CC BY
42
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ФОСФАТОВ АММОНИЯ ИЗ ЭКСТРАКТНОЙ ФОСФАТНОЙ КИСЛОТЫ НА ОСНОВЕ ФОСФОРИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО КЫЗЫЛКУМА
Кодирова Гулноза Кодиржоновна
докторант
Наманганского инженерно-строительного института Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: [email protected]
Шамшидинов Исраилжон Тургунович
д-р. техн. наук, проф. Наманганского инженерно-строительного института Республика Узбекистан, г. Наманган, E-mail: israiljon2010@mail. ru
Тураев Зокиржон
канд. техн. наук, доц. Наманганского инженерно-строительного института Республика Узбекистан, г. Наманган E-mail: T-Zokirjon@umail. uz
Нажмиддинов Рихситилла Юнусали угли
докторант
Наманганского инженерно-строительного института Республика Узбекистан, г. Наманган,
INVESTIGATION OF THE PROCESS OF OBTAINING HIGH-QUALITY AMMONIUM PHOSPHATES FROM EXTRACT PHOSPHATE ACID BASED ON PHOSPHORITES OF CENTRAL KYZYLKUM
Gulnoza Kodirova
Doctoral student of the Namangan engineering-construction institute
Republic of Uzbekistan, Namangan town
Israiljon Shamshidinov
Doctor of Technical Sciences, Professor of Namangan engineering-construction institute Republic of Uzbekistan, Namangan
Zokirjon Turayev
Candidate of Technical Sciences, associate professor of Namangan engineering-construction institute Republic of Uzbekistan, Namangan
Rikxsitilla Najmiddinov
Doctoral student of the Namangan engineering-construction institute
Republic of Uzbekistan, Namangan
DOI: 10.32743/UniTech.2020.81.12-3.71-75
АННОТАЦИЯ
В работе представлены данные по изучению процессов получения высококачественных водорастворимых фосфатов аммония путем частичной очистки фосфорной кислоты при экстракции и полной очистки при аммонизации экстракционной фосфорной кислоты. В результате были получены продукты, содержащие 56,91-59,95% P2O5
Библиографическое описание: Исследование процесса получения высококачественных фосфатов аммония из экстрактной фосфатной кислоты на основе фосфоритов Центрального Кызылкума // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Кодирова Г.К. [и др.]. 2020. 12(81). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11036 (дата обращения: 25.12.2020).
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
и 14,21-11,54% N, при одновременном снижении содержания фтора с 0,11% до 0,01% и сульфатов с 0,24% до 0,02%. Полученные продукты являются полностью водорастворимыми азотно-фосфорными удобрениями и используются в качестве удобрений для выращивания сельскохозяйственных культур методом капельного орошения и гидропоники.
ABSTRACT
The paper presents data on the study of the processes of obtaining high-quality water-soluble ammonium phosphates by partial purification of phosphoric acid during extraction and complete purification during ammonization of extraction phosphoric acid. As a result, products containing 56,91-59,95% P2O5 and 14,21-11,54% N were obtained, while reducing fluorine from 0,11% to 0,01% and sulfates from 0,24% to 0,02%. The resulting products are completely water-soluble nitrogen-phosphorus fertilizers and are used as fertilizers for growing crops by drip irrigation and hydroponics.
Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, очистка кислоты, нейтрализация кислоты, удобрения, минеральные удобрения, фосфорные удобрения, азотно-фосфорные удобрения, фосфаты аммония.
Keywords: extraction phosphoric acid, purification, neutralization, fertilizers, mineral fertilizers, phosphoric fertilizers, nitrogen-phosphorus fertilizers, ammonium phosphates.
Мировая потребность фосфатного сырья в настоящее время составляет 190 миллионов тонн или 43 миллиона тонн Р2О5 в год. По прогнозам, потребность в фосфатном сырье вырастет до 1,3 млн тонн к 2020 году и 2 млн тонн к 2030 году. К 2050 году потребность в сырье достигнет 220 млн тонн фосфатного сырья или 70 млн тонн Р2О5 [1].
При извлечении фтора из фосфатного сырья и его использовании решаются две проблемы: расширение производства соединений фтора и предотвращение загрязнения биосферы из-за выброса фтора в окружающую среду. Часть фтора в фосфатном сырье отделяется в процессе экстракции, а остальная часть отделяется при упарке пульпы, грануляции и сушки продукта. Относительной доли фтора в продукте снижается также нейтрализацией экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфатов, компонентами не содержащих фтора [6, 10, 18, с. 248].
