Получение суперфосфата из фосфорита

Суперфосфат — наиболее распространённое простое минеральное фосфорное удобрение. Фосфор в суперфосфате присутствует в основном в виде монокальцийфосфата и свободной фосфорной кислоты. Удобрение содержит гипс и другие примеси (фосфаты железа и алюминия, кремнезём, соединения фтора и др.).

Содержание

Разновидности [ править | править код ]

Получение суперфосфата [ править | править код ]

Получают простой суперфосфат из фосфоритов, обрабатывая их серной кислотой, по реакции:

C a 3 ( P O 4 ) 2 + 2 H 2 S O 4 + 4 H 2 O → C a ( H 2 P O 4 ) 2 + 2 [ C a S O 4 ⋅ 2 H 2 O ] <displaystyle mathrm <3>(PO_<4>)_<2>+2 H_<2>SO_<4>+4 H_<2>O
ightarrow Ca(H_<2>PO_<4>)_<2>+2 lbrack CaSO_<4>cdot 2 H_<2>O
brack > >

Объем промышленного производства в России и странах бывшего СССР в настоящее время постоянно снижается, уступая производству комплексных удобрений.

Получение двойного суперфосфата [ править | править код ]

Для получения двойного суперфосфата фосфорит обрабатывают фосфорной кислотой, полученной из апатита или фосфорита и серной кислоты. Отличается от простого суперфосфата небольшим содержанием гипса, поэтому является более концентрированным удобрением.

C a 3 ( P O 4 ) 2 + 4 H 3 P O 4 → 3 C a ( H 2 P O 4 ) 2 <displaystyle mathrm <3>(PO_<4>)_<2>+4 H_<3>PO_<4>
ightarrow 3 Ca(H_<2>PO_<4>)_<2>> >

Применение [ править | править код ]

Суперфосфат применяют на всех почвах в качестве основного предпосевного, припосевного (лучше гранулированный суперфосфат) удобрения и в подкормки. Особенно эффективен на щелочных и нейтральных почвах. В кислой почве фосфорная кислота удобрения превращается в труднодоступные растениям фосфаты алюминия и железа. В этом случае действие суперфосфата повышается при смешивании его перед внесением с фосфоритной мукой, известняком, мелом, перегноем при применении на известкованных полях (см. Известкование почв).

История [ править | править код ]

До середины XIX века в сельском хозяйстве в качестве фосфорсодержащих удобрений применялись костная мука, экскременты животных и человека (в основном в виде гуано). Но запасы гуано быстро кончались, а растворимость костной муки была недостаточна для эффективного поступления фосфора в растения. [1]

В 1840 году немецкий ученый Юстус фон Либих продемонстрировал, что эффективность костной муки как удобрения значительно увеличивалась после обработки серной кислотой. [1] В 1842 году в Англии этот процесс был запатентован, а продукт получил название «суперфосфат». В 1943 году начала работу первая фабрика по переработке костной муки в Англии. В США коммерческое производство суперфосфата началось в 1852 году.

Пик потребления простого суперфосфата был достигнут в 1940-х годах, после чего его начали сильно теснить на рынке двойной суперфосфат и аммонийфосфаты. [1]

Читайте также:

  1. Автоматизированное производство и его характеристика.
  2. Административно-процедурное производство
  3. Билет23. МАТЕРИАЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО, СТРУКТУРА И РОЛЬ В ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА.
  4. Влияние инженерно-геологических условий на производство подземных работ.
  5. Воспроизводство и экономический рост
  6. Воспроизводство и экономический рост. Производственная и экономическая эффективность
  7. Воспроизводство основных фондов
  8. ВОСПРОИЗВОДСТВО ОСНОВНЫХ ФОНДОВ
  9. Делопроизводство в Древней Руси
  10. Дисциплинарное производство.
  11. Договір простого товариства
  12. Договор простого товарищества

Фосфорные удобрения.

