Технология сложного азотно-фосфорного удобрения на основе плава аммиачной селитры и фосфоритов Центральных Кызылкумов

Лабораторные опыты по взаимодействию концентрированных растворов АС проводили следующим образом: растворы нитрата аммония с концентрацией 70, 75, 80, 85 и 90% готовили путём растворения гранулированной АС в воде. В качестве добавок были использованы рядовая фосфоритовая мука, минерализованная масса и пылевидная фракция фосфоритов Центральных Кызылкумов, составы которых приведены в главе 2 (табл. 1).

В начале опыта в стеклянный реактор загружали раствор АС, и после достижения температуры 100⁰С постепенно дозировали фосфатное сырьё в таком количестве, чтобы конечный продукт содержал от 1,5 до 5% Р₂О₅. Время взаимодействия составляло 30 мин при заданной температуре. По истечении этого времени полученную пульпу высушивали при температуре 100-105⁰С и анализировали на содержание различных форм фосфора, кальция, азота и СО₂.

При изучении процесса получения АФУ на основе взаимодействия концентрированных растворов АС и фосфоритов Центральных Кызылкумов с определением реологических характеристик нитрофосфатных пульп и состава конечных продуктов выявлены те же закономерности, что и в процессах получения АФУ с использованием плава нитрата аммония.

Изучены изменения прочности гранул АФУ при введении фосфатных добавок в концентрированный раствор АС. При этом установлено, что прочность гранул возрастает с увеличением доли фосфатного сырья, тогда как увеличение концентрации исходного раствора АС практически не оказывает влияния на значения прочности. Наибольшую прочность гранул - 6,52-7,49 МПа - имеет АФУ с 5 %-ной добавкой Р₂О₅. Такие показатели свидетельствуют об уменьшении пористости и внутренней удельной поверхности селитры, что приводит к снижению детонационной способности селитры.

Сопоставление результатов термических, рентгенографических и электронно-микроскопических исследований удобрений, полученных взаимодействием плавов или концентрированных растворов аммиачной селитры с Кызылкумскими фосфоритами, показали, что они обладают идентичными свойствами. Было показано, что при обработке низкосортного фосфоритового сырья нитратом аммония в любом его физическом состоянии (плава либо концентрированного раствора) образуются гранулы с одинаковым видом поверхности (габитус, микростроение поверхности и среза гранул) и с аналогичным структурным строением. Подобная аналогия будет обусловливать идентичность всех физико-химических и товарных свойств удобрений, полученных воздействием на фосфоритовую добавку как плава, так и концентрированного раствора нитрата аммония.

В связи с обнаруженной идентичностью составов и физико-химических свойств обоих типов удобрений в работе приведены численные значения наиболее важных свойств удобрений: гигроскопической точки, влагоёмкости и слёживаемости продукта.

Гигроскопические точки образцов АФУ, полученных при оптимальных условиях, составляют 54,0 - 54,4 % относительной влажности воздуха, что показывает равноценность гигроскопическим точкам АФУ, полученным на основе плава АС. Гранулы всех образцов АФУ с влажностью до 2,5-8,0% полностью сохраняют первоначальную рассыпчатость. При влагосодержании 6,5-8,0 % гранулы АФУ сохраняют свою внешнюю форму, но начинают слегка комковаться. Слёживаемость АФУ с содержанием 2,01-5,01% Р₂О₅ составляет 2,87-2,24 кг/см², что по сравнению со слёживаемостью чистой АС в 1,62-2,08 раза ниже.

Предложена технологическая схема и рассчитан материальный баланс производства новых видов удобрений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведённых исследований в диссертации решены актуальные научно-технические задачи по созданию технологии стабилизированной АС на основе плава нитрата аммония и фосфоритов Центральных Кызылкумов.

Основными научными и практическими результатами, полученными при выполнении диссертационной работы, являются следующие:

1. Исследованием процесса взаимодействия плава АС с различными видами фосфоритов Центральных Кызылкумов в интервале массовых соотношений АС : ФС = 100: (2 - 48) при температуре 175-180⁰С показана принципиальная возможность получения АФУ. Установлена зависимость изменения усвояемой формы Р₂О₅ от количества введенного в плав АС фосфатного сырья. Чем больше количество фосфатного сырья вводится в плав АС, тем меньше степень декарбонизации фосфорита в полученных АФУ и содержание усвояемых форм Р₂О₅.

