СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНО-КАЛИЙНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING GRANULAR POTASSIUM PHOSPHATE FERTILISER

Изобретение относится к способу получения гранулированного сложного удобрения, содержащего фосфор и калий, широко используемого в сельском хозяйстве.
Известны многочисленные способы получения монокальцийфосфата и дикальцийфосфата, которые получают взаимодействием фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом, гранулирования полученной смеси и сушку готового продукта. В качестве кальцийсодержащего компонента берут карбонат кальция или известь. По различным технологиям получают или монокальцийфосфат, или дикальцийфосфат, которые используют в качестве кормовых средств и минеральных удобрений (см., например, АС СССР №146373, кл. С01В 25732, 1989 г., АС СССР №981300, кл. С05В 3/00, 1982 г., АС СССР №1169941, кл. С01В 25/32, 1985 г., патент РФ №2256607, кл. С01В 25/32, патент №2411222, кл. С05В 25/32, 2010 г.)
В связи с тем, что за последние десятилетия резко сократилось потребление удобрений, содержащих калий по всем экономическим районам, в том числе и традиционно считающимися районами высокой эффективности их применения, потребность в них резко возросла.
Были предприняты попытки получить на основании монокальцийфосфата и дикальцийфосфата гранулированное фосфорно-калийное удобрение. Однако они не увенчались успехом. В процессе гранулирования не удается получить частицы с размером более 2 мм и они обладают малой прочностью.
Были проанализированы другие известные методы получения фосфорно-калийных удобрений.
2
5
2
Известен способ производства дегидратированного фосфорно-калийного удобрения, по которому апатитовый концентрат разлагают в смесителе серной кислотой в присутствии KCl. Пульпа затвердевает в камере, откуда продукт вырезается и затем гранулируется вместе с ретуром. Гранулы прокаливаются при 300°С, получают продукт, содержащий 18% PO и 12-17% KO.
Недостатком способа является сложность технологического процесса: необходимость улавливания выделяющихся HF и HCl, расход электроэнергии на сушку продукта (А.А.Соколовский «Технология минеральных удобрений», Химия. М., 1966, с.256).
2
2
5
Изучалась возможность производства калийно-фосфорного удобрения путем нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом калия. Образовавшийся раствор фосфата калия предложено обезвоживать в распылительной сушилке. Полученный продукт содержит 17-20% КО, 35-40% РО.
Недостатком способа является использование дорогого карбоната калия, получение порошкообразного продукта (А.А.Соколовский «Технология минеральных удобрений», с.255).
Также известен способ получения фосфорно-калийного удобрения путем прессования шихты из порошковидного суперфосфата и хлористого калия с последующим дроблением и классификацией.
Недостатками способами являются получение неоднородных, неправильной формы гранул, что затрудняет их внесение в почву, создавая неравномерность распределения продукта.
2
4
2
4
4
2
Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения гранулированного фосфорно-калийного удобрения (патент №2029756, кл. C05D 1/02, 1995 г.), включающий смешения фосфорно-кальциевого компонента и хлористого калия, гранулирование смеси и сушку готового продукта. По этому способу порошковидный суперфосфат (его твердая фаза состоит в основном из Са(HPO):HO, CaSO с примесью CaSO·5НО) смешивают с хлористым калием (KCl) крупностью - 0,2 мм.
Смесь подают в барабанный гранулятор, куда одновременно подают известняк в качестве нейтрализующей добавки. Смесь гранулируют методом скатывания при температуре 50-60°С и влажности 15-18% и высушивают при температуре 90°С.
3
4
Недостатками способа являются  высокое содержание свободной кислотности в гранулах удобрения  до 4% в пересчете на HPO, что ограничивает их применение.
Удобрение с высокой кислотностью можно применять только на щелочных почвах, на обычных почвах будет происходить их закисление, что приводит к снижению эффективности.
Кроме того, готовый продукт обладает сравнительно невысокой прочностью гранул (2,5-3,0 кПа), повышенной слеживаемостью (до 30 кПа) и гигроскопичностью.
Нетехнологичность процесса связана с тем, что необходимо использовать практически пылевидную фракцию KCl (0,2 мм), а также из-за того, что суперфосфат, который в настоящее время выпускается только в гранулированном виде, необходимо дробить. Такое проведение процесса потребует больших объемов дробильного и пылеочистного оборудования, что делает процесс в целом нерентабельным.
Задачей нашего изобретения являлась разработка высокотехнологичного процесса, который позволит не только упростить процесс, повысить его экологичность, но и получить готовый продукт гранулированного фосфорно-калийного удобрения с улучшенными физико-химическими показателями.
Поставленная задача решена и достигнут необходимый технический результат в предлагаемом нами способе получения гранулированного фосфорно-калийного удобрения, включающем смешение фосфорно-кальциевого компонента и хлористого калия, в котором в качестве фосфорно-кальциевого компонента берут пульпу с вязкостью 20-150 сП, полученную нейтрализацией фосфорной кислоты или ее смеси  с серной карбонатом кальция, причем соотношение реагентов и время нейтрализации поддерживают в пределах, необходимых для получения в пульпе соотношения монокальцийфосфата и дикальцийфосфата равного 1-0,3-0,5.
На стадию нейтрализации возможно подавать смесь фосфорной и серной кислоты. Это позволит без изменения физико-химических показателей продукта расширить ассортимент удобрений, т.к. для некоторых культур обязательным является введение серы в состав удобрения. При этом соотношение кислот обусловлено маркой получаемого готового продукта.
Сущность изобретения заключается в следующем.
