Получение NPK-удобрений на основе термоконцентрата месторождения Кызылкум, карбамид-аммиачной селитры и хлорида калия

АННОТАЦИЯ

Представлены результаты исследований по получению азотно-фосфорно-калийных (NPK) удобрений способом воздействия на мытый обожжённый фосфоконцентрат месторождения Центральных Кызылкумов соляной кислотой с последующей обработкой мытого фосфоконцентрата раствором карбамидно-аммиачнойселитрыи хлорида калия.

ABSTRACT

The results of studies on the production of nitrogen-phosphorus-potassium (NPK) fertilizers by the method of influencing the washed calcined phosphoconcentrate of the Central Kyzylkum deposit with hydrochloric acid, followed by treatment of the washed phosphoconcentrate with a solution of urea-ammonium nitrate and potassium chloride.

Ключевые слова: мытый обожжённый фосфоконцентрат Центральных Кызылкумов, соляно-фосфатно-кислотная пульпа, карбамидно-аммиачная селитра (КАС), соляная кислота, рН.

Keywords: washed calcined phosphoconcentrate of Central Kyzylkum, hydrochloric-phosphate-acid pulp, urea-ammonium nitrate (UAN), hydrochloric acid, pH.

Введение. Сокращение посевных земельных ресуросв и запасов воды в масштабах всей планеты всё более обостряет проблему разработки технологии получения новых видов удобрений. Одной из важнейших задач сельского хозяйства  и отрасли производства удобрений является всё более полное удовлетворение потребностей населения в качественных продуктах питания. Насущной задачей при этом является обеспечение сельского хозяйства эффективными минеральными удобрениями.

Одним из эффективных способов производства является использование безотходной технологии. При производстве минеральных удобрений использование отходов приводит к ощутимой экономии расходов сырья и ряда процессов. Кроме того, создаётся возможность дешёвой поставки единицы питательных веществ, в частности, появляется возможность эффективного использования соединений кальция, образующихся в качестве отходов при переработке фосфоритов. Исходя из всего вышеизложенного, целью настоящей работы являлось создание научных основ разработки безотходной технологии получения азот-фосфорных и азот-фосфор-калийных удобрений. В статье изучены процессы получения удобрений нового типа на основе хлорно-фосфорнокислотной пульпы, образующейся при солянокислотном разложении фосфоритов месторождения Центральных Кызылкумов Республики Узбекистан, карбамидно-аммиачной селитры (КАС) и хлорида калия.

Объекты и методы исследования. В лабораторных условиях эксперименты проводились на опытной установке, состоящей из стеклянного трубчатого реактора, снабжённого винтовой мешалкой, приводимой в движение электромотором. В качестве объекта исследований использован мытый обожжённый фосфоконцентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов следующего состава: Р₂О₅ – 25,71%; СаО – 55,68%; СО₂ – 2,83%; MgO – 1,19%; R₂O₃ – 3,79%; SО₃ – 5,01%. Полученный фософконцентрат в дальнейшем был обработан 31,4%-ным раствором HCl при неполной норме в течение 1-2 час. При оптимизации нормы используемой соляной кислоты исходили из расчёта, что это количество, будучи достаточным для разложения фосфатов, свободного оксида кальция и минералов кальцита, содержащихся в составе образцов фосфоритов, приведёт к образованию монокальцийфосфата и хлорида кальция. Норма кислоты в опытах составляла45, 55, 65 va 75%. В зависимости от нормы кислоты, температура в опытах варьировалась в интервале 55-75 ^оС. С целью предотвращения потери оксида фосфора при отделении хлорида кальция из полученной хлорфосфокислотной пульпы произведена нейтрализация смеси аммиаком  до достижения рН=5,0-5,5[1-3]. Для отделения хлорида кальция от нейтрализованной хлорфосфокислотной пульпы произведено разбавление водой при соотношении 1:1 и последующая её фильтрация. Фильтрат, образующийся в процессе первой фильтрации, может быть использован при получении дефолиантов на основе хлоратов. В ходе второй фильтрации для более полного удаления хлорида кальция из состава фосфоконцентрата последний был подвергнут репульпации водой при соотношении 1:1. Фильтрат, образовавшийся в процессе второй фильтрации,использован для отделения хлорида кальция от хлорфосфокислотной пульпы [4]. С целью получения NPK-удобрений в лабораторных условиях к фосфоконцентрату, полученному после второй фильтрации, добавлен раствор КАС, а также в определённом количестве хлорид калия, произведённый на ГУП «Дехканабадский завод калийных удобрений».