Фтористые соединения оказывают самое вредное воздействие на окружающую среду. Исследования показывают, что фтор отрицательно сказывается не только на растениях, но и на людях, животных, рыбах, вызывая различные серьезные заболевания.
Некоторые растения способны накапливать значительные количества фтора. Так, в чае содержится от 57 до 1370 мг фтора на 1 кг, а в хлопчатнике -до 4500 мг фтора на 1 кг [8, 11]. Причем фтор накапливается в семенах хлопчатника, и в случае производства хлопкового масла переходит в него. Исследования показывают, что при поступлении фтора в почву, в том числе с минеральными удобрениями, содержание фтора в урожае возрастает [3]. Количество поглощаемого растениями фтора возрастает еще больше в присутствии азотно-фосфорно-калийных удобрений [13].
Основным источником поступления фтора в почву являются фосфорсодержащие удобрения. Так, апатиты и фосфориты содержат в среднем 3,0 и 2,7% фтора, соответственно. Выпускаемая экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов содержит около 1,0-2,0% фтора. Методы осаждения из кислоты щелочными металлами в виде кремнефторидов малоэффективны, так как кислота практически не содержит кислоторастворимого кремния [17].
В процессе переработки природных фосфатов, содержащийся в них фтор, перераспределяется между газовой, жидкой (Н3РО4) и твердой (фосфогипс) фазами. При получении фосфорной кислоты по ди-гидратной схеме 80-85% фтора, содержащегося в сырье (апатите и фосфорите), переходит в кислоту и в процессе дальнейшей ее переработки остается в удобрениях.
В связи с всевозрастающим потреблением удобрений в сельском хозяйстве, значительным ростом производства фосфорных удобрений, особенно сложных, становится очевидной опасность возможного «зафторирования» почв, растений и водоемов [19]. Пагубное действие соединений фтора, попадающих в атмосферу и грунтовые воды, на животный и растительный мир изучено достаточно полно [3; 13, с. 131-136; 4].
Для осаждения фтора из экстракционной фосфорной кислоты в виде малорастворимых соединений кремнефторидов щелочных металлов, используются сульфаты, хлориды, фосфаты, карбонаты и гидроокиси натрия и калия [5, с. 191-206]. Эти способы основаны на химическом взаимодействии вышеуказанных солей с кремнефтористоводородной кислотой и ее растворимыми солями, присутствующими в ЭФК. Степень очистки от фтора достигает до 90%.
Процесс очистки ЭФК на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов солями щелочных металлов достаточно описан в литературе. Также упоминается, что ЭФК очищают сначала от сульфатов, а затем от фтора [12].
Процессы очистки ЭФК из фосфоритов Центральных Кызылкумов солями щелочных металлов подробно отражены в литературных источниках. Авторами подробно исследованы процессы обес-фторивания ЭФК на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов сульфатом, дигидрофосфатом, метаси-ликатом натрия и показана возможность повышения степени обесфторивания с 38-40% до 80-85% и разработана технология обесфторивания ЭФК [14-16].
ЭФК, полученный из фосфоритов, содержит до 15% различных примесей, в результате чего получить из них полноценный аммофос невозможно. Для этого нужно очистить его от сопутствующих примесей.
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Имеются материалы по обессульфачиванию обес-фторенной ЭФК необогащенным фосфатным сырьем Центральных Кызылкумов [2], карбонатом, оксидом кальция, мытым обогащенным фосфоритом [7]. Запатентован способ очистки ЭФК от соединений фтора и сульфатов с получением кормового преципитата [9]. Однако материалов по одновременной очистки от фтора и сульфатов экстракционной пульпы при получении ЭФК Центральных Кызылкумов не найдены. Поэтому исследования, направленные на изыскание методов очистки ЭФК одновременно от фтора и сульфатов и получения высококачественных фосфатов аммония являются актуальными.
С целью снижения фтора и других примесей в экстракционной фосфорной кислоте и получение высококачественных фосфатов аммония изучены процессы очистки фосфорной кислоты при экстракции и нейтрализации очищенной кислоты газообразным аммиаком.
Для исследований использовали мытый обожженный фосконцентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов состава (масс. %): P2O5 = 26,20; ГО2 = 3,08; CaO = 57,64; MgO = 1,07; R2Oз = 0,79; SOз = 2,18; F = 2,88; н.о. = 1,54.
Осаждение фтора и сульфатов из экстракционной пульпы проводили карбонатом кальция при норме
оксида кальция 80-300% на образование фторида кальция и 100% на связывание SOз (табл. 1). Карбонат кальция вводили в фосфорнокислотно-гипсовую пульпу перед фильтрацией. За счет введения карбоната кальция в конце процесса экстракции одновременно решаются три проблемы: частичное обес-сульфачивание и частичное обесфторирование продукта и обогащение ионами кальция.
