Пост опубликован: 16.08.2012

Суперфосфат

Целью производства является превращение Са3(Р04)2 природного фосфата в усвояемую форму. Этого достигают, обрабатывая тонкоизмельченный фосфорит или апатитовый концентрат 1 серной кислотой. Процесс протекает в две стадии: 1) при смешении муки с серной кислотой образуется фосфорная кислота I и полугидрат сульфата кальция, 2) образовавшаяся фосфорная кислота, реагируя с сырья, дает гидрат. Полугидрат сульфата кальция при этом превращается в ангидрит. В результате кристаллизации сульфата кальция и вся масса затвердевает. Обе стадии процесса можно изобразить следующими реакциями:
Примеси сырья: фториды, карбонаты, окислы железа, алюминия и др. также реагируют с серной кислотой. При разложении карбонатов выделяется С02, создающая пористую структуру суперфосфата. Окислы и соли железа и алюминия, реагируя с фосфорной кислотой, образуют фосфаты в которых P2Os находятся в плохо усвояемой форме.
Разложение силикатов серной кислотой дает кремневую кислоту, образующую с выделяющимся, а затем H2SiF6. Последний уходит из сферы реакции, CaS04 остается в продукте, поэтому концентрация Р205 в суперфосфате меньше, чем |-в сырье. Так, из фосфоритов (30% Р205) получается суперфосфат с 13-14% Р205, а из апатитового концентрата (39,5% Р205) суперфосфате 18-20% Р205.
Применяемая серная кислота имеет концентрацию 65-68% при расходе ее от 680 до 720 кг на 1 т сырья. Расчет ведется по данным анализа сырья, в соответствии со стехиометрическим соотношением для указанных выше реакций.
Для ускорения процесса серную кислоту берут обычно с избытком. Поэтому, а также в связи с тем, что фосфорная кислота не успевает до конца прореагировать с апатитом, в готовом продукте содержится свободная фосфорная кислота (5-5,5%) до 12% воды.
Кроме химических процессов, в системе протекают и важные физические процессы. Удобрение должно быть рассыпчатым, без комков, не мажущимся, не гигроскопичным, не слеживающимся — тогда оно легко поддается рассеву на полях. Физические свойства суперфосфата ухудшаются с повышением содержания кислоты и влаги.
Очень важны условия, в которых осуществляется первичный процесс смешения фосфоритной муки и серной кислоты. Здесь играет роль тонина помола муки (не больше 15% частиц размером более 0,15 мм), концентрация и температура (55°-70°С) серной кислоты, интенсивность и длительность перемешивания, конструкция аппарата. Все эти условия уточняются применительно к виду сырья. При выбранном режиме все показатели его должны соблюдаться очень строго. Этому способствует в значительной мере автоматизация контроля и регулирования процесса.
Правильную структуру суперфосфат получает в процессе созревания. При этом образуются сростки кристаллов Са(НгР04)2 Н2О, происходит схватывание суперфосфатного теста и затвердевание его в рыхлый конгломерат. Процессы дозревания суперфосфата продолжаются и на складе. Таким образом, технологический процесс производства суперфосфата состоит из следующих процессов: 1) смешение тонкоизмельченного порошка фосфоритной муки с серной кислотой, 2) созревание суперфосфата, 3) вырезка суперфосфата и 4) дозревание на складе.
На построенных ранее суперфосфатных заводах периодического процесса осуществляют модернизацию, заменяя аппараты периодического действия непрерывными и т. д. Все новые заводы работают по непрерывному способу.
Показана схема непрерывного производства. Сырье — фосфатная мука (апатитовая или фосфоритная) с помощью ленточного транспортера 1 поступает в бункер 2, из которого через шнек 3, элеватор 4 и шнеки 5-6 идет в бункер дозатора 7 и на весовой ленточный дозатор 8.
Серная кислота насосом 14 подается из сборника 13 в мерник 15, где подогревается паром и в смесителе 16 смешивается с водой из бака 17. Пройдя сепаратор 18 (где отделяются окислы азота), кислотомер 19 (здесь определяется концентрация кислоты) и расходомер 20, кислота направляется в смеситель. Сюда же поступает сырье из дозатора 8; шнеком 9 избыток сырья ссыпается через -12 обратно в приемник элеватора 4. Смеситель непрерывного действия имеет три мешалки. Его работа в значительной степени определяет качество продукта. Важную роль играет то обстоятельство, что компоненты попадают в пульпу, где уже протекает процесс взаимодействия сырья с серной кислотой. Это мешает образованию корок на частицах сырья и ускоряет процесс. Смешение продолжается 5-7 мин, после чего пульпа идет в камеру непрерывного действия 21. Из камеры затвердевшая масса вырезается фрезером (каруселью) 22 и транспортером 23 подается к разбрасывателю 24, который направляет ее на склад. Здесь в течение 10-15 дней продолжается дозревание суперфосфата. За это время его несколько раз перелопачивают, а в конце смешивают с нейтрализующими добавками (костяная мука, фосфорит и др.).
Пары и газы, выделяющиеся при взаимодействии сырья с серной кислотой, отводятся из камеры по трубопроводу 25 на «переработку.
