Азотнокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов

Nitric acid obtaining precipitate on the base of mineralized mass from Central Kyzylkum’s phosphorities
Цитировать:
Намазов Ш.С., Султонов Б.Э., Сапаров А.А. Азотнокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2018. № 11 (56). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6629 (дата обращения: 17.05.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

Изучен способ получения удобрительного преципитата из азотно-фосфорно-кислотных суспензий путем разложения минерализованной массы азотной кислотой с последующей нейтрализацией Са(ОН)2 без выделения нерастворимого остатка. Выявлено, что рН-среда играет важную роль при получении удобрительных преципитатов. Определена оптимальная рН-среда, она равна 5,0-5,5. Все концентрации кислоты являются оптимальными. Полученные преципитаты при оптимальных параметрах содержат в своем составе (масс. %): 24,01-24,99% Р2О5общ., 19,71-20,02% Р2О5усв. по 2%-ной лимонной кислоте, 26,75-28,74% СаОобщ., 22,17-22,42% СаОусв. по 2%-ной лимонной кислоте. Показана принципиальная возможность получения преципитата путем взаимодействия минерализованной массы фосфоритов Центральных Кызылкумов с концентрированной азотной кислотой.

ABSTRACT

Obtaining fertilizer precipitate from nitricphosphoricacid suspensions received by decomposing mineralized mass with following neutralization by Ca(OH)2 without separation of insoluble residue are studied. It is revealed that рН of solution plays important role at obtaining fertilizer precipitate. The optimal pH of solution is defined and it is equal 5,0-5,5. All concentrations of acid are optimal. Precipitates obtained at optimum parameters contain in their composition (wt.%): 24,01-24,99 % Р2О5total, 19,71-20,02 % Р2О5 acceptable by 2 % citric acid, 26,75-28,74 % of CaOtotal, 22,17-22,42 % of CaO acceptable by 2 % citric acid. Possibility of obtain precipitate by interaction mineralized mass of phosphorites Central Kyzylkum with concentrated nitric acid is shown.

 

Ключевые слова: минерализованная масса, азотная кислота, азотно-фосфорно-кислотная пульпа, суспензия гидроксида кальция, удобрительный преципитат.

Keywords: mineralized mass, nitric acid, nitricphosphoricacid pulp, suspension of calcium hydroxide, fertilizer precipitate.

 

Введение. В связи с образованием минерализованной массы (12-15% Р2О5), являющейся отходом производства мытого обожженного фосфоконцентрата, а также дороговизной серной и фосфорной кислот большое значение для производства преципитата приобретает переработка этого отхода. Использование химической энергии азотной кислоты и минерализованной массы для производства преципитата способствует улучшению технико-экономических показателей процесса получения бесхлорных удобрений. Подобный подход позволяет получать более дешевый продукт – преципитат.

Образующийся в процессе преципитирования раствор нитрата кальция можно использовать как жидкое азотно-кальциевое удобрение или перерабатывать в другие виды удобрения по известным технологиям.

Ранее нами был исследован способ получения удобрительных преципитатов на основе минерализованной массы и соляной кислоты [1; 3-6]. Основными недостатками этого способа являются: обильное пенообразование (так как используется разбавленная соляная кислота), медленная скорость фильтрации солянокислотных растворов фосфатов и образование больших объемов слабых растворов хлорида кальция, который практически нигде не используется. Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы является изучение процесса прямого получения удобрительного преципитата (дикальцийфосфата) из азотно-кислотных пульп, полученного при разложении минерализованной массы азотной кислотой.

Объекты и методы исследования. Для проведения лабораторных экспериментов использовали следующий высококарбонизированный фосфорит: минерализованная масса, имеющая состав, вес, %: 14,60 – Р2О5, 43,99 – СаО; 14,11 – СО2, 1,58 – SO3; 10,82 – н.о.; СаО : Р2О5 = 3,01. Концентрацию азотной кислоты варьировали от 45 до 55%. Норму азотной кислоты брали 100% от стехиометрии на СаО в исходных фосфоритах. Разложение фосфатного сырья проводили на лабораторной установке, состоящей из трубчатого стеклянного реактора, снабженной винтовой мешалкой, приводимой в движение электромотором. Продолжительность процесса разложения составляет 25-30 мин. Температуру реакционной массы поддерживали на уровне 40оС.