Изучением кинетики декарбонизации и активации высококар-бонизированной фосфоритовой муки в плаве АС показано, что высокая степень декарбонизации фосфатного сырья и наибольшее относительное содержание усвояемых форм Р₂О₅ и СаО в АФУ получаются после 20-минутного взаимодействия исходных реагентов.

На основании результатов проведенных исследований найдены оптимальные условия ведения процесса. В зависимости от вида высококарбонизированного фосфорита Кызылкума и соотношения АС: ФС содержание питательных компонентов в АФУ меняется (вес., %): N 24,75-28,47; Р₂О_5общ. 2,96-5,17; Р₂О_5усв. по трилону Б 1,68-3,80; Р₂О_5усв. по лим. к-те 1,96-4,56; СаО_общ. 8,17-13,12; СаО_усв. 5,42-9,02; СаО_водн. 1,34-2,42. Относительное содержание усвояемой формы Р₂О₅ по трилону Б и лимонной кислоте составляет 48,66 - 80,68 и 57,58 - 94,88% соответственно.

2. Изучены реологические свойства нитрофосфатных плавов (плотность, вязкость) при различных соотношениях АС: ФС в интервале температур 160-185⁰С. Увеличение количества добавки фосфатного сырья в плаве АС приводит к возрастанию плотности и вязкости при всех видах использованных фосфоритов и изученных температур. Зависимости изменения плотности и вязкости нитрофосфатных плавов от температуры и вида фосфатных добавок с различным содержанием Р₂О₅ в удобрениях изображены в виде объемных номограмм. Показано, что нитрофосфатные плавы обладают достаточно высокой текучестью, которая даёт возможность перекачивать их из одного аппарата в другой и гранулировать в существующей грануляционной башне методом приллирования без особых технологических трудностей.

3. Установлено, что при использовании в качестве фосфатной добавки рядовой фосфоритовой муки, пылевидной фракции, минерализованной массы, мытого сушеного концентрата, в количествах равных соответственно 3,52-5,04; 3,52-5,17; 2,96-4,48; 3,45-5,04% Р₂О₅ прочность гранул АФУ с диаметром 2-3 мм находится в пределах 7,33-7,80; 7,17-7,74; 8,38-8,73 и 8,12-8,41 МПа. При этом прочность гранул полученных АФУ по сравнению с прочностью чистой АС увеличивается в 4,5-5,5 раза.

Добавление в плав АС фосфоритовой муки в количестве 5,04% в пересчете на Р₂О₅ способствует снижению пористости её гранул от 9,15 до 7,08%.

Проведенное электронно-микроскопическое исследование влияния фосфоритовой добавки на микроструктуру гранулы АФУ свидетельствует о том, что она уменьшает размеры кристаллов нитрата аммония, являясь центрами кристаллизации. Фосфатная добавка оседает в поры и микротрещины, заполняя их, в результате чего образуется более совершенная поверхность и внутренняя структура гранул АФУ. Этот факт также объясняет причины увеличения прочности гранул и уменьшение их пористости при добавке фосфорита.

Гигроскопическая точка АФУ, полученных при оптимальных условиях, составляет 53,5-54,5% относительной влажности воздуха, что на 7,5-8,5% ниже, чем гигроскопическая точка чистой АС. Слеживаемость АФУ, содержащих 3,0-5,04% Р₂О₅, составляет 1,71-1,87 кг/см², что в 2,5-2,7 раза меньше слеживаемости АС.

4. Проведены термические исследования образцов АФУ. Выявлено, что для чистой АС температура превращения IV>III составляет 44,8^оС, а добавка фосфатного сырья в количестве 1,05-5,04% Р₂О₅ приводит к повышению температуры данного превращения от 53,7 до 56,6^оС. Введение фосфатной добавки понижает температуру плавления и кристаллизации АС. Повышение температуры перехода IV>III и снижение температуры обратного перехода способствуют сохранению высокой прочности и уменьшению слёживаемости гранул АФУ при транспортировке и хранении в жарких климатических условиях.

