Химическая активация минерализованной массы с помощью растворов аммонийных солей

Chemical activation of mineralized mass by means of solution of ammonium salts
Цитировать:
Химическая активация минерализованной массы с помощью растворов аммонийных солей // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Курбанов Ж.Х. [и др.]. 2018. № 9 (54). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6342 (дата обращения: 23.10.2020).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В настоящем сообщении излагаются результаты активации забалансовой фосфоритной руды концентрированными растворами сульфата и нитрата аммония. Показано, что обработка минерализованной массы раствором как нитрата, так и сульфата аммония приводит к резкому возрастанию содержания усвояемой формы Р2О5 в фосфатном сырье. Сульфат аммония оказался более в деле повышения растворимости фосфатного минерала, о чем свидетельствует степень декарбонизации сырья. Гранулы активированных азотнофосфорных удобрений имеют достаточную прочность, что отвечает требованиям сельского хозяйства.

ABSTRACT

In present message described results activation off-balance phosphorite ore concentrated solution of sulfate and nitrate ammonium. It is shown that processing mineralized masses by solution as nitrate, and sulphate ammonium leads to a sharp increase in the content of assimilated form of P2O5 in phosphate raw. Sulphate ammonium proved to be more in deal of increasing solubility of phosphate mineral, about than witnesses of degree decarbonization of raw. The granules activated nitrogen-phosphorus fertilizers have sufficient strength, that satisfy the demands of agriculture.

 

Ключевые слова: забалансовый фосфорит, растворы нитрата и сульфата аммония, декарбонизация, активация, прочность гранул.

Keywords: off-balance phosphorite, solutions of the nitrate and sulphate ammonium, decarbonization, activation, strength of the granules.

 

В настоящее время Кызылкумский фосфоритовый комплекс ежегодно выпускает 716 тыс. т мытого обожженного фосфоконцентрата со средним содержанием 26% Р2О5. Однако на стадиях обогащения (дробление, сухая сортировка, отмывка от хлора, обесшламливание, сушка и обжиг для удаления СО2) образуются отходы, так называемые забалансовые руды, которые не используются в производстве минеральных удобрений, а складируются до будущих времен. Это минерализованная масса (12-14% P2O5), шламовый фосфорит (10-12% P2O5) и пылевидная фракция (18-20% P2O5). В общем случае с ними теряются 134,77 тыс. т P2O5 в год.

Перед исследователями, занимающимися созданием фосфорсодержащих удобрений, стоит важная задача, как научиться перерабатывать это бедное, низкокачественное сырьё в высокоэффективные удобрения с приемлемыми технико-экономическими показателями? В последние время поиск приемлемых решений переработки бедного фосфатного сырья идет в направлении его активации различными методами [1].

Мы обратили внимание на опыты Д.Н. Прянишникова, который еще в 1900 году обнаружил резкое растворяющее влияние солей аммония на фосфорит [2]. Идеи Д.Н. Прянишникова нашли отражение в целом ряде последующих работ. Так, предложен способ [3] получения комплексного удобрения путем измельчения фосфоритов, смешения образовавшейся фосфоритовой муки с минеральными солями, гранулирования и сушки пульпы, отличающийся тем, что, с целью увеличения содержания усвояемой формы Р2О5 в удобрении, в качестве минеральной соли используют сульфат аммония, взятый в количестве 0,5-1,2 вес.ч. азота на 1 вес.ч. Р2О5. Сульфат аммония можно брать в виде раствора или суспензии и вводить в фосфоритовую муку до образования пульпы с Ж : Т = (1-3,5) : 1, а пульпу перед гранулированием выдерживать при перемешивании в течение 0,5-3 ч. при 50-90 0С.

В работе [4] для активации фосфоритов месторождения Чулактау, Кокджон и Чилисай (Казахстан) применены 10%-ный раствор нитрата аммония, 30%-ный раствор сульфата аммония и 50-70%-ные растворы нитрата кальция. Условия активации были следующими: взаимодействие в течение 30 мин при температуре 80оС и соотношении Ж:Т = 5:1. При взаимодействии растворов сульфата и нитрата аммония с фосфоритом Чулактау содержание усвояемых фосфатов в удобрении повышается на 38-42 отн.% при степени декарбонизации 24-41 %. В фосфорите же Кокджон не происходило увеличения усвояемой формы Р2О5.

