Исследование процесса получения кормового дикальцийфосфата из фосфоритов Центральных Кызылкумов

В жизнедеятельности всех живых организмов и растительного мира наряду с углеродом, водородом и кислородом важная роль принадлежит фосфору и его соединениям [3;12]. Фосфор занимает особое место среди химических элементов. Он входит в состав многих минералов, прежде всего, фосфатов кальция. В живой природе образует фосфорорганические соединения, которые служат носителями реакций высоких энергий, обеспечивающих жизнедеятельность живых организмов. Фосфор является важнейшей составляющей кормовых рационов домашнего скота, птицы, рыб [2;4;10]. Он входит в состав нуклеиновых кислот, фосфатов, фосфопротеинов и других соединений, является необходимым компонентом для построения костной ткани. Недостаток фосфора в рационах сельскохозяйственных животных снижает мясную и молочную продуктивность, приводит к возникновению костных заболеваний и нарушению функций воспроизводства. Для устранения дефицита фосфора в организме животных применяют минеральные кормовые добавки, которые вводят для улучшения качества рационов кормов. Биологическая усвояемость фосфора из кормовых фосфатов кальция – монокальцийфосфата, дикальцийфосфата, трикальцийфосфата составляет не менее 80%.

В настоящее время мировое потребление кормовых фосфатов кальция составляет более шести миллионов тонн в год и продолжает ежегодно увеличиваться. Фосфаты кальция производятся в порошкообразном и гранулированном виде, причем доля гранулированной продукции постоянно увеличивается и уже перевалила за 70% [9]. Это связано с применением их при получении премиксов и комбикормов. Потребность Узбекистана в кормовых добавках превышает 70 тыс. тонн в год и также продолжает повышаться.

Производство фосфатов кальция базируется на фосфорной кислоте как исходном сырье. Причем эта кислота может быть, как термическая, так и очищенная экстракционная. Экономически более целесообразным представляется получение фосфатов кальция кормовой и более высокой чистоты из экстракционной фосфорной кислоты [1;5;11].

В Республике производства термической и очищенной экстракционной фосфорной кислот отсутствует. Поэтому исследования, направленные на получение кормовых фосфатов кальция из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов являются актуальными.

Постановка исследования. Для исследования использовали кормовой фосфат аммония, выпускаемый на АО «Аммофос-Максам» из фосфоритов Центральных Кызылкумов по TSh 6.6-28:2011, содержащий не менее 55,0% Р₂О₅ и фтора не более 0,25%, нитрат кальция, полученный в лабораторных условия из известняка и азотной кислоты с концентрацией 50% нитрата кальция [8]. Опыты проводили в стеклянном реакторе, снабженном механической мешалкой и помещенным в термостат. Анализ исходных промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [6;7;13].

Результаты и обсуждение. Дикальцийфосфат получали конверсией 30% раствора фосфата аммония, полученного из кормового моноаммонийфосфата растворением в воде и отделением нерастворимого остатке, 50% растворам нитрата кальция, при температуре 70 °С, массовом соотношением СаО, Р₂О₅ равном 0,79:1 и аммонизацией до рН 5 и выше. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Влияние рН на химический состав и выход дикальцийфосфата

Полученные данные свидетельствуют, что из очищенных фосфорнокислых растворов аммония после введения в них раствора нитрата кальция получаются хорошо фильтруемые образцы кормового дикальцийфосфата, содержащие в зависимости от рН 51,89-51,97% Р₂О₅, 40,08-40,25% СаО, 0,001-0,006% F и незначительные количества окиси магния и сульфат ионов. Химический анализ показал, что продукт в основном состоит из безводного дикальцийфосфата и окклюдированных следов нитрата аммония.

В таблице 2 приведены составы жидкой фазы после отделения дикальцийфосфата.

Как видно из таблицы в жидкой фазе сохраняется Р₂О₅ только до рН 5,82. Содержание аммонийного азота составляет 3,57-4,67%, нитратного чуть больше от 3,67 до 5,01%. С повышением рН содержание кальция в жидкой фазе увеличивается, а магния и сульфат ионов уменьшается. Жидкая фаза практически представлена нитратом аммония.

Влияние рН на химический состав жидкой фазы

Промывные воды содержат соли кальция, магния, аммония и практически отсутствуют сульфаты и Р₂О₅ (табл. 3). Содержание нитратного азота составляет 0,68-0,92%, а аммонийного 0,51-0,84%.

Химический состав промывных вод

Для получения крупных, хорошо фильтрующихся кристаллов дикальцийфосфата использовали двухступенчатое осаждения фосфатов кальция из аммофоосфатных растворов с рН 4,55, содержащих -15,69% Р₂О₅ и 0,43% СаО.

Аммофосфатные растворы смешивали при температуре 70 ºС с 50% раствором нитрата кальция, имеющим рН 5, при массовом соотношении СаО:Р₂О₅ (0,4, 0,6 и 0,79):1 и аммонизировали до рН 5. После перемешивания в течении 30 минут пульпу разделяли фильтрованием. Осадок промывали трехкратным по массе количеством воды, сушили и определяли содержание основных компонентов. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Влияние соотношения СаО:Р₂О₅ на состав твердой фазы и съем осадка при рН 5

Данные таблицы подтверждают, что двухступенчатое осаждение позволяет получить более крупные, хорошо фильтрующиеся кристаллы. Так съем осадка при смешении компонентов при 0,40:1 и 0,60:1 и последующем введении оставшегося количества нитрата кальция до соотношения СаО:Р₂О₅ = 0,79:1 составляет 5100-5200 кг/м².ч, то при одно ступенчатом осаждении съем осадка составляет 3200 кг/м².ч, что указывает на снижение фильтрующей способности образующегося осадка.

Состав, получаемого дикальцийфосфата соответствует безводному продукту и содержит 60,1-60,7% влаги. Содержания фтора не превышает 0,01%.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения кормового дикальцийфосфата из фосфоритов Центральных Кызылкумов путем конверсии кормового моноаммонийфосфата нитратом кальция. Для получения хорошо фильтрующихся кристаллов необходимо процесс конверсии проводить в два ступени с подачей 50-75% нитрата кальция на первой ступени и остальное количество на второй ступени. При этом, получаемый дикальцийфосфат содержит 51,97% Р₂О₅, 40-44% СаО и менее 0,01% фтора. Выход продукта 100% по Р₂О₅.