,84; Fe₂O₃ – 0,094; F – 0,0014; нерастворимый осадок – 15,0.

Глауконит Крантауского месторождения (вес. %): SiO₂ - 68,91; CaO - 1,15; P₂O₅ - 0,15; CO₂ - 0,41; Al₂O₃ - 8,95; Fe₂O₃ - 5,59; FeO - 1,15; MgO - 1,25; K₂O - 2,89; Na₂O - 1,71; SO₃ - 0,24; TiO₂ - 0,44; MnO - 0,04; ZnO - 0.011; H₂O - 2,29.

Для разложение фосфатного сырья использовались ЭФК концентрацией 16,5 % P₂O₅, 2,88 % CaO.

Порядок проведения процесса разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой (ЭФК) и получения готового продукта был следующий: в стеклянный термостатированный стакан, в котором находилась навеска фосфорита, медленно заливалось расчётное количество ЭФК при её нормах 5 до 50 % от стехиометрии на образование монокальцийфосфата. Следует отметить, что при норме экстракционной фосфорной кислоты 5% образуется влажная масса. Смесь тщательно перемешивалась. Продолжительность контактирования компонентов реакционной массы составляла 30 мин. Полученная масса была гранулирована методом окатывания путем добавления воды. При использовании экстракционной фосфорной кислоты в норме 10% образуется тестообразная масса. К этой массе были добавлены фосфогипс и глауконит, в необходимым количестве, после чего она была гранулирована. При норме кислоты 20%, 30% и 50% образовывалась жидкая суспензия. В эти суспензии были добавлены соответствующие количества добавок, затем полученную массу вместе со стаканом помещали в сушильный шкаф, в котором её высушивали при 80-90 ^оС до постоянного веса. А гранулирование образцов влажных масс осуществляли в процессе сушки методом интенсивного размешивания и окатывания.

Химический анализ продуктов на содержание различных форм Р₂О₅ и СаО проводили по известным методикам [7]. Усвояемую форму Р₂О₅ и CaO определяли по растворимости как в 2% ной лимонной кислоте. рН продукта определяли после часового взбалтывания его 10 % -ной водной суспензии. Прочность гранул определяли по ГОСТу 21560.2-82 на приборе ИПГ-1.

Результаты и их обсуждение

Данные табл. 2 показывают, что с увеличением нормы ЭФК в продуктах повышается содержание общей формы Р₂О₅ от 8,50 до 28,16%, а Р₂О_5усв. также повышается от 4,76 до 23,61%. Таким образом, можно сказать, что ЭФК активирует фосфоритное сырье. Добавки фосфогипса и глауконита практически не влияют на усвояемость фосфора.

С увеличением нормы ЭФК до 5, 10, 20, 30 и 50% усвояемые формы фосфора увеличиваются до 52,51-55,93%, 58,43-61,59%, 69,12-72,36%, 81,15-84,16% и 88,10-91,55% соответственно. В фосфоритном сырье этот показатель составлял всего 18%. Усвояемые формы CaO для растений также соответственно увеличиваются. Усвояемые формы Р₂О₅ и СаО свидетельствуют и о наличии в продуктах дикальцийфосфата.

Наличие в составе полученных удобрений водорастворимой формы P₂O₅ свидетельствует о том, что фосфор, поступивший с ЭФК и частично образуемый монокальцийфосфат в процессе кислотной активации. Относительное содержание усвояемой формы Р₂О₅ менее 100% говорит о том, что в составе продуктов остаётся определённое количество недоразложенного фосфатного минерала.

Таблица 2.

Химический состав удобрений, полученных химической активации фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов при неполной нормой ЭФК и добавлением фосфогипса и глауконита

На основе полученных результатов можно считать, что оптимальная норма ЭФК для активации фосфоритов при производстве данного типа сложных удобрений - 20%. Это связано с тем, что при данной норме относительное содержание усвояемых форм фосфора в полученных образцах удобрений увеличивается до 69,12-72,36%, а прочность гранул возрастает с 2,6 до 4,3 МПа.

Удобрения с таким содержанием усвояемого фосфора и прочностью гранул отвечают требованиям, предъявляемым к фосфорным удобрениям в сельском хозяйстве.

Выводы

Результаты лабораторных опытов убедительно свидетельствуют на принципиальную возможность получения сложных удобрений с повышенной прочностью гранул путём активации фосфоритов ЦК с неполной нормой ЭФК и добавлением в её состав фосфогипса и глауконита. Технологию получения данных видов сложных удобрений можно осуществить на базе оборудования производства любого типа фосфорсодержащих удобрений. Предлагаемая технология позволяет увеличить объем и ассортимент фосфорсодержащих удобрений путём активации низкосортных фосфоритов с неполной нормой ЭФК. Также, она даёт возможность вовлечь в производство промышленный отход – фосфогипс, и минералы глауконита, содержащие микроэлементы.

Список литературы:

1. Саттаров Т.А. Разработка технологии получения аммофосфатных удобрений на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов: Дисс. … канд. техн. наук. – Ташкент, 2008. – 148 с.
2. Пирназаров Б.У. Технология получения гранулированных комплексных удобрений путем химической и механохимической активации желваковых фосфоритов Каракалпакстана: Дисс…. докт. философии по техн. наук. (PhD). – Нукус, 2024. – 120 с.
3. Х.А.Ниёзов, К.У.Комилов, Э.Ж.Курбанов, А.Ж.Курбанова, Г.И.Мухамедов. Использование фосфогипса для улучшения мелиорантивных свойств почвы. Academic Research in Educational Sciences. Vol. 1 No.1, 2020. ISSN 2181-1385.
4. LI, S, Defining the Future: Outlook of China Petroleum and Chemical Industry on 2030 & Beyond, Translated NIE, Z, LI, H, Chemical Industry Press, Beijing, (2018).
5. Е.П. Добрыдиев, М.Ю. Локтионов. ОАО «ЕвроХим-БМУ» Основные результаты исследования агроэкологической эффективности фосфогипса в земледелии Краснодарского края. Фосфогипс в земледелии и мелиорации. Плодородие. №1-2013. С. – 7-9.
6. Бауатдинов С., Бауатдинов Т.С., Таджиев С.М., Реймов А.М. Перспектива глауконитов Каракалпакстана и полученных удобрений на их основе // Вестник ККО АН РУз. 2017. №1. – С.21-29.
7. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М. Винник, Л.Н. Ербанова, П.М. Зайцев и др. - М.: Химия, 1975, 218 с.