Ранее [5] нами проведен процесс активации рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов (18,7% Р2О5) с помощью 40-75 %-ных растворов нитрата аммония при массовом соотношении N:Р2О5 равным 1:0,3. Процесс взаимодействия длился в течение 30 мин. Варьировалась температура от 75 до 110 оС. Показано, что обработка фосмуки раствором нитрата аммония резко увеличивает содержание усвояемых форм фосфора. Так, если в исходном фоссырье содержание усвояемой формы Р2О5 по трилону Б по отношению к общей форме Р2О5 было равным 11,8 %, по лимонной кислоте 13,8 %, то в полученных продуктах эти показатели лежат уже в пределах 53,6-60,5 и 94,2-97,8 % соответственно. Установлено, что концентрация раствора нитрата аммония, температура процесса взаимодействия мало влияют на изменение содержания усвояемых форм фосфора.

В настоящем сообщении приводятся результаты активации минерализованной массы состава (вес. %): Р2О5общ. 15,12; Р2О5усв. по трилону Б 1,59; Р2О5усв. по 2%-ной лимонной кислоте 2,56; СаО 41,57; СО2 15,67 с растворами сульфата и нитрата аммония. Для этого использовались 70 %-ный раствор NH4NO3 и 40 %-ный раствор (NH4)2SO4. В обоих случаях массовое соотношение N : Р2О5 варьировали от 1 : 0,2 до 1 : 1. Температуру процесса активации с раствором NH4NO3 поддерживали на уровне 100оС, с (NH4)2SO4 – 65оС, а время взаимодействия исходных компонентов в течение 30 мин. После чего пульпы высушивались в термостате сначала при 65 оС, далее при 100оС до постоянной массы. Гранулирование образцов влажных масс осуществляли в процессе сушки методом интенсивного размешивания и окатывания. Частицы размером 3- 4 мм подвергли анализу на прочность. Затем их измельчали и анализировали на содержание азота, СО2, различных форм Р2О5 и СаО [6]. Усвояемую форму Р2О5 определяли по растворимости в 2-х %-ной лимонной кислоте. По изменению содержания СО2 рассчитывали степень декарбонизации фосфатного сырья. Величину рН 10 %-ных водных суспензий готовых удобрений измеряли на лабораторном иономере И-130М с электродной системой, состоящих из электродов ЭСЛ 63-07, ЭВЛ-1М3.1 и ТКА-7 с точностью до 0,05 единиц рН. Результаты опытов приведены в таблице.

Как видно из этой таблицы, обработка минерализованной массы раствором NH4NO3 значительно увеличивает содержание усвояемой формы фосфора в фосфатном сырье. Так, если в исходном фоссырье содержание усвояемой формы Р2О5 по лимонной кислоте по отношению к общей форме Р2О5 было равным 4,76%, то в полученных продуктах при изучаемых соотношениях N : Р2О5 = 1 : (0,2-1) этот показатель лежит в пределах 61,45-72,47%. По-видимому, активация фосфатного минерала минерализованной массы с раствором NH4NO3 происходит за счет выщелачивания фосфора из кристаллических решеток фторкарбонатапатита, изоморфно замещенных СО2 - группами. С увеличением количества минерализованной массы в смеси степень её активации монотонно падает. Так, при N : Р2О5 = 1 : 0,2 получается азотнофосфорное удобрение состава: Р2О5общ. 4,54%; N 23,66%; СаОобщ.13,82%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 72,47%. СаОводн. : СаОобщ. =15,77%. Степень декарбонизации фосфатного сырья 25,59% свидетельствует о разложении карбоната кальция сырья с раствором NH4NO3 с выделением в газовую фазу углекислоты с образованием водорастворимого нитрата кальция. При N : Р2О5 = 1 : 0,3 продукт имеет состав: Р2О5общ. 6,09%; N 20,71%; СаОобщ. 16,11%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 68,96%; СаОводн. : СаОобщ. = 11,54%, а степень декарбонизации 20,35%, а при N : Р2О5 = 1 : 0,5 – Р2О5общ. 8,03%; N 16,17%; СаОобщ. 25,17%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 64,88%; СаОводн. : СаОобщ. = 8,66%, а степень декарбонизации 11,62%. Дальнейшее увеличение массовой доли минерализованной массы или N : Р2О5 от 1 : 0,7 до 1 : 1 приводит к загустеванию пульпы, что создает трудности при её транспортировки через трубопроводы с последующей грануляцией.