2
4
2
4
Чтобы получаемое гранулированное удобрение отвечало требованиям, поставленным нами в задаче нашего изобретения, необходимо иметь его определенный состав и определенные физико-химические показатели гранул, таких как прочность и слеживаемость. Это зависит, прежде всего, от качества фосфорно-кальциевой пульпы, которая смешивается с хлористым калием и затем гранулируется. Такую пульпу получают путем нейтрализации фосфорной кислоты или ее смеси с серной карбонатом кальция. При этом карбонат кальция используют различного качества как чистый так и например, содержащий оксид магния и другие примеси, что естественно влияет на процесс нейтрализации. Для того чтобы достигнуть положительного результата используется пульпа определенного состава - с определенным соотношением в ней солей фосфата кальция. Это соотношение равно Са(HPO): CaHPO=1:0,3-0,5. Также эта пульпа должна иметь определенную вязкость, а именно 20-150 спз.
2
4
2
4
Предел соотношений фосфатов кальция в продукте определен по следующим причинам. При соотношении Са(HPO): CaHPO<0,3 продукт получается с низким рН (т.е. кислый), низкой прочностью гранул и высокой слеживаемостью.
2
4
2
4
2
5
При увеличении соотношения Са(HPO): CaHPO>0,5 снижается содержание в продукте водных форм PO и СаО, т.к. в продукте образуется большое количество дикальцийфосфата, который является усвояемой формой, но плохо растворимой в воде, что снижает агрохимические свойства продукта.
2
5
Принятое соотношение фосфатов кальция в продукте позволяет получать марки РК - удобрения с различным содержанием фосфора и калия, с высоким содержание легкоусвояемых водных форм PО и СаО.
Вязкость пульпы влияет на процесс гранулирования и соответственно на качество получаемого продукта.
При снижении вязкости пульпы ниже 20 сП в пульпе содержится много воды, которую приходится удалять при сушке, что снижает производительность процесса и повышает энергозатраты.
При повышении вязкости выше 150 сП пульпа загустевает при снижении температуры, что приводит к нарушению дозировки при ее подаче на грануляцию и сушку.
Получение указанного соотношения в пульпе зависит от таких факторов, как соотношение реагентов, подаваемых на стадию нейтрализации и времени нейтрализации. Данные показатели выбираются и поддерживаются в каждом отдельном случае таким образом, чтобы указанное соотношение солей в пульпе и ее вязкость соответствовала указанным заявленным показателям, необходимым для получения заявленного результата.
Предложенный способ позволяет использовать непылевидную фракцию хлористого калия, тем самым упрощая производство за счет снижения объемов оборудования отделения домола сырья и значительного уменьшения выделения пыли и соответственно сокращение оборудования для ее улавливания, при этом значительно улучшаются физико-химические и физико-механические свойства продукта. Прочность гранул увеличивается до 7,0-9,8 кПа (в прототипе 2,5-3,0).
Способ проиллюстрирован следующими примерами.
2
5
3
2
4
2
2
4
2
4
2
Пример 1. В реактор загружают 820 кг экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 25% PO и содержащей 1,06% SO; 1,28% F; 1.57% CaO; 0,38% Fe и 165,4 кг серной кислоты с концентрацией 92,5% HSO. Смесь кислот нейтрализуют при интенсивном перемешивании (для более быстрого удаления из продуктов реакции СО) карбонатом кальция, взятым в количестве 309 кг. Реакцию ведут при температуре 75°С в течение 60 мин. В результате получают пульпу с соотношением Са(HPO): CaHPO=1:0,4. В полученную пульпу с вязкостью 50 сП вводят 328 кг хлористого калия с содержанием 61,3% КО.
2
5
2
Полученная фосфатно-калийная пульпа поступает на грануляцию и сушку. Получают 1000 кг готового РК - удобрения состава: 20% PO, 20,2% КО и 5,3% S. Прочность гранул (+3 мм) - 7,5 кПа, слеживаемость продукта 2,2 кПа.
2
5
2
4
2
4
2
5
2
2
5
2
Пример 2. В реактор нейтрализации загружают 572 кг полугидратной экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 35,2%РО и содержащей 1,25% CaO; 1,5% F; 0,06% MgO; 0,48% S и нейтрализуют кислоту карбонатом кальция, взятым в количестве 198 кг при 80°С в течение 45 мин. В результате получают пульпу с соотношением Са(HPO): CaHPO=1:0,5 и вязкостью 62 сП, затем вводят 490 кг хлористого калия и 120 кг фосфогипса. Полученную пульпу подают на грануляцию и сушку. Получают 1000 кг РК - удобрения с содержанием: 20,2% PO и 30% КО (PO: KO=1:1,5). Прочность гранул - 8,8 кПа, продукт практически не слежался.
Результаты остальных опытов сведены в нижеследующей таблице.
Таблица 1
Соотношение компонентов СаО:P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
Температура, °С
Время нейтрализации, мин
Са(Н<sub>2</sub>РО<sub>4</sub>)<sub>2</sub>: CaHPO<sub>4</sub>
Вязкость пульпы, сП
рН гот.продукта
Прочность гранул, кПа
Состав продукта
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> вод., %
СаO<sub>вод</sub>, %
0,55
80
35
1: 0,26
20
3,6
5,27
17,60
14,65
0,7
85
40
1: 0,30
100
4,0
7,0
17,75
15,40
0,75
85
45
1: 0,35
108
4.2
8,2
17,23
14,80
0,85
90
50
1: 0,40
115
4,4
9,1
16,25
13,88
0,90
90
60
1: 0,50
130
4,6
9,8
15,85
13,36
0,95
95
70
1:0,8
150
5.5
9,0
12,82
11,85