Количество общего, усвояемого и водорастворимого содержания Р₂О₅  в составе полученного NPK-удобрения определяли фотоколориметрическим методом с помощью КФК-3 при длине волны l=440 нм, содержание азота – методом Кьелдаля путём перегонки аммиака и последующим определением с помощью хлорамина [5,6]. Содержание различных форм кальция определяли комплексометрическим методом путём титрования трилоном Б в присутствии индикатора флуорексона или хром тёмно-синего, содержание хлора – методом Мора [7,8]. Содержание калия в составе удобрения расчитывали по методике[9]. Процесс фильтрации разбавленной хлорфосфоркислотной пульпы осуществляли с помощью насоса марки KSL-252.

Полученные результаты и их обсуждение. В ходе реакций, происходящих при обработке обожжённого мытого концентрата, частично образуются монокальцийфосфаты ва дикальцийфосфаты:

В процессе нейтрализациимеждуCa(H₂PO₄)₂, хлоридом кальция и аммиаком происходит следующая реакция:

В результате последней реакции резко уменьшается содержание фосфора, вымываемого в процессе фильтрации [4].

Как видно из полученных данных, при норме кислоты 45% и соотношении питательных компонентов N:P₂O₅:К₂О=1:1:1 содержание общего азота, фосфора и калия составляет 13,85%, количество общего кальция соответствует 19,03% (табл. 1). 

Таблица 1.

Химический состав NPK-удобрений, полученных на основе хлорфосфоркислотной пульпы, КАС и хлорида калия

Содержание усвояемого растениями общего фосфора при этом составляет 52,99%, общего кальция 30,84%, содержание аммиачной, амидной и нитратных форм аммиака соответствует 3,40, 6,76 и 3,67%, содержание питательных веществ – 47,42%. С увеличением стехиометрической нормы кислоты от 55 до 75% содержание усвояемых растениями форм фосфора и калия изменялось в пределах 1,02-1,08, содержание питательных веществ увеличилось от 48,97 до 52,57%, количество общего кальция понизилось до значений 1,13-1,59. В результате обработки фосфоконцентрата Центральных Кызылкумов соляной кислотой при высоких стехиометрических нормах и последующей фильтрации содержащийся в концентрате кальций переходит в состав фильтрата в форме раствора хлорида кальция, что способствует повышению содержания общего фосфора в составе фосфоконцентрата

Выводы. Показана возможность получения минеральных удобрений  способом разложения обожжённого мытого фосфоконцентрата Центральных Кызылкумов соляной кислотой с последующей промывкой и дальнейшей обработкой растворами карбамидно-аммиачной селитры (КАС) и хлорида калия. Предложено использование фильтрата, образующегося в результате первой промывки водой хлорфосфосфоркислотной пульпы, в качестве сырья при производстве дефолиантов на основе хлоратов.

Список литературы:

1. Султонов Б.Э., Сапаров А.А., Намазов Ш.С. Азотнокислотное получение преципитата на основе минерализованной массы из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки. – 2018. – №11(56). – С. 15-19.
2. Намазов Ш.С., Каймакова Д.А., ШамуратоваМ.Р.,Султонов Б.Э. Получение преципитата на основе мытого обожженного фосфоритового концентрата // Universum: технические науки. 2017. – №7(40). – С. 21-27.
3. Султонов Б.Э., СейтназаровА.Р.,Намазов Ш.С., Реймов А.М. Солянокислотная переработка высококарбонатной фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов на удобрительный преципитат. // Химическая промышленность. – 2015. –  №4.– С.163-168.
4. Розикова Д.А., Собиров М.М., Хамдамова Ш.Ш., Рахимов Х.Разложение и промывка мытого обоженного фосфоконцентрата Центрального Кызылкума // Universum: химия и биология. – 2020. – №2(68). – С.72-75.
5. ГОСТ 20851.2.75. Методы определения содержания фосфора. –М.: Изд. Стандартов. – 1983.– 22 с.
6. ГОСТ 30181.4-94. Методы определения суммарной массовой доли азота, содержащегося в сложных удобрениях и селитрах в аммонийной и нитратной формах (метод Деварда) //Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. – Минск. – 1996. –7 с.
7. Винник М.М., Ербакова Л.И., Зайцев Г.И. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. – М: Химия, 1975.– 218 с.
8. Климова В.А. Основныемикрометоды анализа органических соединений. – М.: Химия, 1975. – 224 с.
9. Стифатов Б.М., РублинецкаяЮ.В. Пламенная фотометрия // Метод. указания к лаб. работе. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. – 13 с.