Тринатрийфосфат из аммофоса

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследования по получению тринатрийфосфата из аммофоса с содержанием P₂O₅ не менее 46%, кальцинированной соды и каустической соды. Приведены данные по оптимальным условиям получения тринатрийфосфата из аммофоса, а также соотношения реагирующих веществ, как кальцинированная сода, каустическая сода и аммофос. Показано, что полученный из аммофоса тринатрийфосфат с содержанием P₂O₅ не менее 18,5% имеет высокую степень чистоты, при этом массовая доля нерастворимых в воде частиц не превышает 0,003%. Приведены данные по возможности утилизации газообразных и твердых отходов в целевые продукты (жидкое NPCa удобрение).

ABSTRACT

The results of a study on the production of trisodium phosphate from ammophos with a P₂O₅ content of at least 46%, soda ash and caustic soda are presented. Data are presented on the optimal conditions for the production of trisodium phosphate from ammophos, as well as the ratio of reacting substances like soda ash, caustic soda and ammophos. It was shown that trisodium phosphate obtained from ammophos with a P₂O₅ content of at least 18,5% has a high degree of purity, while the mass fraction of particles insoluble in water does not exceed 0,003%. The data on the possibility of utilizing gaseous and solid wastes into target products (liquid NPCa fertilizer) are presented.

Ключевые слова: аммофос, кальцинированная сода, каустическая сода, нейтрализация, тринатрийфосфат, жидкое NPCa удобрение.

Keywords: ammophos, soda ash, caustic soda, neutralization, trisodium phosphate, liquid NPCa fertilizer.

Введение

Финансово-экономическое оздоровление и стабилизация деятельности предприятий химической промышленности, определение основных направлений дальнейшего развития отрасли путем реализации инвестиционных проектов, направленных на модернизацию действующих производств, создание новых мощностей по глубокой переработке минеральных ресурсов, а также расширение номенклатуры производимой химической продукции с высокой добавленной стоимостью дает толчок развитию экономики страны [3].

Инновационный подход в производстве получения химических веществ путем внедрения новых экономически эффективных технологических способов, в том числе в производстве тринатрийфосфата, дает возможность выпускать конкурентоспособные продукции, тем временем обеспечивая кооперацию отечественных производителей.

Тринатрийфосфат используется в разных отраслях промышленности, в том числе в энергетике, пищевой промышленности, целлюлозно-бумажной промышленности, металлургии и других сферах народного хозяйства.

Как известно, в случае использования экстракционной фосфорной кислоты, полученной кислотным разложением фосфатного сырья, которая содержит достаточно большое количество примесей, требуется проведение ее очистки, так как наличие в ней железа, алюминия, титана, кальция, магния и нерастворимого остатка приводит как к снижению качества готового продукта, так и к ухудшению технологичности процесса за счет сложности отделения от нее примесей [5].

Данная исследовательская работа отображает новый способ получения тринатрийфосфата с высокими техническими и качественными показателями на основе аммофоса, кальцинированной соды и каустической соды. При этом образующиеся газообразные (аммиак) и твердые (шлам после фильтрации аммофоса) отходы производства целенаправленно используется для получения жидкого NPCa удобрения.

Экспериментальная часть

Для проведения опытов использовали стеклянный реактор, снабженный механической мешалкой и рубашкой для обогрева и охлаждения. В исследованиях в качестве исходных веществ использовали аммофос (АО «АммофосМаксам»), кальцинированную соду (ООО «Кунградский содовый завод»), каустическую соду (АО «Ферганаазот»).

