Исследование физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АММОНИЗИРОВАННОЙ НИТРО-КАЛЬЦИЙ ФОСФАТНОЙ СПИРТОВОЙ ПУЛЬПЫ

Хошимханова Мухайё Абраловна

ассистент кафедры химической технологии Ташкентского государственного технического

университета им. Ислама Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Исмаилова Гулнора Исроиловна

старший преподаватель кафедры химической технологии Наманганского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Наманган

Дехканов Зулфикахар Киргизбаевич

доктор техн. наук,профессор кафедры химической технологии Наманганского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Наманган

Арипов Хайруллахан Шукурулаевич

канд. хим. наук, доцент кафедры химической технологии Наманганского инженерно-технологического института, Республика Узбекистан, г. Наманган

STUDY OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF AMMONIZED NITRO-CALCIUM

PHOSPHATE ALCOHOL PULP

Xoshimxanova Muhayyo Abralovna

assistant of Department Chemical Technology of the Tashkent State Technical University named by Islom Karimov

Republic of Uzbekistan, Tashkent

Ismailova Gulnora Isroilovna

Senior Lecturer of the Department of Chemical Technology, Namangan Engineering and Texnology Institute,

Republic of Uzbekistan, Namangan

Dexkanov Zulfikaxar Kirgizbayevich

doctor of Technical Sciences (DSc), professor of the Department of Chemical Technology,

Namangan Engineering and Technology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan

Aripov Khayrullakhan Shukurulaevich

candidate of Science, associate Professor of the Department of Chemical technology,

Namangan Engineering and Texnology Institute, Republic of Uzbekistan, Namangan

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты физико-химических исследований аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы. Предложено использование ленточного вакуумного фильтра в производстве фосфорных удобрений на основе фосфоритов месторождения Центральных Кызылкумов.

ABSTRACT

The results of physicochemical studies of ammoniated nitro-calcium phosphate alcoholic pulp are presented. The use of a belt vacuum filter in the production of phosphate fertilizers based on phosphorites of the Central Kyzylkum deposit is proposed.

Библиографическое описание: Хошимханова М.А., Исмоилова Г.И., Дехканов З.К. Исследование физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций-фосфатной спиртовой пульпы // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 4(70). URL: http://7universum. com/ru/nature/archive/item/9168

Ключевые слова: фосфорные удобрения, фосфориты, обогащение, этанол, аммонизированная нитро -кальций фосфатная спиртовая пульпа, физико-химические свойства.

Keywords: phosphorus fertilizers, phosphorites, enrichment, ethanol, ammoniazed nitro-calcium phosphate alcohol pulp, physiochemical properties.

Введение. В Республике Узбекистан основным сырьём для производства фосфорных удобрений является месторождение фосфоритов, расположенное в регионе Центральных Кызылкумах. Однако, вследствие низкого содержания фосфора, большого значения кальциевого модуля и высокого содержания карбонатов фосфориты данного месторождения являются практически непригодными для кислотной переработки с целью получения концентрированных фосфорсодержащих удобрений. Например, усредненная проба фосфоритов Джерой-Сардаринского месторождения содержит (вес. %): 16,2 Р2О5; 46,2 СаО; СаО:Р2О5=2,85; 17,7 СО2; 0,6 ЫяО; 2,9 (Л12Оз+Ре2Оэ); 1,5 (КО+^О); 2,65 8Оэ; 1,94 Б; 0,1 С1 и 7,8 нерастворимого остатка. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, посвя-щённые разработке новых методов обогащения низкосортных фосфоритов.

Фосфорные удобрения производят, в основном, по технологии с использованием процесса термического обогащения фосфоритов на основе термоконцентрата, которая предусматривает большие энергетические расходы. Предлагаемая в работе технология посвящена проблеме получения фосфоконцентрата путём химического обогащения.

Авторами [1] разработан способ химического обогащения высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов, заключающийся в обработке фосфатного сырья азотной кислотой, но, в отличие от работы [2], растворимые соединения выщелачиваются не водой, а этиловым спиртом (ЭС). Благодаря хорошей растворимости Са(МОз)2 в этаноле, эти вещества почти полностью переходят в жидкую фазу, что позволяет максимально снизить значение кальциевого модуля в фосфоконцентрате. Особенностью предлагаемого метода является простота схемы регенерации расходуемого экстрагента - этанола, позволяющего получить концентрированный раствор Са(МОз)2, легко перерабатываемый в твёрдое азотно-кальциевое удобрение, либо конвертируемое с помощью (КЩЬСОз в (^Шз и мел [3].

При декарбонизации карбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов НМОз протекает следующая реакция:

СаСОз + 2НШз^ Са(ШзЬ + Н2О + СО2

Однако, при извлечении СаСОз из фосфатного сырья НМОз, хотя в меньшей степени, происходит и разложение его фосфатного минерала с образованием водорастворимого монокальцийфосфата, переходящего в жидкую фазу по реакции:

2Са5Б(РО4)з + 14НШз ^ зСа(НРО4)2 + 7Са(Шз)2 + 2НБ

Чем больше берется кислоты для обогащения, тем полнее происходит разложение фосфатного минерала, что существенно снижает выход и содержание Р2О5 в фосфоконцентрате.