При разложении фосфоритов азотной кислотой в основном происходят следующие химические реакции:

Са5(РО4)3F +10HNO3 = 5Ca(NO3)2 + 3H3РО4 + ↑HF (1)

СаCО3 +2HNO3 = Ca(NO3)2 + ↑CО2 + H2O       (2)

MgCО3 +2HNO3 = Mg(NO3)2 + ↑CО2 + H2O      (3)

2SiO2 + 10HF = ↑SiF4 + H2SiF6 + 4H2O       (4)

R2O3 + 6HNO3 = 2R(NO3)3 + 3H2O, где R=Al, Fe (5) 

После разложения полученную азотно-кислотную пульпу фосфатов нейтрализовали суспензией гидроксида кальция до значения рН пульпы 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 и 6,0. Затем нейтрализованный раствор разделяли на жидкую и твердую фазы методом фильтрации. При нейтрализации азотно-кислотной пульпы фосфатов гидроксидом кальция происходит реакция между Н3РО4 и Ca(ОН)2, в результате которой образуются дикальцийфосфат и вода. При этом в пульпе протекает реакция:

Н3РО4 + Ca(ОН)2= ↓CaHPO4 + 2H2O (6)

Кроме того в пульпе происходит следующая реакция:

2R(NO3)3 + 2Н3РО4 + 3Ca(ОН)2= 3Ca(NO3)2 + ↓2RРО4 + 6H2O (7), которая снижает качество преципитата. По мере увеличения рН-среды будет происходить следующая реакция: 2Н3РО4 + 3Ca(ОН)2= ↓Ca3(PO4)2 + 6H2O (8), которая уменьшает усвояемую форму фосфора. Полученный влажный преципитат двукратно промывали горячей водой при соотношениях сухой осадок : Н2О = 1 : 2,5 и 1 : 2,0. Влажные осадки высушивали при температуре 80-90оС. Высушенные образцы преципитатов и фильтраты анализировали по общеизвестным методикам [2].

Результаты и их обсуждение. Результаты по получению преципитата из минерализованной массы приведены в таблице. Из приведенных данных видно, что с увеличением рН-среды при одной концентрации кислоты наблюдается увеличение Р2О5общ. в полученных образцах преципитата. Аналогичная картина наблюдается и для СаОобщ.. Например, при 45%-ной концентрации азотной кислоты с увеличением рН-среды от 2,5 до 6,0 содержание Р2О5общ. в полученных образцах преципитата повышается с 19,31 до 25,25%. Содержание СаОобщ. повышается с 20,42 до 29,80%. Здесь наблюдается относительное уменьшение содержания P2O5усв. по 2%-ной лим. к-те и СаОусв. по 2%-ной лим. к-те с 98,14 до 75,00% и с 97,99 до 74,13% соответственно. При этом степень перехода P2O5 в жидкую фазу, т. е. потеря P2O5 составляет от 14,95 до 2,51%. Содержание водной формы кальция и общего азота уменьшается с 6,29 до 1,05% и с 1,57 до 0,39%. Аналогичная картина наблюдается и при других концентрациях азотной кислоты. С увеличением концентрации азотной кислоты с 45 до 55% наблюдается незначительное увеличение СаОводн. в полученных продуктах, и, наоборот, содержание Р2О5общ. незначительно уменьшается. Это говорит о том, что с увеличением концентрации азотной кислоты наблюдается некоторое уменьшение скорости фильтрации преципитатной пульпы и за счет этого в полученных продуктах остается много нитрата кальция. Например, при применении 45%-ной азотной кислоты в одинаковых средах рН (рН-среды – 5,0) содержание СаОводн. и азота соответственно равно 1,26 и 0,47%, при использовании 55%-ной кислоты оно равно 1,33 и 0,51%. Значит, при использовании 55%-ной азотной кислоты наблюдается незначительное ухудшение качества преципитата. 