Аммофос содержанием P₂O₅ 46% масс, нерастворимых в воде частиц не более 25% масс растворяли в воде для получения чистого раствора аммофоса определенной концентрации (18–22%). В полученный раствор порциями добавляли кальцинированную соду при постоянном перемешивании при 80–90 °С. В данном процессе идет первый этап разложения аммофоса с образованием монодинатрийфосфата и выделением аммиака и углекислого газа:

NH₄H₂PO₄ + Na₂CO₃ → Na₂HPO₄ + NH₃ + CO₂ + H₂O.                                           (1)

После завершения реакции (значения pH среды составляет 8,5–9, образуется монодинатрийфосфаты) горячий раствор температурой 60–65 °С фильтровали на вакуум-фильтре для очищения полученного раствора от нерастворимых в воде частиц. В следующем этапе в раствор динатрийфосфата при постоянном перемешивании вводили сухой гидроксид натрия в стехиометрическом соотношении для донейтрализации динатрийфосфата до образования тринатрийфосфата (ТНФ) (25–30% масс), после чего значение среды раствора состовляло pH = 11,5–12,5 [2]. Затем раствор ТНФ охлаждали до температуры 20–25 °С. После охлаждения кристаллы тринатрийфосфата отделяли на вакуум-фильтре, далее продукт сушили в сушильном шкафу при температуре 55–60 °С.

Результаты и их обсуждение

С повышением температуры растворимость аммофоса и скорость реакции между кальцинированной содой увеличивается, кроме этого, создается благоприятное условие для процесса десорбции углекислого газа и аммиака, но дальнейшее повышение температуры выше 95 °С приводит к потери продукта, который уносится с уходящими газами, а также увеличиваются энергетические расходы на разложение аммофоса. Температура поддерживается 90–95 °С. Раствор аммофоса до процесса фильтрации реагирует с кальцинированной содой, для того чтобы увеличивать выход целевой продукции. При этом небольшая часть, 6–10%, P₂O₅ остается в составе шлама. Взаимодействие между аммиаком и кальцинированной содой протекает при температуре кипения раствора, при котором выделяется газообразный аммиак, который с парами воды поглощается в кислый раствор нитрата кальция, образуя жидкий NPCa.

Процесс образования динатрийфосфата протекает при постоянном перемешивании, и образовавшие газы при разложении постоянно отводятся из зоны реакции, чтобы уменшить парциальное давление газов над раствором, создавая благоприятное условие для выделения газов разложения аммофоса.

Превращения динатрийфосфата в ТНФ происходит добавлением гидроксида натрия в раствор динатрийфосфата в стехиометрическом соотношении. Процесс протекает с выделением тепла, за счет которого поддерживается необходимая температура реакции.

По физико-химическим показателям ТНФ должен соответствовать нормам, указанным в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты анализов полученных образцов ТНФ приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Как видно из таблицы, полученные нами образцы ТНФ из аммофоса полностью соответствуют предъявленным требованиям, указанным в технических требованиях (ГОСТ 201-76).

Выводы

1. Результаты исследования показывают, что полученный из аммофоса тринатрийфосфат полностью соответствует требованиям, предъявленным в ГОСТ.
2. В предложенном способе получения тринатрийфосфата образовавшиеся газообразные и твердые отходы успешно утилизируются совмещением производства тринатрийфосфата с производством жидких NPCa удобрений.
3. Данный способ позволяет получить тринатрийфосфат по более низкой цене по сравнению с другими способами (из пищевой и экстракцинной ортофосфорной кислоты) получения тринатрийфосфата.

Список литературы:
1. Никандров М.И. Разработка технологии концетрированных динатрий- и тринатрийфосфатов : дис. ... канд. техн. наук. – Нижний Новгород, 2005.
2. Позин М.Е. Технология минеральных солей. 4-е изд., испр. – Л. : Химия, 1974. – 792 с.
3. Постановление Президента Республики Узбекистан от 03.04.2019 № пп-4265 «О мерах по дальнейшему реформированию и повышению инвестиционной привлекательности химической промышленности».
4. Способ получения тринатрийфосфата // Патент ру № 2145572С1, 2000 / Кузнецов А.А., Гуллер Б.Д., Шапкин М.А., Буксеев В.В., Майоров А.Б.
5. Способ получения тринатрийфосфата // Патент ру № 2372282, 2008 / Колосс К.Ю.
6. Сумич А.И., Ещенко Л.С. Влияние добавок на устойчивость насыщенного раствора тринатрийфосфата // Труды БГТУ. Химия и технология неорганических веществ. – 2010. – № 3.