С целью предотвращения потерь Р2О5 в жидкую фазу, прежде, чем разделить нитро-кальций фосфатную спиртовую суспензию на жидкую и твердую фазы, предлагается нейтрализовать её аммиаком до значения рН=3. В процессе аммонизации происходит взаимодействие между монофосфатом, нитратом кальция и аммиаком, в результате чего образуется дикальцийфосфат и нитрат аммония по реакции:

Са(Н2РО4)2 + Са(Шз)2 + 21Жз = 2СаНРО4 + 2КН4Шз

Образующийся при этом дикальцийфосфат выпадает в осадок и, таким образом, практически весь фосфор остаётся в составе фосфоконцентрата. Это даёт возможность использовать для обогащения фосфатного сырья более высокую норму НМОз, и тем самым, значительно снизить значение кальциевого модуля. Чем ниже кальциевый модуль (СаО:Р2О5) в фосфоконцентрате, тем меньше требуется Н28О4 при его экстракции и тем в меньшем количестве образуется фосфогипс, отправляемый в отвал.

Сущность метода обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов, приведённого в работах [47], заключается в использовании более концентрированной (57-59%) НМОз. Данный процесс включает следующие стадии: обработка фосфоритов 57% НМОз в количестве 40-50% от стехиометрически необходимого на разложение СаО в течение 1015 мин. с последующей репульпацией циркулирующим раствором, содержащим 5-25% Са(МОз)2, при массовом отношении фосфатного сырья к раствору Са(МОз)2, равным 1:(з-5); отстаивание образующейся нитрофосфатной суспензии в течение 5-10 мин., промывка осадка водой и сушка продукта. Показано, что обогащение фосфоритовой муки состава (вес. %): 17,52 Р2О5; 47,53 СаО; 15,23 СО2; СаО:Р2О5=2,71 при найденных оптимальных условиях ведения процесса при норме НМОз 40-50% на разложение СаО в фосфатном сырье от стехиометрии, рН=3 нитрокальций-фосфатной пульпы и весовом соотношении ФС:ЭС, равным 1:(3-5), позволило получить образцы фоскон-центрата состава (вес. %): для нормы 40% НМОз -24,15-24,28 Р2Озобщ.; 1з,61-13,75 Р2О5усв. по лимонной кислоте; 9,60-9,83 Р2Озусв. по трилону Б; 40,28-40,з9 СаОобщ.; 17,зз-17,50 СаОусв.; 2,00-2,10 СаОводн.; з,92-4,11 СО2; СаО:Р2О5=1,65-1,67; а для нормы 50% НШз -25,88-26,20 Р2Озобщ.; 15,42-15,69 Р2Озусв. по лимонной кислоте; 11,56-11,77 Р2О5усв. по трилону Б; з8,25-38,71 СаОобщ.; 19,04-19,16 СаОусв.; 2,28-2,32 СаОводн.; 2,80-3,01 СО2; СаО:Р2О5=1,46-1,49. Жидкая фаза нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы

представляет собой раствор, состоящий из Са(М0э)2 с небольшим количеством КНфЫОз и этанола. Последний легко отгоняется и затем возвращается в технологический цикл. После отгонки спирта получается концентрированный нитроаммонийно-кальциевый раствор (НАКР), содержащий соли Са(Шз)2 и N^N03.

Целью настоящей работы являлось изучение физико-химических свойств аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы перед её фильтрацией, а также исследование влияния различных параметров на кинетику процесса её осветления.

Объекты и методы исследования. Объектом иссследования служила аммонизированная нитро-кальций фосфатная спиртовая пульпа. В работе для разделения пульпы использован метод отстаивания, изучена кинетика данного процесса. Плотность пульпы определяли пикнометрическим методом, а вязкость - с помощью вискозиметра ВПЖ-2 с диаметром капилляра 0,99 мм.

Результаты и их обсуждение. Проведено изучение зависимости реологических свойств нитро-каль-ций фосфатной спиртовой суспензии в от нормы HN0з, соотношения ФС:ЭС и температуры (табл.1).

Как видно из табл.1, с увеличением нормы HN03, температуры и возрастанием содержания этанола снижается плотность и вязкость пульпы. Например, при соотношении ФС:ЭС=1:3 и температуре 20°С с увеличением нормы HN03 от 40 до 50% от стехиометрии плотность и вязкость пульпы уменьшаются от значения 1,292 до 0,982 г/см3 и от 5,39 до 3,57 сПз.

Увеличение температуры также способствовало снижению плотности и вязкости пульпы. Увеличение массовой доли спирта при ФС:ЭС от 1:3 до 1:5 оказывает существенное влияние на уменьшение вязкости и плотности аммонизированной нитро-кальций фосфатной спиртовой пульпы. При всех изучаемых параметрах пульпа оставалась в жидком состоянии.

Таблица 1.