Изучены буферные действия фосфатной добавки на рН плава аммиачной селитры. Показано, что при нагревании АС фосфатные добавки благоприятно оказывают буферное действие и стабилизируют величину её рН. Значит, фосфатная добавка способствует повышению термостойкости АС.

Проведением дериватографических исследований АФУ определены температуры начала их разложения и энергии активации процесса. Показано, что температуры начала терморазложения АС в составе АФУ по сравнению с чистой АС в зависимости от количества фосфоритовой добавки увеличиваются от 29 до 39⁰С. Значение энергии активации разложения АФУ, содержащих от 1 до 5% Р₂О₅, колеблются в пределах 46,6-51,6 ккал/моль, что на 4,7-9,7 ккал/моль больше, чем энергия активации чистой АС. Этот факт также дополнительно подтверждает возрастание термостабильности фосфатизированной АС.

5. На основе результатов проведенных лабораторных исследований разработана принципиальная технологическая схема процесса получения АФУ на основе плава АС и фосфоритов Центральных Кызылкумов. Составлен материальный баланс производства одной тонны АФУ, получаемого из плава АС и низкосортных фосфоритов Центральных Кызылкумов. Проведены опытно-промышленные испытания разработанной технологии с последующим внедрением её на ОАО «Навоиазот». С начала 2009 года по настоящее время произведено около 35 тыс. т АФУ.

Проведенные технико-экономические расчеты показали, что при организации указанного объёма производства АФУ ежегодно будет в технологию вовлечено около 50 тыс. т некондиционного Кызылкумского фосфорита. В технологии АФУ неусвояемая форма фосфора в фосфорите переходит в усвояемую форму без применения дефицитного кислотного реагента.

6. Впервые разработана технология получения АФУ путём взаимодействия концентрированных растворов АС (70-90%) с фосфоритами Центральных Кызылкумов при их различных весовых соотношениях и температуре 100⁰С. Найдены оптимальные условия ведения процесса. Показано, что с увеличением массовой доли фосфатного сырья в реакционной смеси заметно снижается относительное содержание усвояемых форм Р₂О₅ в продукте. Концентрация исходного раствора АС практически не оказывает влияния на относительное содержание усвояемых форм Р₂О₅. В АФУ, содержащем 3,0 и 5,0% Р₂О₅ относительные содержания Р₂О_5усв. по трилону Б и лимонной кислоте колеблются в пределах 50,40 - 62,41; 54,69 - 67,94; 41,75 - 54,78; 76,21 - 90,0; 82,63 - 91,93 и 51,13 - 63,69% соответственно для фосфоритовой муки, пылевидной фракции и минерализованной массы.

Изучением реологических свойств нитрофосфатных пульп в интервале температур 80-120⁰С доказано, что они обладают хорошей текучестью. Прочность гранул АФУ, полученных на основе концентрированного раствора АС, по сравнению с прочностью гранул продукта на основе ее плава на 1-1,5 МПа меньше. Это объясняется тем, что грануляция концентрированной пульпы в процессе сушки была осуществлена путем ее перемешивания, при этом происходило неравномерное уплотнение массы. Гигроскопическая точка, слеживаемость АФУ, полученного из раствора АС, практически были такими же, как и удобрений на основе плава.

Предложена принципиальная технологическая схема процесса получения АФУ на основе концентрированного раствора АС. Составлен материальный баланс производства нового продукта.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Дадаходжаев А.Т., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотно-фосфорные удобрения, получаемые введением в плав аммиачной селитры фосфатного сырья Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2007. - т.84. - №5. - С. 242-248.

2. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотно-фосфорные удобрения, получаемые введением в плав аммиачной селитры термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов // Актуальные проблемы создания и использования высоких технологий переработки минерально-сырьевых ресурсов Узбекистана: Сб. мат. Респ. научн.-техн. конф. 2-3 октября 2007. - Ташкент, 2007. - С. 278-282.

3. Намазов Ш.С., Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Беглов Б.М. Прочность гранул аммиачной селитры с добавками фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2008. - т.85. - №2. - С. 65-70.