Таблица 1.

Основной химический состав преципитатов, полученных при различных концентрациях HNO3 и рН-среды

№ опы-тов

pH- среды

Химический состав преципитатов, %

 

P2O5общ.

P2O5усв

по лим. к-те

CaOобщ.

CaOусв.

CaOвод.

Nобщ.

по лим.

к-те, %

,%

Степень

перехода

Р2О5 в раствор, %

Концентрация HNO3 = 45%

1

2,5

19,31

18,95

20,42

20,01

6,29

1,57

98,14

97,99

14,95

2

3,0

20,56

19,53

21,62

20,34

5,11

1,27

94,99

94,08

10,29

3

3,5

21,47

19,78

22,25

20,27

3,84

0,99

92,13

91,10

8,06

4

4,0

22,35

19,92

23,57

20,80

2,56

0,85

89,13

88,25

6,01

5

4,5

23,26

20,05

24,66

21,21

1,68

0,56

86,20

86,01

4,99

6

5,0

24,15

20,14

26,57

21,94

1,26

0,47

83,39

82,57

3,75

7

5,5

24,99

19,71

28,74

22,42

1,11

0,42

78,87

78,01

3,05

8

6,0

25,25

18,94

29,80

22,09

1,05

0,39

75,00

74,13

2,51

Концентрация HNO3 = 50%

9

2,5

19,22

18,90

20,48

20,09

6,35

1,63

98,34

98,10

13,86

10

3,0

20,46

19,48

21,69

20,42

5,16

1,31

95,21

94,14

9,25

11

3,5

21,38

19,74

22,36

20,40

3,89

1,05

92,33

91,23

7,81

12

4,0

22,27

19,99

23,70

20,96

2,60

0,89

89,76

88,44

5,82

13

4,5

23,18

20,03

24,78

21,36

1,72

0,60

86,41

86,20

4,56

14

5,0

24,09

20,14

26,71

22,08

1,30

0,51

83,60

82,67

3,42

15

5,5

24,90

19,67

28,83

22,54

1,14

0,45

78,99

78,18

2,86

16

6,0

25,09

18,87

29,91

22,20

1,08

0,42

75,21

74,22

2,23

Концентрация HNO3 = 55%

17

2,5

19,12

18,84

20,56

20,19

6,40

1,68

98,54

98,20

12,88

18

3,0

20,28

19,35

21,75

20,51

5,20

1,35

95,41

94,30

8,98

19

3,5

21,27

19,68

22,42

20,48

3,93

1,10

92,52

91,35

7,49

20

4,0

22,21

19,89

23,76

21,06

2,64

0,95

89,55

88,64

5,61

21

4,5

23,11

20,02

24,84

21,45

1,76

0,64

86,63

86,35

4,26

22

5,0

24,01

20,02

26,75

22,17

1,33

0,51

83,38

82,88

3,28

23

5,5

24,79

19,61

28,87

22,60

1,17

0,47

79,10

78,28

2,71

24

6,0

24,95

18,80

29,96

22,28

1,11

0,44

75,35

74,37

2,11

 

Одним из преимуществ использования более концентрированной кислоты является образование более концентрированных растворов нитрата кальция, которые можно перерабатывать в целевые продукты с более низкими экономическими затратами. На рисунке показана зависимость изменения степени преципитирования азотно-кислотной пульпы от рН-среды и концентрации азотной кислоты.

Из данных рисунка видно, что с увеличением рН-среды степень преципитирования увеличивается значительно, но с увеличением концентрации азотной кислоты степень преципитирования незначительно уменьшается. Все концентрации азотной кислоты являются оптимальными, а рН-среда 5,0-5,5. При этом степень преципитирования находится в пределах 96,25-97,29%.