По степени растворимости фосфорные удобрения делятся на 3 группы:

1) водорастворимые: простой и двойной суперфосфат

2) растворимые в почвенных кислотах: преципитат и плавленые фосфаты.

3) растворимые только в минеральных кислотах: фосфоритная мука, костяная мука и апатиты.

Сырьем для производства фосфорных удобрений служат природные фосфаты – апатиты и фосфориты.

Апатиты залегают в виде концентрированных месторождений. Самое крупное в мире месторождение расположено на Кольском полуострове. Апа-титы здесь залегают совместно с нефелинами. Породу разделяют флотацией на апатитовый концентрат, содержащий 39-41% Р2О5 и нефелиновую фракцию, содержащую до 30% Al2O3 , которую направляют в глиноземное производство.

Фосфориты – порода осадочного происхождения, содержит фторапатит Ca5F(PO4)3 и гидроксилапатит Ca5OH(PO4)3. После обогащение содержание P2O5 составляет 25-30%.

Растворимость фосфорных солей повышается по мере увеличения их ки-слотности.

Ca3(PO4)2– растворим в минеральных кислотах

CaHPO4 – растворим в почвенных кислотах

Простой суперфосфат – самое распространенное фосфорное удобрение. Он содержит, в основном, Ca(H2PO4)2 и CaSO4x0,5H2O и в качестве примесей фосфаты алюминия и железа.

Сущность производства суперфосфата состоит в разложение природных фосфатов серной кислотой. Процесс получения суперфосфата является много-фазным, гетерогенным процессом. Его можно разбить на два этапа:

На первом этапе происходит диффузия серной кислоты к частицам апатита, сопровождаемая быстрой химической реакцией на поверхности частиц. Про-цесс идет до полного израсходования серной кислоты и кристаллизации CaSO4x0,5H2O:

Продолжительность первого этапа 20-40 минут.

На втором этапе происходит диффузия образовавшейся фосфорной кислоты в порах неразложившихся частиц апатита. Образовавшийся монокальцийфос-фат сначала находится в растворе, при пересыщении которого начинает кри-сталлизоваться. Этот процесс идет очень медленно в течение 5-6 суток.

Такая малая скорость процесса объясняется медленной диффузией фосфорной кислоты через корку монокальцийфосфата, покрывающего зерна апатита.

Оптимальный режим в реакционной камере определяется не только кинетикой реакции и диффузией кислоты, но и структурой образовавшихся кристаллов сульфата кальция, которая влияет на суммарную скорость процесса и качество суперфосфата. Оптимальные условия ведения процесса: концентрация серной кислоты– 67-69%; температура 110-115 0 С. В этих условиях на поверхности частиц апатита образуется рыхлый пористый слой CaSO4x0,5H2O, и диффузия фосфорной кислоты внутри частиц идет достаточно быстро.

Читайте также:  Подготовка яблонь к зиме опрыскивание

В готовом суперфосфате содержание P2O5 составляет 14-20%, что примерно в два раза ниже, чем в исходном сырье.

Готовый суперфосфат содержит некоторое количество непрореагиро-вавшей фосфорной кислоты, что увеличивает его гигроскопичность. Для уменьшения гигроскопичности суперфосфат смешивают с известняком, фос-форитной мукой или обрабатывают аммиаком.

Технологическая схема производства простого суперфосфата

Существуют периодические, полунепрерывные и непрерывные способы получения суперфосфата. Технологическая схема производства простого су-перфосфата непрерывным способом представлена на рис 8

Измельченный апатит или фосфоритовая мука поступает в весовой доза-тор (1), из которого дозируется в смеситель (5). 75%-ная серная кислота не-прерывно разбавляется водой в дозаторе-смесителе (4) до 69% и подается в смеситель (5), где смешивается с апатитом. Образовавшаяся пульпа из смеси-теля подается в реакционную суперфосфатную камеру непрерывного действия (6), где происходит образование суперфосфата. Из камеры суперфосфат пере-дается на склад, где идет его дозревание. Для ускорения дозревания супер-фосфат перемешивают.

