СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОФОСФАТА
METHOD OF PRODUCTION OF THERMOPHOSPHATE

Изобретение относится к способу получения термофосфатов из фосфатного сырья путем его термообработки в смеси с натрийсодержащими соединениями. Изобретение может использоваться для получения фосфорного удобрения с лимоннорастворимой формой фосфатов. Удобрение пригодно для применения в сельском хозяйстве для всех видов сельскохозяйственных культур, одновременно оно является нейтрализатором кислотности почв.
2
5
2
3
2
5
2
3
2
5
2
2
5
Известен способ получения термических фосфатов [М.Е Позин. Технология минеральных удобрений. Л.: Химия, 1989. С. 202-205] путем спекания природного фосфата с содой во вращающихся печах при 1100-1200°C и последующего охлаждения, дробления и размола. Кальцинированную содудобавляют в количестве 1,0-1,25 моля на 1 моль PO (теоретическое соотношение NaCO:PO=1,33:1 моль или NaCO:PO=1:1 мас. или NaO:РО=0,58:1 мас.).
Недостатком известного способа получения термофосфата является значительный расход дефицитной кальцинированной соды и относительно высокая температура процесса.
2
5
Известен способ получения термических фосфатов [В.Н. Кочетков. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. М.: Химия, 1982. С. 95] путем спекания измельченных природных фосфатов с щелочными солями и минералами (сода, поташ, сульфаты и бисульфаты натрия и калия, нефелин, лейциты) во вращающихся печах при 1100-1250°C и последующего охлаждения, дробления и размола клинкера до частиц размером 0,15 мм. Смесь апатитового концентрата (100 масс. ч.), сульфата натрия (60 масс, ч.) и углерода (30 масс, ч.) спекают в течение 30 мин. При этом PO фосфатного сырья на 85-90% превращается в лимоннорастворимую форму.
Недостатком известного способа является значительный расход дефицитного сульфата натрия и относительно высокая температура процесса.
2
2
5
2
5
Известен способ получения термофосфатов [А.с СССР №1673573. Способ получения термофосфатов, опубл. 30.08.91], включающий смешение фосфатного сырья, фосфорной кислоты и соединения, содержащего щелочной металл, с последующим спеканием полученной смеси при 900-1300°C, охлаждением и измельчением продукта, при этом используют кремнефтористый натрий в количестве, обеспечивающем в смеси компонентов молярное отношение NaO:PO=0,3-0,53 моль, причем кремнефтористый натрий предварительно репульпируют в растворе фосфорной кислоты до перехода 5-20% вводимого с кремнефтористым натрием кремния в активную форму диоксида кремния. Способ способствует интенсификации процесса за счет снижения времени перехода PO фосфатов в лимоннорастворимую форму.
Недостатком известного способа получения термофосфата является сложность технологии, использование фосфорной кислоты и кремнефтористого натрия - дефицитных и дорогих компонентов, усиленное выделение фтористых соединений в ходе процесса спекания.
2
5лим
2
5общ
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения термофосфатов из низкокачественного фосфоритного сырья [P.X. Хузиахметов, Р.А. Хайдаров, А. М. Губайдуллина. Термическая переработка низкокачественных фосфоритов различных месторождений на фосфорные удобрения / Вестник Казанского технологического университета. 2009. №6. С. 106-112], включающий смешение его с натрийсодержащим соединением с последующим спеканием полученной смеси при 900-1000°C в течение не менее 30 минут, охлаждением и измельчением продукта, при этом в качестве натрийсодержащего соединения берут кальцинированную соду, взятую в количестве 30% от массы фосфорита. Способ позволяет получить термофосфаты, содержащие до 95% усвояемых фосфатов в лимоннорастворимой форме (PO) от их общего содержания (PO).
Недостатком известного способа является использование дефицитной кальцинированной соды.
Целью настоящего изобретения является расширение ассортимента реагентной базы производства термофосфатов и разработка способа, обеспечивающего получение высококачественных фосфорных удобрений.
2
3
2
4
2
2
5
2
3
2
4
2
3
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получения термофосфатов из измельченного низкокачественного фосфоритного сырья, включающем смешение его с натрийсодержащим соединением с последующим спеканием полученной смеси при 900-1000°C в течение 30 минут, охлаждением и измельчением продукта, при этом в качестве натрийсодержащего соединения берут смесь карбоната и сульфата натрия в массовом соотношении NaCO:NaSO, равном 1:2,5-4; с введением в смесь натрийсодержащих соединений углерода в количестве 25-40% от массы сульфата натрия. Смесь карбоната и сульфата натрия вводится на стадии смешениия в количестве, обеспечивающее массовое соотношение NaO/PO, равное 1,0-1,1:1. Возможно использование в качестве смеси карбоната и сульфата натрия отхода глиноземного производства, содержащего 21% NaCO, 76-78% NaSO и 1-3% AlO.
Для получения термофосфатов, как правило, используются низкокачественные фосфориты, непригодные для кислотной переработки из-за содержания значительных количества примесей, как окислы железа и алюминия, кремния, магния и других.