4. Намазов Ш.С., Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Беглов Б.М. Реологические свойства плава аммиачной селитры с добавками фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2008. - №2. - С. 5-8.

5. Курбаниязов Р.К. Азотно-фосфорные удобрения на основе аммиачной селитры и мытого сушеного концентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов // Узб. хим. ж. - Ташкент, 2008. - №3. - С. 70-73.

6. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М. Азотно-фосфорные удобрения на основе аммиачной селитры и фосфоритов Центральных Кызылкумов // XIV Межд. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов»: Тез. докл. 8-11 апреля 2008. - Москва: МГУ, 2008. - С. 404.

7. Курбаниязов Р.К., Намазов Ш.С., Реймов А.М. Прочность гранул азотно-фосфорных удобрений, полученных на основе расплава аммиачной селитры и мытого сушеного концентрата // Достижения и перспективы комплексной химической переработки топливно-минерального сырья Узбекистана: Сб. мат. Респ. науч.-техн. конф. 7-8 октября 2008. - Ташкент, 2008. - С. 193-196.

8. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотно-фосфорные удобрения, получаемые взаимодействием концентрированных растворов нитрата аммония с рядовой фосфоритовой мукой Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2008. - №3. - С. 5-8.

9. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Кинетика декарбонизации фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов при её взаимодействии с плавом аммиачной селитры // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2008. - №5. - С. 5-8.

10. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М. Влияние фосфатной добавки на прочность гранул аммиачной селитры // Физиологически активные соединения на основе растительных ресурсов и технология неорганических веществ: Сб. мат. Респ. науч.-техн. конф. - Нукус, 2008. - С. 113-114.

11. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М. Получение азотно-фосфорных удобрений взаимодействием концентрированных растворов аммиачной селитры с рядовой фосфоритовой мукой Центральных Кызылкумов // Высокотехнологичные разработки - производству, посвященной 17-ой годовщине независимости Республики Узбекистан и Году Молодежи: Сб. тез. докл. науч.-практ. конф. молодых ученых. 3-4 сентября 2008. - Ташкент, 2008. - С. 37-38.

12. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Кинетика активаций рядовой фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов расплавом аммиачной селитры при 180^оС // Химическая промышленность. -Санкт-Петербург, 2008. - т85. - №8. - С. 382-387.

13. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотно-фосфорные удобрения, получаемые взаимодействием концентрированных растворов нитрата аммония с минерализованной массой фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2009. - т.86. - №2. - С. 65-70.

14. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Азотно-фосфорные удобрения, получаемые взаимодействием концентрированных растворов нитрата аммония с пылевидной фракций фосфоритов Центральных Кызылкумов // Узб. хим. ж. - Ташкент, 2009. - №3. - С. 57-61.

15. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Реологические свойства пульп из концентрированных растворов аммиачной селитры и минерализованной массы фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химия и химическая технология. - Ташкент, 2009. - №3. - С. 6-9.

16. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С. Реологические свойства аммонийнитрокальцийфосфатных пульп // Ноанъанавий кимёвий технологиялар ва экологик муаммалар: Мат. V - Респ. науч.-практ конф. - Фергана, 2009. - С. 93-94.

17. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Реологические свойства пульп из концентрированных растворов аммиачной селитры и фосфоритовой муки Центральных Кызылкумов // Химическая промышленность. - Санкт-Петербург, 2010. - т.87. - №1. - С. 1-5.

18. Курбаниязов Р.К., Реймов А.М., Намазов Ш.С. Фосфорсодержащая аммиачная селитра из Кызылкумских фосфоритов // Современные техника и технологии горно-металлургической отрасли и пути их развития. Мат. Межд. научн.-техн. конф. 12-14 мая 2010. - Навои, 2010. - С. 324-325.

19. Курбаниязов Р.К. Изучение физико-химических свойств азотно-фосфорных удобрений // Высокотехнологичные разработки - производству, посвященной Году гармонично развитого поколения. Сб. тез. докл. науч.- практ. конф. молодых ученых. 16-17 июня 2010. - Ташкент, 2010. - С. 34-36.

Размещено на Allbest.ru