При введении карбоната кальция экстракционную пульпу при норме оксида кальция с 80 по 300% на образование фторида кальция и 100% на связывание SO3 повышается концентрация получаемой продукционной экстракционной фосфорной кислоты с 20,15% до 22,55% P2O5. При этом повышется содержание CaO с 0,41% до 3,89% и содержание SOз с 2,22% до 0,45%. Избыточное содержание карбоната кальция при осаждении фтора из ЭФК расходуется на образование сульфата кальция, с имеющейся в избытке серной кислотой и монокальцийфосфата, взаимодействием с фосфорной кислотой. Содержание фтора в продукционной ЭФК при этом снижается с 1,32% до 0,26%, что в 4,1-5,3 раза меньше, чем в случае без введения карбоната кальция, а степень обесфторивания составлает 87% в процессе экстракции фосфорной кислоты.
Таблица 1.
Влияние степени очистки сульфатов и фтора на содержание ЭФК при экстракции
Норма карбоната кальция, % Химический состав ЭФК, масс. %
по SO3 по F P2O5 CaO MgO SO3 F R2O3
- - 20,15 0,41 0,82 2,22 1,32 0,61
100 80 20,70 0,59 0,83 0,51 0,48 0,61
100 100 20,71 0,76 0,84 0,48 0,32 0,60
100 120 20,66 2,06 0,84 0,45 0,27 0,59
100 150 20,55 2,36 0,83 0,44 0,25 0,59
100 300 22,25 3,89 0,79 0,45 0,26 0,58
Данный процесс является сложным, так как хорошо растворимый в ЭФК монофосфат и сульфат магния могут взаимодействовать с карбонатом кальция с образованием сульфата и монофосфата кальция. Однако, карбонат магния тут же будет реагировать с фосфорной кислотой с образованием монофосфата магния. Это подтверждается и тем, что содержание магния в ЭФК не изменяется и сохраняется на уровне 0,79-0,84%.
Оптимальной нормой карбоната кальция являются 100-120% на образование фторида кальция и 100% на образование сульфата кальция. При этом содержание сульфатов снижается до 0,45%, фтора до 0,25-32%, степень перехода фтора в газовую фазу при экстракции снижается с 5,4% до 4,1-4,2%, а в
фосфогипсе увеличивается с 40,5% до 82,5-87% в процессе экстракции фосфорной кислоты.
Частично очищенная от фтора и сульфатов экстракционная фосфатная кислота нейтрализуются газообразным аммиаком до pH 3,8-5,5 до тех пор, пока молярное отношение аммиака к фосфорной кислоте равным 1,03-1,25. Остающиеся в растворе ионы сульфата и фтора осаждаются с ионами кальция в виде CaSO4 и CaF2, а ионы железа и алюминия осаждаются в виде FePO4 и AlPO4. Осадок отделяют от раствора декантацией. Осадок используют в процессах получения аммофоса.
Полученный раствор упаривают, кристаллизуют фосфатов аммония и сушат. Химический состав полученных фосфатов аммония приведен в таблице 2.
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
Таблица 2.
Влияние степени аммонизации (отношение NHз:P2O5 и pH) частично очищенной ЭФК от сульфатов и фтора на содержание полностью водорастворимых фосфатов аммония
Соотношение NH3:P2O5 pH Химический состав фосфатов аммония, масс. %
P2O5 N F SO3 H2O
1,03 3,8 56,91 11,54 0,11 0,24 1,43
1,11 4,5 58,63 12,83 0,03 0,08 2,54
1,16 5,2 59,95 13,71 0,01 0,04 2,18
1,21 5,3 58,81 14,03 0,01 0,03 2,27
1,25 5,5 57,48 14,21 0,01 0,02 1,34
С увеличением соотношение N^^05 с 1,03 до 1,25 (т.е. рН с 3,8 до 5,5) содержание фосфатов и азота повышается соответственно с 56,91% и 11,54% до 59,95% и 14,21%, одновременно снижением фтора с 0,11% до 0,01% и сульфатов с 0,24% до 0,02%.
Таким образом, путем частичной очистки фосфорной кислоты при экстракции и полной очистки при аммонизации экстракционной фосфорной кислоты можно получить высококачественные водорастворимые фосфаты аммония. В результате получены
продукты, содержащие 56,91-59,95% Р2О5 и 14,2111,54% N с одновременным снижением фтора с 0,11% до 0,01% и сульфатов с 0,24% до 0,02%. Полученные продукты являются полностью водорастворимыми азотно-фосфорными удобрениями и используются в качестве удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур путем капельного орошения и гидропоники.