Зависимость реологических свойств нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии в от нормы HNOз,

соотношения ФС:ЭС и температуры

Норма, HNOз Соотношение ФС:ЭС Плотность, г/см3 Вязкость, сПз

Температура, °C

20 30 40 50 60 20 30 40 50 60

40 1:3 1,292 1,267 1,235 1,176 1,102 5,39 5,28 5,18 5,09 4,97

1:5 1,055 1,049 1,033 1,012 0,986 3,78 3,64 3,21 2,85 2,51

50 1:3 1,251 1,227 1,203 1,155 1,085 5,24 5,12 5,01 4,93 4,81

1:5 0,982 0,975 0,970 0,961 0,954 3,57 3,43 3,08 2,53 2,23

Изучен кинетический процесс осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) в зависимости от нормы HN03 и соотношения ФС:ЭС при температуре 40оС. Продолжительность процесса осаждения суспензии регистрировали по количеству осветлённой части пульпы при 40оС. Установлено,

что в начальный период частицы быстро осаждаются, затем, после определенного времени, когда сила сопротивления среды становится равной движущей силе, частицы осаждаются равномерно и медленно с неизменной скоростью (табл. 2, рис. 1).

Таблица 2.

Зависимость степени осветления нитро кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) от нормы

HNOз и соотношения ФС:ЭC

Норма HNOз Соотношение ФС:ЭС Степень осветления НКФСС (%), при продолжительности времени, мин

5 10 15 30 45 60 90 120 240 360

40 1:3 3 7 11 17 22 28 35 38 39 40

1:5 5 13 22 29 35 40 45 49 50 51

50 1:3 3 8 13 19 24 31 38 40 41 42

1:5 6 15 24 31 38 43 48 53 55 56

£.f\

55 50 # 45 a 40 l с

а1

а

I 30 i 25 E 20 -

1 A ///

1U 5 50

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 3< Продолжительность осветления, мен

Рисунок 1. Зависимость степени осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии от соотношения ФС:ЭС и нормы азотной кислоты ФС:ЭС: а) а1 (1:3); б) б1 (1:5); нормы ИМОз, %:

а) а1

Для обеспечения непрерывности технологического процесса частицы в суспензии должны быть осаждены не менее чем на 50%. Степень осветления пульп, полученных при норме ИМО3 40-50% и соотношении ФС:ЭС=1:3 через 360 мин., составляет 4042%, а при ФС:ЭС=1:5 оно достигает значения 5156%.

Выводы. Исследованы физико-химические свойства аммонизированной нитро-кальций фосфат-

ной спиртовой пульпы в интервале различных температур. Изучен процесс осветления нитро-кальций фосфатной спиртовой суспензии (НКФСС) в зависимости от нормы ИМО3, соотношения фосфатное сырьё-этанол при температуре 40оС. Предложено использование ленточного вакуумного фильтра для растворения суспензии, образующейся в результате химической обработки фосфоритов месторождения Центральных Кызылкумов, и разделения нитро-каль-ций фосфатной спиртовой пульпы.

Список литературы:

1. Намазов Ш.С., Беглов Б.М., Сейтназаров А.Р., Дехканов З.К., Абдукодиров Э.А. Обогащение природного фосфатного сырья. // Химический журнал Казахстана. - 2017. -№2. - С. 204-226.

2. Зокиров С., Абдукодиров Э.А., Бойтураев С., Саодатов А., Эргашев О., Дехканов З.К. Кинетика регенерация спирта из нитратно-аммонийнокальциевого раствора в зависимости от температуры и давления // Научно-технический журнал Ферганского политехнического института. - 2018. - №2. - С. 83-86.

3. Турсунбоев Ф., Саодатов А.А., Дехканов З.К. Теоретический анализ регенерации спирта из нитратно-аммо-нийнокальциевого раствора с применением диаграммы растворимости четырехкомпонентной системы Ca(NO3)2-NH4NO3-C2H5OH-H2O при 70°С // Universum: Химия и биология.-2019. - № 1(55). - С. 23-26.

4. Сейтназаров А.Р., Намазов Ш.С., Дехканов З.К. Физико-химические свойства раствора кальциевой селитры

- побочного продукта азотно-кислотного обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент. - 2014. - №4. - С. 5-11.

5. Кучаров Б.Х., Намазов Ш.С., Дехканов З.К. Физико-химический анализ процесса экстракции нитрата кальция из аммонизированных растворов азотнокислотных пульп фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая технология. Контроль и управление. - Ташкент, 2015. - №6. - С. 27-32.

6. Ортикова С.С., Алимова У.К., Бадалова О.А., Намазов Ш.С. Физико-химические и товарные свойства сложных азот-сера-кальцийсодержащих удобрений // Химическая промышленность сегодня. - М.: 2017. - №5. -С. 25-29.

7. Namazov Sh. , Temirov U , Usanbayev N. Research of the Process of Obtaining Organo-Mineral Fertilizer Based on Nitrogen Acid Decomposition of Non-Conditional Phosphorites of Central Kyzylkumes and Poultry Cultivion Waste. // International Journal of Innovative Technology and Expoloring Engineering (IJITEE). - 2019. - Vol.8. - Issue 12.

- P. 2260-2265.