Введение минерализованной массы в раствор NH4NO3 в количестве от 4,54 до 10,48% в пересчёте на Р2О5 способствует повышению прочности гранул с исходного 1,6 МПа (прочность гранул чистого NH4NO3) от 2,50 до 5,75 МПа в продукте. С увеличением количества фосфатной добавки прочность гранул азотнофосфорных удобрений снижается. Но в любом случае они по этим показателям отвечают требованиям сельского хозяйства (должен быть не менее 2 МПа).

Таблица 1.

Состав и свойства гранулированных азотнофосфорных удобрений, полученных методом химической активации минерализованной массы с помощью растворов нитрата и сульфата аммония

Массовое соотношение N2О5

рН 10 %-ного раствора

N,

%

Р2О5общ.,

%

Р2О5усв.

по лим. к-те,

%

СаОобщ., %

СаОусв.

по лим. к-те,

%

СаОводн., %

СО2,

%

Р2О5усв.

Р2О5общ

по лим.

к-те, %

СаОводн.

СаОобщ

%

Степень декарб. фоссырья, %

Прочность гранул, МПа

70 %-ный раствор NH4NO3 + Минерализованная масса

1 : 0,2

7,27

23,66

4,54

3,29

13,82

12,38

2,18

3,58

72,47

15,77

25,59

5,75

1 : 0,3

7,27

20,71

6,09

4,19

18,89

16,11

2,18

4,98

68,96

11,54

20,35

5,47

1 : 0,5

7,27

16,17

8,03

5,29

25,17

20,86

2,18

7,24

64,88

8,66

11,62

4,56

1 : 0,7

7,28

13,46

9,26

5,84

29,39

23,60

2,18

8,70

63,07

7,42

7,29

3,64

1 : 1

7,28

10,58

10,48

6,44

33,42

25,86

2,18

10,13

61,45

6,52

4,70

2,50

40 %-ный раствор (NH4)2SO4 + Минерализованная масса

1 : 0,2

7,60

15,90

3,20

3,05

10,49

55,62*

4,25

1,59

95,31

40,51

51,93

3,11

1 : 0,3

7,61

14,39

4,46

3,77

14,35

50,09*

4,31

2,39

84,53

30,03

46,85

3,09

1 : 0,5

7,62

11,97

6,16

4,44

19,77

44,29*

4,37

3,87

72,08

22,10

38,25

2,76

1 : 0,7

7,63

10,22

7,50

4,84

23,79

38,68*

4,58

5,23

64,53

19,25

30,62

2,43

1 : 1

7,65

8,36

8,78

5,49

28,15

34,94*

4,81

6,82

62,53

17,08

23,24

2,06

 

Из данной таблицы также видно, что при химической активации минерализованной массы с помощью 40 %-ного раствора (NH4)2SO4 при N : Р2О5 = 1 : 0,2 получается сложносмешанное удобрение состава: Р2О5общ. 3,20%; N 15,90%; СаОобщ. 10,49%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 95,31%; СаОводн. : СаОобщ. = 40,51%; степень декарбонизации 51,93%, при N : Р2О5 = 1 : 0,3 – Р2О5общ. 4,46%; N 14,39%; СаОобщ. 14,35%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 84,53%; СаОводн. : СаОобщ. = 30,03%; степень декарбонизации 46,85%, при N: Р2О5 = 1 : 0,5 – Р2О5общ. 6,16%; N 11,97%; СаОобщ. 19,77%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 72,08%; СаОводн. : СаОобщ. = 22,10%; степень декарбонизации 38,25%, при N : Р2О5 = 1 : 0,7 – Р2О5общ. 7,50%; N 10,22%; СаОобщ. 23,79%; Р2О5усв. : Р2О5общ. = 64,53%; СаОводн. : СаОобщ. = 19,25%, а степень декарбонизации 30,62%.