Список литературы:
1. Ангелов А.И. Левин Б.В., Классен П.В. Мировое производство и потребление фосфатного сырья // Горный журнал. - Москва. - 2003. - № 4-5. - С. 6-11.
2. Арифджанова К.С., Хужамкулов С.З., Нормуродов Б.А., Шамаев Б.Э., Мирзакулов Х.Ч. Обессульфачивание экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов необогащенным фосфатным сырьем // Журнал «Кимёвий технология. Назорат ва бошкарув». - Ташкент: ТГТУ, 2016. - №3. - С. 32-39.
3. Васяев Г.В., Шевченко Т.П. О содержании фтора в урожае // Записи Ленинградского с-х. ин-та. - Л.: Изд-во ЛСХИ, 1974. - Т. 218. - С.10-18.
4. Зайцев В.А., Родин В.И. Влияние фтора на организм животных // Журн. ВХО им. Д.И.Менделеева, 1979. -Т. 24. - № 1. - С. 42-47.
5. Кочетков С.П. Смирнов Н.Н., Ильин А.П. Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кислоты. -Иваново: ГОУВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т, 2007. - 304 с.
6. Мамуров Б.А., Шамшидинов И.Т., Усманов И.И., Кодирова Г.К. Исследование процесса нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты мелом. Universum: Химические науки: электрон. научн. журн. 2019. -№ 2(57). - С. 21-26. URL:http://7universum.com/ru/nature/archive/item/6910.
7. Мирмусаева К.С. Разработка технологии производства ортофосфатов натрия на основе экстракционной фосфорной кислоты Центральных Кызылкумов: дис. ... канд. техн. наук. - Ташкент. 2011. - 156 с.
8. Национальный доклад о состоянии окружающей среды и использовании природных ресурсов в Республике Узбекистан (1988-2007). - Ташкент, 2008. - 298 с.
9. Патент № IAP 05054 UZ. МКИ CO5 B3/00, CO5 B11/00. Способ получения кормового преципитата / Х.Ч.Мир-закулов, И.И.Усманов, Б.Б.Садыков, Н.В.Волынскова, Г.Э.Меликулова, Ш.И.Умаров (UZ) / Опубл. 31.07.2015. - Бюл. № 7.
10. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений: Учебник для вузов. - Л.: Химия, 1989. - 352 с.
11. Степень и экономические последствия фторидного загрязнения. Обзорная информация. - Обнинск, 1983. -Вып.1. - 55 с.
12. Усербаева Д., Тоиров З.К., Эркаев А.У., Каипбергенов А.Т. Обессульфачивание и очистка от примесей экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химия и химическая технология. - Ташкент: ТХТИ, 2010. - № 2. - С. 2-4.
13. Халитов А.Х., Розин В.И. О необходимости исключения фтора из состава минеральных удобрений / В кн. Интенсификация сельскохозяйственного производства и проблемы защиты окружающей среды. - М.: Наука, 1980. - 296 с.
14. Хужамкулов С.З., Асамов Д.Д., Бардин С.В., Мирзакулов Х.Ч. Обесфторивание экстракционной фосфорной кислоты солями натрия. // Кимё ва кимё технологияси. - 2008. - № 2. - С. 16-19.
№ 12 (81)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
декабрь, 2020 г.
15. Хужамкулов С.З., Асамов Д.Д., Бардин С.В., Мирзакулов Х.Ч. Обесфторивание экстракционной фосфорной кислоты Центральных Кызылкумов в присутствии силиката натрия. // Кимё ва кимё технологияси. 2008. -
16. Хужамкулов С.З., Асамов Д.Д., Бардин С.В., Мирзакулов Х.Ч. Разработка технологии обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты Центральных Кызылкумов с рециклом силиката натрия. // Кимёвий технология. Назорат ва бошкарув. - 2008. - № 4. - С. 41-45.
17. Хужамкулов С.З., Меликулова Г.Э., Мирмусаева К.С., Мирсаидов М.Х., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения кремнефторида натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент: ТГТУ, 2016. -№ 1(67). - С. 34-40.
18. Shamshidinov I.T. Noorganik moddalar va mineral o'g'itlar texnologiyasi: Darslik. - T.: IQTISOD-MOLIYA, 2014. -
19. World Fertilizer trends and Outlook to 2018. Food and Agriculture Organization of the Unated Nations. Rome, FAO,
№ 4. - С. 8-11
324 b.
2015. - P. 55.
