Исследование процесса получения обесфторенного монокальцийфосфата из фосфоритов Центральных Кызылкумов

Нормальная жизнедеятельность животных и птицы, их рост, развитие и продуктивность обуславливаются полноценными кормовыми рационами, сбалансированными как по энергетической и протеиновой составляющим, так и по минеральному составу [2, 3]. Фосфор занимает особое место среди химических элементов. Он входит в состав многих минералов, прежде всего, фосфатов кальция [1]. Мировое потребление кормовых фосфатов кальция превысило шесть миллионов тонн в год и продолжает ежегодно увеличиваться [5]. В связи с этим наши исследования были направлены на получение обесфторенного монокальцийфосфата из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов, которая сильно загрязнена полуторными окислами и фтором [8, 4].

Исследования по получению обесфторенного монокальцийфосфата приводили в стеклянном реакторе, снабженном механической мешалкой и установленном в термостат. Экстракционную фосфорную кислоту предварительно очищали от сульфатов и фтора, используя фосконцентрат и соли натрия – карбонат и метасиликат [9, 6, 7]. Очищенная кислота имела состав (масс. %): Р₂О₅-16,98; SO₄-0,23; CaO-1,58; Fe₂O₃-0,25; Al₂O₃-0,38; F - 0,32. В качестве кальцийсодержащего сырья использовали природный известняк Кутарминского месторождения, содержащий (масс. %): СаО -- 54,88; МgО – 0,47; SiО₂ – 0,49; Fе₂О₃ – 0,10; Аl₂О₃ - 0,21; ппп – 43,76.

Концентрированные фосфорные кислоты с содержанием 25-45% Р₂О₅ получены путем упарки обесфторенной и обессульфаченной экстракционной фосфорной кислоты. Составы упаренных кислот представлены в таблице 1. 

Таблица 1.

Химический состав упаренных фосфорных кислот

Из таблицы видно, что с повышением содержания Р₂О₅ в упаренных кислотах пропорционально увеличиваются содержания и других компонентов. Так содержания оксида кальция повышается с 2,09% до 5,54% при содержании 45% Р₂О₅, магния с 0,80% до 2,11%, оксида железа с 0,25% до 0,67%, оксида алюминия с 0,38% до 1,00%, сульфат ионов с 0,23% до 0,61%. Содержание фтора снижается с 0,32% до 0,21%.

Упаренная до содержания 45% Р₂О₅ и выше фосфорная кислота при охлаждении до 25-30^oС превращается в малоподвижную массу. Для установления реологических свойств упаренных кислот определены плотности и вязкости обесфторенных и обессульфаченных фосфорных кислот различных концентраций. Полученные данные по плотности и вязкости приведены в таблице 2.

С увеличением содержания Р₂О₅ в упаренной фосфорной кислоте плотности и вязкости повышаются, а с повышением температуры снижаются. Если исходная 17% по Р₂О₅ обесфторенная и обессульфаченная экстракционная фосфорная кислота имеет плотность 1, 184 г/см³ при 20^оС, то кислота с содержанием 45% Р₂О₅ имеет плотность 1,613 г/см³. Повышение температуры с 20^oС до 80^oС приводит к снижению плотности кислоты с содержанием 45% Р₂О₅ с 1,613 г/см³ до 1,584 г/см³.

Таблице 2.

Влияние концентрации и температуры на плотность и вязкость упаренных фосфорных кислот

Изменения вязкости упаренных кислот аналогичны изменениям плотности. Вязкость кислоты с содержанием 17% Р₂О₅ составляет 2,252 мПа∙с, а с содержанием 45% Р₂О₅ 31,112 мПа∙с при температуре 20 ^oС и снижаются до 0,828 мПа∙с и 11,439 мПа∙с, соответственно при температуре 80 ^оС.

Для разложения известняка использовали обесфторенные, обессульфаченные и упаренные до содержания 25-45% Р₂О₅ кислоты. Исследовано влияние концентрации и нормы фосфорной кислоты на химический состав пульпы и обесфторенного монокальцийфосфата.

Влияние нормы фосфорной кислоты с концентрацией 17-45% Р₂О₅ на состав пульп монокальцийфосфата приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Влияние нормы и концентрации фосфорной кислоты на химический состав пульпы монокальцийфосфата

С повышением нормы кислоты с 95% до 110% незначительно повышаются содержания Р₂О₅ и СаО, содержания примесных компонентов повышаются на десятые доли процента, независимо от концентрации фосфорной кислоты. При концентрации кислоты 25% Р₂О₅ содержание Р₂О₅ повышается с 22,45% при норме 95% до 22,88% при норме 110% на образование монокальцийфосфата. После сушки содержание Р₂О₅ в монокальцийфосфате изменяется с 51,97% до 54,99% (табл. 4). При этом содержание СаО составляет 25,63-28,24%, фтора 0,25-1,02%.

Таблица 4.

Влияние нормы и концентрации кислоты на состав монокальцийфосфата

Повышение концентрации фосфорной кислоты способствует снижению содержания фтора в готовом продукте. Однако, этого недостаточно для получения монокальцийфосфата кормовой чистоты.

Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения монокальцийфосфата на основе обесфторенной и обессульфаченной экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Монокальцийфосфат независимо от исходной концентрации кислоты содержит 51,97-54,99% Р₂О₅, 25,63-28,24% СаО. Содержание фтора составляет 0,24-1,02%. Чем выше концентрация исходной фосфорной кислоты, тем ниже содержание фтора в монокальцийфосфата. Для получения монокальцийфосфата кормовой чистоты необходимо проводить более глубокую очистку экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов от фтора.