Основным аппаратом суперфосфатного производства является су-перфосфатная камера. Наиболее часто используется цилиндрическая вращаю-щаяся камера непрерывного действия (рис.9). Она представляет собой верти-кальный железобетонный цилиндр с футеровкой из кислотоупорных плиток.

Цилиндр вместе с днищем медленно вращается на роликовых опорах вокруг неподвижной полой чугунной трубы 4, предназначенной для выгрузки суперфосфата. Железобетонная крышка камеры неподвижно укреплена на опорах, к ней подвешена вертикальная перегородка 3, отделяющая зону за-грузки от зоны выгрузки.

В зону загрузки через люк в крышке непрерывно поступает суперфос-фатная пульпа из смесителя, в зоне выгрузки у перегородки 3 находится фре-зер 2, вращающийся в направлении противоположном направлению вращения камеры. Камера делает один оборот за 1,5-2 часа. За это время происходит схватывание и затвердевание суперфосфатной массы. Готовый суперфосфат срезается ножами фрезера и проваливается в трубу на транспортер, передаю-щий суперфосфат на склад.

Размеры камеры: D=7м, H=2,5м. Производительность камеры составляет 30-50 т/ч.

Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 4692 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Простым суперфосфатом называют водорастворимое фос­форное удобрение, получаемое разложением природных фосфа­тов серной кислотой. По внешнему виду он представляет собой порошок или гранулы серого цвета. Основным действующим компонентом простого суперфосфата является моногидрат монокальцийфосфата Са(Н2Р04)220.

Суперфосфат состоит из нескольких твердых фаз и распре­деленной между ними жидкой фазы. Твердые фазы представле­ны фосфатами кальция, железа, алюминия, сульфатом кальция СаS04 с примесью полугидрата СаSО4 • О.5Н2О, сульфатом стронция SrSО4 неразложившимися минералами, кремнегелем SiO2•nН2О и др. Содержание твердых веществ в суперфосфате составляет 75—80%, причем из них 50—55% приходится на до­лю балластной примеси сульфата кальция. Поэтому простой су­перфосфат является низкоконцентрированным удобрением. Жидкая фаза суперфосфата представляет собой водный раствор фосфорной кислоты, насыщенный монокальцийфосфатом; в ка­честве примесей в растворе присутствуют катионы Na+, К + . А1 3+ , Fe 2+ , Fe 3+ и анионы A1F6 3 ,SiF6 2- , F – и др.

Простой суперфосфат содержит 19—21% усвояемого Р25. Он присутствует в суперфосфате в виде соединений, раствори­мых в воде [Н3Р04, Са(Н2Р04)2] и в нитратном растворе (СаНР04, фосфаты железа и алюминия).

Физические свойства простого суперфосфата зависят от со­держания в нем свободной фосфорной кислоты и от влажности продукта. Кислый суперфосфат слеживается, плохо рассевается, разрушает бумажную тару, усиливает коррозию туковых сеялок. Для улучшения физических свойств суперфосфат нейт­рализуют известняком, мелом, фосфоритной мукой или други­ми веществами, гранулируют и сушат.

Нейтрализация и гранулирование суперфосфата снижают его гигроскопичность (гигроскопическая точка повышается от 60— 65% до 70—80%), а сушка повышает прочность гранул.

Слеживаемость суперфосфата вызывается процессом кри­сталлизации Са(Н2Р04)220 из жидкой фазы. Чтобы предот­вратить слеживаемость суперфосфата, его необходимо выдер­жать на складе до полного прекращения процесса кристаллиза­ции. Вызревший на складе, нейтрализованный и сгранулированный суперфосфат почти не слеживается и хорошо рассевается.

Простой гранулированный суперфосфат производится из апа­титового концентрата без добавок и с добавками микроэлементов (бора, марганца и молибдена). Его качество должно соот­ветствовать требованиям ГОСТ 5956—78.