5
4
3
4
3
2
При термической обработке низкокачественного фосфоритного сырья в присутствии щелочных натрийсодержащих соединений протекает замещение одной молекулы оксида кальция СаО в молекуле фторапатита CaF(PO) или в трикальцийфосфате Са(PO)) на NaO:
2
4
2
2
5
2
Избыток примеси SiO фосфорита взаимодействует с CaNaPO с образованием различных соединений, например CaO·NaO·PO·SiO. Данные соединения растворимы в лимонной кислоте и усваиваются растениями.
Предлагаемый способ иллюстрируется примерами 1 и 2. В качестве фосфоритного сырья использован фосфорит Вятско-Камского месторождения.
2
5общ
2
5лим
2
3
2
4
2
5
2
2
2
5
2
5
2
5
2
5лим
2
5общ
Пример 1. Смешивают 10 г предварительно измельченного до размера частиц не более 0,2 мм Вятско-Камского фосфорита (PO=21%, PO=4%) с смесью, состоящей из 1,2 г карбоната натрия, 3,3 г сульфата натрия и 1 г углерода. В смеси массовое соотношение NaCO:NaSO равно 1:2,8, а количество углерода составляет 30% от массы сульфата натрия. С фосфоритом на стадии смешения вводится 2,1 г фосфатов в пересчете на РО, а смесь натрийсодержащих соединений - 2,14 г NaO. Массовое соотношение NaO/POравно 1,02:1. Полученная шихта спекается при 950°C в течение 30 минут, охлаждается и подвергается измельчению. Получают 12,5 г термофосфата, который характеризуется содержанием 19% общих фосфатов в пересчете на PO, 17,1% усвояемых фосфатов в лимоннорастворимой форме в пересчете на PO. Усвояемые фосфаты (PO) составляют 90% от РО.
2
5общ
2
5лим
2
3
2
3
2
4
2
5
2
2
2
5
2
5
2
5общ
2
5
2
5усв
2
5общ
Пример 2. Смешивают 10 г измельченного до размера не более 0,2 мм Вятско-Камского фосфорита (РО=21%, PO=4%) с 5,0 г отхода глиноземного производства, состоящего из 21% карбоната натрия и 76% сульфата натрия, 1,9% AlO (остальное - влага) и 1,5 г углерода. В отходе массовое соотношение NaCO:NaSO равно 1:3,6, а количество углерода составляет 40% от массы сульфата натрия. С фосфоритом на стадии смешения вводится 2,1 г фосфатов в пересчете на РО, а смесь натрийсодержащих соединений - 2,27 г NaO. Массовое соотношение NaO/РО равно 1,1:1. Полученная шихта спекается при 950°C в течение 30 минут, охлаждается и подвергается измельчению. Получают 12,8 г термофосфата, который характеризуется содержанием 18,9% общих фосфатов в пересчете на РО (PO), 18,5% усвояемых фосфатов в лимоннорастворимой форме в пересчете на РО (PO). Усвояемые фосфаты составляют 98% от РО.
Целесообразность выбранных пределов процесса приведена в таблице 1.
2
3
2
4
2
3
2
4
Снижение содержания сульфата натрия в смеси натрийсодержащих солей, чем соотношение NaCO:NaSO, равное 1:2,5, приводит к некоторому понижению содержания усвояемых фосфатов в целевом продукте (опыт 1, таблица 1). Также увеличение содержания сульфата натрия в смеси натрийсодержащих соединений больше, чем массовое соотношение NaCO:NaSO, равное 1:4, приводит к снижению перехода фосфатов в усвояемую форму (опыт 4, табл. 1).
Оптимальным является введение в смесь натрийсодержащих соединений углерода в количестве 25-40% от массы сульфата натрия. Данное количество углерода обеспечивает полное протекание реакции замещения. Снижение расхода углерода меньше чем 25% от массы сульфата натрия приводит к уменьшению перехода фосфатов в усвояемую форму (опыт 5). Повышение расхода углерода больше чем 40% от массы сульфата натрия приводит также к снижению содержания усвояемых фосфатов в готовом продукте (опыт 6).
2
3
2
4
2
2
5
2
2
5
Экспериментально установлено, что эффективный перевод фосфатов фосфоритного сырья в усвояемую форму достигается при расходе смеси карбоната и сульфата натрия (в оптимальном соотношении NaCO:NaSO, равном 1:2,5-4) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение NaО/PO в пределах 1,0-1,1:1. Снижение расхода смеси натрийсодержащих соединений меньше, чем массовое соотношение NaO/PO, равное 1,0:1, не обеспечивает полноту перевода фосфатов фосфатного сырья в усвояемую форму (опыт 7), а повышение расхода смеси натрийсодержащих соединений выше оптимального приводит перерасходу сырья, а также к снижению концентрации усвояемых фосфатов за счет повышенного присутствия натрийсодержащих солей (опыт 8).
Предлагаемый способ обеспечивает получение термофосфата высокого качества за счет содержания усвояемых фосфатов в лимоннорастворимой форме, а также позволяет расширить реагентную базу производства термофосфатов.