 

Рисунок 1. Степень перехода Р2О5 в раствор в зависимости от рН-среды. Концентрация HNO3: 1 – 45%, 2 – 50% и 3 – 55%


Заключение. Исследован способ получения удобрительного преципитата из азотно-фосфорно-кислотных суспензий путем разложения минера­лизованной массы азотной кислотой с последующей нейтрализацией Са(ОН)2. Выявлено, что рН-среда играет важную роль при получении удобрительных преципитатов. Определена оптимальная рН-среда, она равна 5,0-5,5. Все концентрации кислоты являются оптимальными. Полученные образцы преципитатов при оптимальных условиях содержат в своем составе 24,01-24,99% Р2О5общ., 19,71-20,02% Р2О5усв. по 2 %-ной лимонной кислоте, 26,75-28,74% СаОобщ., 22,17-22,42% СаОусв. по 2 %-ной лимонной кислоте.

Таким образом, показана принципиальная возмож­ность получения преципитата путем взаимо­действия минерализованной массы фосфоритов Центральных Кызылкумов с концентрированной азотной кислотой.

Достоинствами предлагаемого способа полу­чения преципитата из минерализованной массы фосфоритов Центральных Кызылкумов являются:

  1. Возможность вовлечения отходов терми­ческого обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов – минерализованной массы для перера­ботки с получением преципитатов, содержащих 24,01-24,99% Р2О5.
  2. Возможность использования растворов нитрата кальция, образующихся при получении преципитатов как жидкое удобрение.
  3. Значительное снижение теплоэнергетических затрат.

В качестве удобрения преципитат обладает многими достоинствами: он негигроскопичен, рассыпчат, сух и хорошо рассеивается, имеет высокую концентрацию усвояемой Р2О5 (что способствует оптимизации роста и развития растений, ускорению процесса формирования, созре­вания и прибавке урожая) и высокую агрохимическую эффективность на всех типах почв и для всех культур. Нейтральный рН удобрения не нарушает естественного рН почвенной среды, не изменяет состав почвенных микробных сообществ; почва обогащается антагонистом токсичных веществ – кальцием и кремнием, содержащимися в удобрении.

 

Список литературы:
1. Изучение процесса получения преципитата из фосфоритов Центральных Кызылкумов / Б.Э. Султонов, Ш.С. Намазов, О.И. Попова, А.М. Реймов // Сб. мат-лов Х Междунар. науч.-практ. конф. «Новый поиск в современном мире». – Махачкала, 2015. – С. 23-26.
2. 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.
3. Солянокислотная переработка высококарбонатной фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов на удобрительный преципитат / Б.Э. Султонов, А.Р. Сейтназаров, Ш.С. Намазов, А.М. Реймов // Химическая промышленность. –2015. – № 4. – С. 163-168.
4. Султонов Б.Э., Намазов Ш.С., Закиров Б.С Солянокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Горный вестник Узбекистана. – 2015. – № 1. – С. 99-101.
5. Султонов Б.Э., Намазов Ш.С., Попова О.И. О возможности получения преципитата из химически обогащенного фосфоритового концентрата // Сб. мат-лов Х Междунар. науч.-практ. конф. «Перспективы развития научных исследований в XXI веке». – Махачкала, 2016. – С. 27-28.
6. Султонов Б.Э., Намазов Ш.С., Попова О.И. Солянокислотная переработка некондиционного фосфатного сырья на преципитат // Сб. мат-лов VII Междунар. науч.-практич. конф. «Актуальные проблемы современной науки в XXI веке». – Махачкала, 2015. – С. 49-52.

 

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

д-р. техн. наук, доцент, Наманганский государственный университет, Узбекистан, г. Наманган

Associate Professor, Doctor of Technical Sciences, Namangan University State, Uzbekistan, Namangan

преподаватель кафедры химии, Джизакский государственный педагогический институт, 130100, Республика Узбекистан, г. Джизак, ул. Ш. Рашидова, 4

Teacher of Department Chemistry, Djizzakh state pedagogical institute of the Republic of Uzbekistan, 130100, Republic of Uzbekistan, Djizzakh, Sh. Rashidov str., 4

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