Простой суперфосфат хранят и перевозят в битумированных многослойных бумажных или полиэтиленовых мешках. Перед затариванием его охлаждают до 40 °С, чтобы предотвратить разрушение тары. Допускается перевозка гранулированного су­перфосфата насыпью.

Суперфосфат можно эффективно использовать под любые культуры и на различных почвах как простое удобрение или применять для сухого тукосмешения при получении комплекс­ных удобрений.

Производство простого суперфосфата.

Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимуще­ственно в монокальцийфосфат Са(Н2Р04)2. Технологический процесс состоит из следующих основных операций:

Читайте также:  Мужской цветок спатифиллум как ухаживать

1) смешение измельченного фосфата с серной кислотой;

2) затвердевание суперфосфатной пульпы в камерах;

3) дозревание суперфосфата на складе;

4) нейтрализация и гранулирование.

Теоретические основы.

Разложение фторапатита серной кислотой. Этот процесс мо­жет быть представлен следующим суммарным уравнением:

Практически в процессе производства простого суперфосфа­та разложение протекает в две стадии. На первой стадии около 70% апатита реагирует с серной кислотой. При этом образуется фосфорная кислота и полугидрат сульфата кальция:

Так как растворимость сульфата кальция в фосфорной кис­лоте мала, он сразу начинает кристаллизоваться. При этом мик­рокристаллы сульфата кальция образуют структурную сетку, удерживающую большое количество жидкой фазы, и суперфос­фатная масса затвердевает (схватывается). Этому способствует также перекристаллизация сульфата кальция из полугидрата в ангидрит:

После полного израсходования серной кислоты начинается 1 вторая стадия разложения, в которой оставшийся апатит (30%) разлагается фосфорной кислотой:

Образующийся монокальцийфосфат в отличие от сульфата кальция не сразу выпадает в осадок. Он постепенно насыщает раствор фосфорной кислоты и начинает выкристаллизовываться в виде Са(Н2Р04)2•Н20, когда раствор становится насыщенным. Реакция (3) протекает значительно медленнее, чем реакция (2), что объясняется низкой активностью фосфорной кисло­ты и кристаллизацией твердых фаз. Она начинается в супер­фосфатных камерах и длится еще в течение 5—20 сут. хранения суперфосфата на складе. После дозревания на складе разложе­ние фтор апатита считают практически законченным, хотя в су­перфосфате еще остается небольшое количество неразложившегося фосфата и свободной фосфорной кислоты.

Скорость разложения фосфата в основном зависит от нормы и концентрации серной кислоты, температуры процесса, степе­ни измельчения фосфата.

Стехиометрическая норма серной кислоты для разложения апатитового концентрата рассчитывается по суммарному урав­нению (1) и составляет 63,47 кг 100%-ной Н2S04 на 100 кг сырья. Чтобы ускорить процесс разложения, практическую нор­му расхода серной кислоты повышают до 68—72 кг.

Концентрация серной кислоты оказывает существенное влия­ние на скорость разложения фосфата. Она определяет не только химическую активность кислоты, но и характер кристаллических пленок сульфата кальция, осаждающихся на поверхности зерен фосфата. При низких концентрациях серной кислоты степень пересыщения раствора сульфатом кальция мала, поэтому из раствора выделяются относительно крупные кристаллы суль­фата кальция. Они образуют на поверхности зерен фосфата по­ристую, рыхлую пленку, которая не препятствует диффузии жидкой фазы к поверхности фосфата. Скорость разложения фосфатов в этом случае достаточно велика. При высоких кон­центрациях серной кислоты жидкая фаза быстро пересыщается сульфатом кальция, из раствора выпадает большое количество мелких игольчатой формы кристаллов сульфата кальция, кото­рые покрывают поверхность фосфата плотной пленкой. Это за­медляет реакцию.