Из данных видно, что сульфат аммония более эффективен в деле повышения растворимости минерализованной массы, чем нитрат аммония о чем свидетельствует степень декарбонизации фоссырья. Прочность гранул образцов азотнофосфорных удобрений на основе раствора (NH4)2SO4 и минерализованной массы находится в пределах 2,06-3,11 МПа, которые также отвечают требованиям сельского хозяйства. Преимуществом применения (NH4)2SO4 в составе сложных удобрений является наличие в нём серы, которая входит в состав белков и аминокислот при формировании урожая. Сера обеспечивает профилактику возникновения фитофтороза и появления корневой гнили. По физиологической роли в питании растений серу следует поставить на четвертое место после азота, фосфора и калия [7].

Таким образом, гранулированные тукосмеси с высоким содержанием усвояемого фосфора являются эффективными азотнофосфорными удобрениями. Гигроскопические точки тукосмесей лежат в пределах для образца на основе нитрата аммония 55-58% и для образца на основе сульфата аммония 75-80%. Из этого следует, что получаемые удобрения пригодны для бестарного хранения и перевозки.

 

Список литературы:
1. Беглов Б.М. Намазов Ш.С., Мирзакулов Х.Ч., Умаров Т.Ж. Активация природного фосфатного сырья. - Ташкент-Ургенч: «Хорезм», 1999. - 112 с.
2. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. В 3-х том. – М.: „Колос”, 1965. – Т.3. - С. 486-495.
3. А.с. 971833, СССР. МКИ С05В 17/00. Способ получения комплексного удобрения. / М.Е. Позин, Б.Д. Гул-лер, М.В. Жданова, М.И. Богорова, Г.С. Одинцова.- Б.И., 1982. - №41.
4. Ирецкая С.Н., Ярош Е.Б., Дмитревский Б.А. Получение медленнодействующих удобрений из карбонатсо-держащих фосфоритов и полупродуктов азотнокислотной переработки фосфатного сырья. // Журнал при-кладной химии. –1993. - т.66, №9. – С. 1921-1926.
5. Сейтназаров А.Р., Тукешов А.Т., Мирзакулов Х.Ч., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Химическая активация фос-форитов Центральных Кызылкумов. // Доклады АН РУз. – 2003. - №4. – С. 48-51.
6. 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.
7. Милащенко Н.З. Сульфат аммония – перспективная форма азотного удобрения. // Агрохимический вестник. – 2004. - № 2. - С. 3.

 

Информация об авторах

Заведующий лабораторией «Фосфорных удобрений», доктор технических наук, профессор, академик, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, г. Ташкент, Узбекистан

doct. tech. sciences, prof. acad. Institute of General and Inorganic Chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

Главный научный сотрудник, доктор технических наук, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан. 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбека, 77-а.

Chief researcher scientist, Doctor of science, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

главный научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан, 100170, Узбекистан, г. Ташкент, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

Main scientific researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 100170, Uzbekistan, Tashkent, Mirzo Ulugbek str., 77-a

младший научный сотрудник лаборатории фосфорных удобрений Институт общей и неорганической химии АН Республики Узбекистан 100170, г. Ташкент, Узбекистан, улица Мирзо Улугбек, 77-а

junior scientific researcher of Phosphate fertilizers laboratory, Institute of General and Inorganic Chemistry of Uzbek Academy Science, 100170, Tashkent Mirzo Ulugbek str., 77-а

младший научный сотрудник, Институт общей и неорганической химии АН РУз, 100170, г. Ташкент, Узбекистан, ул. Мирзо Улугбек, 77-а

Junior scientific staff-researcher, Institute of General and Inorganic Chemistry of Uzbek Academy Science, 77-а, Mirzo Ulugbek str., 100170, Tashkent, Uzbekistan

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