В основном аппарате — камере сочетаются два процесса: созревание и вырезка. Аппарат состоит из железобетонного цилиндра со стальным кожухом, выложенным изнутри .диабазовыми плитками; цилиндр вращается на роликах, делая .за 2-2,5 ч один оборот вокруг чугунной неподвижной трубы 2.
Камера покрыта неподвижной крышкой с подвешенной к ней I вертикальной чугунной перегородкой 3, которая отделяет зону «загрузки пульпы от зоны выгрузки продукта. Со стороны выгрузки имеется фрезер (карусель) 4 с ножами 5 для вырезки суперфосфата, фрезер делает восемь-десять оборотов в минуту в направлении, противоположном вращению камеры. Из 6 подается смесь фосфатной муки и серной кислоты, которая во время вращения камеры схватывается, твердеет и подходит к фрезе; вырезанный продукт по трубе направляется вниз, на транспортер, отводящий материал на склад. Эксцентрик 2 создает у центральной трубы свободный объем для расширяющейся I массы. Газы и пары через крышку отсасываются вентилятором.
При размерах камеры L = 7,1 м и Н = 2,5 м производительность при одном обороте за 2,5 ч составляет 30 г продукта в час ни больше.
На одну тонну экспедиционного суперфосфата расходуется ; 0,532 т апатитового концентрата и 0,362 т 100%-ной H2SO4. Прогресс в производстве суперфосфата, связанный с переходом па ускоренную и непрерывную работу, привел к значительной интенсификации производства: с 1 м3 камер при периодическом процессе получается 85 кг продукта в час, при ускорении перемешивания и вызревания — 364 кг, а при непрерывном способе — 1820 кг и больше.
Грануляция суперфосфата. Большое значение имеет грануляция удобрений. Гранулированное удобрение меньше слеживается, легко и равномерно рассеивается в поле рядовыми сеялками, меньше теряется при загрузке, выгрузке, транспортировке и рассеивании, полнее используется растениями. Грануляция сопровождается сушкой, в связи с чем гранулы содержат меньше влаги и больше питательных веществ. Питательные элементы гранул переходят в почвенные растворы с меньшей скоростью и равномернее, поэтому действуют они дольше. Кроме того, при грануляции легко вводить добавки, уменьшающие кислотность, микроудобрения и др.
Процесс грануляции суперфосфата проводится так. Суперфосфат с нейтрализующей добавкой подается на вальцы для измельчения и смешения. Затем масса поступает в гранулятор — вращающийся барабан, где увлажненная до содержания примерно 16% воды масса закатывается в гранулы, которые сушатся топочными газами при температуре не выше 85° С, во избежание образования мета- и пирофосфата. После охлаждения гранулы рассеиваются на фракции. Фракция размером 2-4 мм выдается как продукт.
Улучшенный описанными приемами суперфосфат является удобрением, так как в нем содержится всего около 20% полезного Р2О5, прочее — балласт. Такой простой (одинарный) суперфосфат заменяют более концентрированными удобрениями.
Поскольку в суперфосфате основной балласт — это, коренного улучшения можно достичь путем его удаления. Радикальным мероприятием является обработка природного фосфата фосфорной кислотой, действие которой протекает по реакции
Экстракторы снабжены, мешалками, отводами для выделяющихся газов (HF, С02). В них подают воздух для перемешивания и охлаждения, чтобы обеспечить получение хорошо фильтруемых кристаллов гипса. Стекающий из секции фильтра раствор Н3РО4 уходит как продукт, а осадок промывается в следующих секциях и удаляется в отход. Часть полученной кислоты после осветления в отстойнике может поступать на выпаривание в вакуум-выпарной аппарат, где получается кислота, имеющая концентрацию 55-65% Р2О5.
Находят применение также концентраторы, аналогичные употребляемым при упаривании серной кислоты: барабанные и горения. Выход Н3Р04 доходит до 94-96%. На 1 т Р2О5 получается 1,3-1,6 т отхода — можно применять как строительный материал, для производства (NH4)2S04 и т. д.
Фосфорная кислота, особенно горячая, сильно конструкционные материалы, используемые в химической промышленности.
Ввиду того, что фосфорная кислота разрушает не только металлические, но и силикатные материалы, приходится применять Специальные стали, свинец и др. Так, выпарные аппараты изготовляются из нержавеющей стали; материалом для баков часто служит дерево, выложенное свинцом; экстракторы делают, футерованные кислотостойкими диабазовыми или керамическими плитами на полиизобутилене, углеродистые, используются также резина и различные пластмассы. выполняется из резины с прокладками синтетической ткани .
В заключение добавим, что для получения чистой экстракционной фосфорной кислоты следует удалить, имеющиеся в природных фосфатах. К примесям относятся соединения редких элементов группы, лантанидов, ванадия, урана, которые можно выделить и использовать. Получение фосфора электротермическим методом и фосфорной кислоты из него описаны далее.

/> />

Читайте так же:

    Комментарии запрещены.