Установлено, что максимальная скорость разложения фос­фатов достигается при концентрации Н2S04 в реакционной пуль­пе равной 5—10%. В практических условиях применяют кисло­ту с начальной концентрацией 68,5—69,5% Н2S04. При непре­рывном ведении процесса разложения серную кислоту вводят в постоянный объем реакционной пульпы, содержащей в жидкой фазе фосфорную кислоту. В этих условиях серная кислота сразу же разбавляется примерно до 30%, что приближается к оптимальной концентрации. Применение серной кислоты более низкой концентрации недопустимо, так как с кислотой будет вводиться слишком много воды. В результате может образо­ваться влажный мажущийся суперфосфат или, вообще, несхватывающаяся пульпа.

Скорость разложения фосфатов увеличивается с ростом тем­пературы. Повышение температуры способствует также более интенсивному выделению фторсодержащих газов и большему испарению воды, т. е. снижению влажности суперфосфата. Од­нако при очень высокой температуре ухудшаются физические свойства суперфосфата. В оптимальных условиях температура в суперфосфатной камере находится в пределах 115—120 °С. Необходимый температурный режим поддерживается за счет тепла реакции и подогрева исходной серной кислоты до 55— 65 °С.

Степень измельчения фосфата значительно влияет на ско­рость разложения. Мелкие частицы сырья разлагаются быстрее, чем крупные. Однако с повышением тонины помола фосфата увеличивается расход энергии на измельчение. В апатитовом концентрате, используемом в производстве суперфосфата, содер­жание частиц размером 160 мкм и более не должно превышать 11,5%. В перспективе намечается переход на более измельчен­ное сырье.

Большое влияние на скорость разложения фосфата в на­чальный период оказывает интенсивность и продолжительность перемешивания реагентов в смесителе. Интенсивное перемеши­вание обеспечивает однородность пульпы, снижает степень пе­ресыщения раствора в пограничном слое, что способствует об­разованию более крупных кристаллов сульфата кальция и, сле­довательно, более проницаемых пленок на зернах фосфата. Это, в свою очередь, ускоряет разложение. Чтобы избежать затвер­девания реакционной пульпы в смесителях, продолжительность перемешивания должна быть не более 5—7 мин.

Разложение фтор апатита серной кислотой сопровождается побочными реакциями. Нефелин, присутствующий в апатитовом концентрате в. качестве примеси, разлагается одновременно с фторапатитом по следующему уравнению суммарной реакции:

Читайте также:  Сорт клубники сенсация отзывы

Выделяющийся гель кремниевой кислоты способствует схва­тыванию суперфосфата.

Природные оксиды железа разлагаются по суммарной реак­ции:

В результате разложения минеральных примесей в раствор переходят кислые однозамещенные фосфаты натрия, калия, алюминия и железа. Фторид водорода, выделяющийся при разло­жении фторапатита, легко вступает в реакцию с кремниевой кислотой, которая всегда присутствует в природных фосфатах. В результате получается газообразный тетрафторид кремния:

Поэтому в газах, выделяющихся при разложении фосфатов, фтор содержится в виде SіF4. Часть фтора остается в суперфос­фате в виде кремнефтористоводородной кислоты или ее солей, образующихся по реакциям:

Выделение из реакционной смеси газообразного SіF4, а так­же паров воды придает затвердевающему суперфосфату пори­стую структуру, что улучшает его физические свойства.

Складское дозревание суперфосфата.В суперфосфатных ка­мерах степень разложения фосфата составляет 84—87%. После складского дозревания она увеличивается до 90—95%. Чтобы ускорить процесс разложения фосфата на складе, суперфосфат охлаждают до 30—50 °С распылением и перелопачиванием. При охлаждении происходит кристаллизация Са(Н2Р04)2•Н2О из жидкой фазы, за счет чего увеличивается концентрация Н3Р04 в растворе и разложение фосфата ускоряется.

Нейтрализация.Дозревший суперфосфат имеет высокую кис­лотность. Он содержит до 5,5 % свободного Р2О5.Для улучшения качества суперфосфат нейтрализуют твердыми добавками. Чаще всего для нейтрализации применяют известняк или мел, а также доломит, фосфоритную муку, обесфторенные фосфаты и др.

При нейтрализации" свободной фосфорной кислоты добавка­ми, содержащими кальций, образуется монокальцийфосфат:

После нейтрализации увеличивается содержание твердой фа­зы в суперфосфате и улучшаются его физические свойства.

Нельзя допускать избытка нейтрализующих добавок. Это приводит к образованию неусвояемого трикальцийфосфата и, следовательно, к потере водорастворимого Р2О5 (процесс ретро-градации) :

Технологическая схема.

Простой суперфосфат получают непрерывным способом с использованием кольцевой вращающейся камеры. На рис. 1 изображена технологическая схема производства про­стого суперфосфата, включая стадии складского дозревания, . нейтрализации и гранулирования.

Рис. 1. Технологическая схема получения простого гранулированного су­перфосфата:

1 — напорный бак; 2— кислотный смеситель; 3—щелевой расходомер; 4 — бункер; 5 — весовой дозатор; 6 — шнековый смеситель; 7 — суперфосфатная камера; 8 — центральная (разгрузочная) труба; 9 — фрезер; 10, 14, 17, 20 — транспортеры; 11 — разбрасыватель", 12 — грейферный кран; 13 — бункер для вызревшего суперфосфата; 15, 19 — грохоты; 16, 26 — валковые дробилки; 18 — бункер для нейтрализованного суперфосфата; 21 — холо­дильник; 22 — элеватор; 23 — барабанный гранулятор; 24 — топка; 25 — барабанная су­шилка.

Серную кислоту, подогретую до 55—65 °С, из напорного ба­ка 1 направляют в кислотный смеситель 2, где разбавляют во­дой до 68—68,5% Н2S04. Через щелевой расходомер 3серную кислоту непрерывно дозируют в смеситель 6,где в течение не­скольких минут смешивают с апатитовым концентратом, посту­пающим на бункера 4 через весовой дозатор 5.Образующаяся при смешении густая сметанообразная пульпа при температуре110—115°С непрерывно поступает в суперфосфатную камеру7. Здесь продолжается начавшаяся в смесителе реакция разложе­ния фосфата серной кислотой. После затвердевания суперфос­фатную массу вырезают ножами фрезера 9.Срезанный супер­фосфат через центральную разгрузочную трубу 8удаляют и камеры и ленточным транспортером 10подают на склад. С транспортера суперфосфат попадает на разбрасыватель 11 разбивающий комки суперфосфата. При этом часть влаги испа­ряется и суперфосфат охлаждается.

Отходящие из камеры фторсодержащие газы поступают на очистку в абсорбционные камеры, орошаемые водой или раз­бавленной кремнефтористоводородной кислотой. При циркуля­ции в камерах получается 8—10%-ный раствор Н2SіF6, кото­рый отводят на переработку.

Суперфосфат выдерживают на складах в течение 5—20 сут, где он хранится в кучах высотой 6—10 м. В течение этого вре­мени с помощью грейферного крана 12суперфосфат 2—3 раза перелопачивают для охлаждения.

Вызревший суперфосфат смешивают с сухим молотым изве­стняком для нейтрализации, отсеивают от крупных частиц на грохоте 15и измельчают в валковой дробилке 16.Затем в ба­рабанном грануляторе 23порошкообразный суперфосфат сме­шивают с ретуром, увлажняют до 13—17%-ной влажности и при вращении барабана окатывают в гранулы округлой формы. Для увеличения прочности гранул процесс грануляции можно проводить в присутствии пара при температуре 60—75 °С.

Влажные гранулы сушат в прямоточной барабанной сушил­ке 25.Температура топочных газов на входе 600—650 °С, на выходе ПО—120 °С. Высушенный продукт классифицируют на виброгрохоте 19. Фракция с размером гранул 1—4 мм является товарным продуктом. Его охлаждают в аппарате КС 21 и по­дают на затаривание. Мелкую фракцию направляют на грану­ляцию, а крупную измельчают в дробилке 26и возвращают элеватором 22на грохот.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector