Способ получения фосфорсодержащего удобрения

 

Сущность изобретения: фосфорсодержащие удобрения получают путем раздельного разложения фосфатного сырья фосфорной и серной кислотами при массовых соотношениях PzOs фосфорной кислоты ; ZCaO, MgO, R20a фосфатного сырья, равном (2,2-3,7) H2S04 Г 2 CaO, MgO, RaOs фосфатного сырья, равном (1,36- 1,42):1, с последующим смешением фосфатной и суперфосфатной пульп при их массовых соотношениях (1,5-2}:1, аммонизацией, грануляцией и сушкой. При этом интенсифицируется процесс разложения фосфатного сырья, увеличивается прочность гранул, снижается содержание азота в конечном продукте, сокращается удельный расход серной кислоты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)5 С Оо В 11/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842537/26 (22) 04.05.90 (46) 15.10.92. Бюл. М 38 (71) Алмалыкский химический завод (72) Ш.С.Намазов, М,М.Мирходжаев, Б.Д.Абдуллаев, А.В.Коростелев, У.Хамидов, Г.P.Ðèãáåðã и З.М.Турсунова (56) Авторское свидетельство СССР

М 1433953, кл, С 05 В 11/04, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N 1017697, кл. С 05 В 11/04, 1983. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ (57) Сущность изобретения; фосфорсодержащие удобрения получают путем раздельного разложения фосфатного сырья

Изобретение относится к технологии получения фосфорсодержащих удобрений.

Известен способ получения фосфорсодержащего удобрения, в котором разложение фосфатного сырья проводят частью

Э Ф К, равной 8 — 25 мас.%, вторую часть Э Ф К в количестве 75-92% аммонизируют, упаривают и направляют на нейтрализацию пол-. ученной на первой стадии фосфатной пульпы. Состав полученного аммофосфата

СлЕДУЮЩий, %: Р205о5щ 43; Р205усв 37,8;

Р205водн 29; азот 8,1.

Основными недостатками указанного способа являются высокий расход для полУчениЯ 1 т Р205усв сеРной кислоты (3,60 т), фосфатного сырья (1,31 т Р205), газообразного аммиака (0,32 т). Продукт содержит до

5,2% Р205 в неусвояемой растениями форме, а также до 8,1% азота, что делает применение такого удобрения под зябь перед фосфорной и серной кислотами при массовых соотношениях Р205 фосфорной кислоты "„ZCa0, MgO, й20з фосфатного сырья, равном (2,2 — 3,7):1 и Н2304 Z CaO, MgO, К20з фосфатного сырья, равном (1,36—

1,42):1, с последующим смешением фосфатной и суперфосфатной пульп при их массовых соотношениях (1,5 — 2):1, аммонизацией, грануляцией и сушкой. При этом интенсифицируется процесс разложения фосфатного сырья, увеличивается прочность гранул, снижается содержание азота в конечном продукте, сокращается удельный расход серной кислоты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. вспашкой нецелесообразным вследствие безвозвратных потерь азота.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфорсодержащего удобрения путем разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой в присутствии серной кислоты при массовом соотношении

Н2Я04:Р205 фосфорной кислоты, равном (0,1 — 0,5):1,0,и массовом соотношении

НЗРО(; Z(CaO, Mg0, й20з) в фосфате равном (0,9 — 2,2):1,0„c последующей аммонизацией полученной пульпы, сушкой и грануляцией продукта. Готовый продукт в зависимости от условий опытов содержит, %: Р205общ 30,4 — 39,9; Р205усв 28,2 37,4;

Р205вод 13,5-21,0; азота 4,2-5,0, Главными недостатками известного способа (прототип) являются длительность проведения процесса разложения фосфат1768566

10

55! ного сырья фосфорной кислотой в присутствии серной (до 2-х ч), относительно невысокая прочность гранул (8 — 9,5 МПа), наличие в готовом продукте 1,8-2,6 абс. % Р Ов в неусвояемой форме, относительно высокое сбдержание в готовом продукте азота (4,2 — 5,0%), подверженйого безвозвратным потерям, особенйо, прй внесении удобрения под зябь. Кроме того, прЬдукты разложения фосфатного сырья сМесью кислот обладают повышенной вязкос гью, вследстй вие чего пульпа после аммонизации не подлежит упарке перед ее су1икой, По этой причине такая пульпа содерж т максимальное количество влаги 50 — 57%, что приводит при ее переработке на фосфорсодержащее удобрение к снижению удельной производительности барабанного гранулятора-су1 шилки по готовому продукту.

В прототипе фосфатное сырье разлагают фосфорной кислотой в присутствии серной кислоты. Содержание H SO< в смеси кислот согласно прототипу составляет 2-9 мас.%, При таких условиях согласно термо-! динамическому анализу и анализу фазовой диаграммы растворимости системы СаО—

PzOg-Н О образуются дикальцийфосфат (СаНРО4) и дигидрат сульфата кальция (CaSO4 2Hz0) — гипс. Образовавшиеся ди кальцийфосфат и гипс обволакивают зерна фосфорита и создают на его поверхности шламовый покров, Этим самым значитель1 но затрудняется доступ водородных ионов фосфорной кислоты к поверхности фосфатного минерала, 1.

Кроме того, разбавление серной кислоты экстракционной фосфорной кислотой (ЭФК) до указанных выше концентраций приводит к значительному снижению активности водородных ионов самой серной кислоты. В связи с вышеизложенным процесс разложения фосфата протекает очень медленно (продолжительность стадии разложения составляет более двух часов) и не ( достигается полнота вскрытия фосфатного минерала, вследствие чего в готовом продукте содержится до 2,2 абс,% Р О в неразложенном виде.

В результате последующей аммонизации полученной пульпы вследСтвие высокого содержания в ней свободной фосфатной кислоты из-за неполноты протекания реакции разложения фосфатного сырья требуется большой расход аммиака. В связи с чем в готовом продукте после сушки аммонизированной пульпы содержится 4,2 — 5,0 мас.% азота.

Усвояемая форма Р20 в готовом продукте по прототипу в основном (70 — 90% от общего количества усвояемой Р О ) представлена в виде моноаммонийфосфата, дикальцийфосфата (5 — 20 отн.%), фосфатов магния и незначительных количеств других фосфатов, Прочность гранул готового продукта, полученного по прототипу составляет 8 — 9,5

МПа, поэтому при просеивании на ситах и дроблении продукт пылит. Выход товарной фракции составляет 80-92%.

Целью изобретения является интенсификация процесса разложения фосфатного сырья, повышение прочности гранул и уменьшение содержания азота готового продукта при одновременном сокращении удельных расходов серной кислоты и газообразного аммиака.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения фосфорсодержащего удобрения путем разложения фосфат.ого сырья фосфорной кислотой в присутствии серйол кислоты с последующей амманиэацией пульпы, сушкой и грануляцией, разложение фосфатного сырья фосфорной и серной кислотами осуществляют автономно при соотношениях PzOg фосфорной кислоты: QCa0, MgO. В Оз) фосфатного сырья (2,2 — 3,7):1; H2S04:

Z(CaO, MgO, Rz0a) = (1,36 — 1,42):1 и концентрации серной кислоты 30 — 50 мас.% Н ЯО, а образующиеся фосфатную и суперфосфатную пульпы смешивают при их массовых соотношениях 1,5:1 — 2:1.

В результате осуществления предложенного способа в 2 раза интенсифицируется процесс разложения фосфатного сырья, в 1,5-2 раза повышается прочность гранул готового удобрения, в 1,2 — 1,4 раза снижается расход аммиака и на 8 — 15 отн.% сокращается расход серной кислоты на 1 т Р О усв готового продукта, По предложенному способу при раздельном разложении фосфатного сырья фосфорной и серной кислотами разложение фосфата серной кислотой проводится при соотношениях Нг$0 : X(CaO, MgO, В20з) фосфата (1,36-1,42):1, концентрации серной кислоты 30 — 50 мас.% HzSO4 и температуре

80 — 900С.

Нижний предел соотношения H2S04, (СаО, Mg0, RzOa) обусловлен тем, что при уменьшении его меньше 1,36:1 снижается коэффициент разложения фосфатного сырья.

Верхний предел указанного соотношения 1,42:1 обусловлен тем;что при его превышении выше 1,42:1 происходит необоснованный перерасход серной кислоты, 1768566

Нижний предел концентрации серной. кислоты 30% H2$04 обусловлен тем, что при дальнейшем снижении концентрации н2$04 происходит увеличение влажности 5 пульпы, что приводит к дополнительным энергозатратам на стадии сушки готового продукта, а также снижается коэффициент разложения фосфатного сырья.

Верхний предел концентрации серной 10 кислоты 50 Н2$04 обусловлен тем, что при его п ревы шении образуется малоподвижная суперфосфатная пульпа, которая плохо перекачивается,и происходит забивка коммуникаций. Кроме того, вследствие ухудше- 15 ния ее реологических характеристик затрудняется диффузия водородных ионов серной кислоты к зернам фосфата,-что приводит к снижению степени разложения фосфатного минерала. 20

Температура 80-90 С создается за счет теплоты смешения концентрированной серной кислоты с водой, подаваемой в реактор разложения. В технологии отдельное приготовление раствора серной кислоты не по-. 25 требуется. Одновременно в реактор разложения непрерывно в необходимых массовых соотношениях через дозирующие устройства подается фосфатное сырье, серная кислота (92 — 93 О/) и вода. При продолжи- 30 тельности процесса 45-60 мин достигается наиболее высокий коэффициент разложения фосфатного сырья серной кислотой 97—

99 .

Данные по обоснованию пределов па- 35 раметров осуществления процесса разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой приведены в табл.1.

Данные, представленные втабл,1, показывают, что при увеличении соотношения 40

Р205 фосфорной кислоты „Х (СаО, MgO, К20з) фосфатного сырья выше 3,7:1 возврастает влажность фосфатной пульпы, не полностью используется внутренняя энергия фосфорной кислоты и, как следствие. повы- 45 шается ее удельный расход для получения 1 т Р205 готового продукта, а следовательно, увеличивается при последующем смешении с суперфосфатной пульпой и аммонизации содержание азота. 50

Уменьшение массового соотношения

Р205 фосфорной кислоты: Х (СаО, MgO, В20з) фосфата ниже 2,2 также нецелесообразно, поскольку при этом снижается коэффициент разложения природного 55 фосфатн ого сырья и отношение

Р205усв/ Р205.

При проведении процесса разложения фосфатного сырья фосфорной кислоты при оптимальных условиях: соотношение Р205 фосфорной кислоты: Z(CaO, MgO, В20з) =

=(3,7 — 2,2):1 достигается наиболее оптимальНОЕ СООТНОШЕНИЕ Р205усв/Р205о5щ В ПУЛЬПЕ

91-96, а полученная фосфатная пульпа с влажностью 51,7 — 54,5 обладает хорошей текучестью, что обеспечивает при дальнейшем ее смешении с суперфосфатной пульпой и аммонизации высокую транспортабельность пульпы готового продукта перед подачей на грануляцию и сушку в аппарат Б ГС.

Данные по обоснованию пределов массого соотношения фосфатной (ФП) к суперфосфатной пульпе (СФП) на стадии получения смешанной пульпы и характеристики готового продукта, полученного после аммонизации пульпы, грануляции и сушки, в сравнении с известным способом (прототипом) представлены в табл.2.

Нижний предел соотношения

ФП:СФП = 1,5:1 обусловлен тем, что при дальнейшем снижении доли фосфатной пульпы снижается концентрация питательных элементов в удобрении, что приводит к увеличению энергозатрат на перевозку вследствие разубоживания продукта гипсом, снижается прочность гранул готового продукта из-за наличия большого количества гипса и уменьшения доли фосфатов кальция и аммония в составе удобрения.

Как видно из данных табл.2, превышение верхнего предела массового соотношения ФП:СФП выше 2:1, приводит к увеличению доли неусвояемого фосфора (Р205усв/Р205о5щ меньше 95 ), т.е. к снижению степени использования фосфатного сырья, повышению содержания азота в готовом продукте и удельного расхода серной

КИСЛОТЫ На ПОЛУЧЕНИЕ 1 т Р205усв удсбрЕНИя.

Последнее обстоятельство связано с тем, что при увеличении доли фосфатной пульпы в смеси пульп (ФП:СФП выше 2;1) возрастает расход фосфорной кислоты, которая, как указывалось выше, разлагает фосфатное сырье с образованием дикальцийфосфата не полностью, что приводит к перерасходу аммиака при нейтрализации смеси пульп.

Повышение расхода,ЭФК приводит к возрастанию удельного расхода серной кислоты на полУчение 1 т Р205усв готового пРоДУкта.

Кроме того, увеличение доли фосфатной пульпы в смеси фосфатной и суперфосфатной пульп приводит после аммонизации пульпы, сушки и грануляции к снижению прочности гранул. Это обстоятельство связано с тем, что в составе готового продукта снижается количество монокальцийфосфата, который является наиболее эффективным из содержащихся в удобрении солей пластификатором процесса гранулирова7

1768566

30

55 ния. При осуществлении способа в области оптимальных соотношений фосфатной и суперфосфатной пульп ФП:СФП = (1,5 — 2);1 прочность гранул по сравнению с прототипом возрастает в 1,5-2 раза, Возрастание прочности гранул по сравнению с прототипом обусловлено тем, что при реализации предложенного способа в составе удобрения образуется 15 — 20% монокальцийфосфата, который является наиболее эффективным пластификатором и связующим в процессе формирования гранул готового продукта из содержащихся в пульпе после аммонизации солей. B прототипе образующиеся при разложении фосфатного сырья смесью ЭФК и серной кислоты фосфаты кальция представлены, главным образом, дикальцийфосфатом, который не является пластификатором процесса гранулирования и сам плохо поддается грануляции, Содержаниеже монокальцийфосфата в продукте, полученном по прототипу, не и ревышает 5%, в связи с этим прочность его гранул находится на уровне прочности гранул аммофоса и аммофосфата 6,6-7,3 и 8 — 9

Мпа.

При реализации предложенного способа при оптимальных параметрах осуществления процесса разложения фосфатного сырья интенсифицируется более, чем в 2 раза. Содержание азота в готовом продукте по предложенному способу по сравнению с прототипом снижается на 15 — 40 отн.%, а расход серной кислоты для получения 1 т

PzO5yc> сокращается на 8 — 15 отн.%

Таким образом, предложенный способ получения фосфорсодержащих удобрений является технологичным, высокоэффективным.

Фосфорсодержащее удобрение может применяться в сельском хозяйстве при внесении под зябь перед вспашкой, П р и.м е р 1, В первом реакторе 730 кг фосфатного сырья, содержащего 43% оксидов кальция, магния и алюминия и 25%

Рг05, разлагают 1454 кг серной кислотой с концентрацией 30% НгЯ04 в течение 50-60 мин при температуре 80 — 90 С, соотношение НгЯ04: Z(CaO, MgO, ВгОз) составляет

1,39:1 и получают 2150 кг суперфосфатной пульпы, Во втором реакторе 390 кг фосфатного сырья, содержащего 43% СаО, MgÎ, ВгОз и

25% Рг05, разлагают 2850 кг фосфорной кислоты, содержащей 20% Рг05 при соотношении Рг05 фосфорной кислоты; Z(CaO, MgO, ЙгОз) равном 3,4:1 в течение 50-60 мин при температуре 60 — 80 С и получают

3225 кг фосфатной пульпы.

Фосфатную пульпу из второго реактора смешивают в течение 10 — 15 мин с суперфосфатной пульпой из первого реактора при их массовом соотношении 1,5:1, полученную пульпу аммонизируют до рН 2,8, гранулируют, сушат. Выход продукта составляет 3100 кг. Выход фракции 1 — 4 мм 92 — 93%. Состав готового продукта, мас.%: Рг05о5щ 27,5;

P205ycs 27; азот 2,9. Прочность гранул 14,7

МПа.

Пример 2. В первом реакторе 730 кг фосфатного сырья, содержащего 45% оксидов Z(CaO, MgO, ВгОз), разлагают 1360 кг серной кислоты с концентрацией 35%

HzS04 в течение 50 — 60 мин и ри температуре

80 — 90 С и сботношении H2SO4: Z(CaO, MgO, ЯгОз), равном 1,4:1, и получают 2040 кг суперфосфатной пульпы.

Во втором реакторе 520 кг фосфатного сырья, содержащего 45% Оксидов Z(CaO, Mg0, РгОз) разлагают 3469 кг ЭФК, содержащей 20% Рг05 при массовом соотношен и и Рг05 фосфорной кислоты: Х (СаО, Mg0, йгОз), равном 2,97;1, в течение 45 — 60 мин при температуре 60 — 80 С и получают

3942 кг фосфатной пульпы, Фосфатную пульпу из второго реактора смешивают в течение 10 — 15 мин с суперфосфатной пульпой из первого реактора при их массовых соотношениях 1,91:1, аммонизируют до рН 2,9, гранулируют, сушат. Выход фракции 1-4 мм 92 — 94%. Состав готового продукта, мас,%; Рг05о5щ 30,6; Рг05ус, 29,9; азот 3,3. Прочность готового продукта 15,9

МПа. Выход готового продукта составляет

3320 кг.

Пример 3. В первом реакторе 450 кг фосфатного сырья, содержащего 43% оксидов X(CaO, Mg0, ВгОз)„разлагают 897 кг серной кислоты с концентрацией 30,6%

HzS04 в течение 50 — 60 мин и ри температуре

80-90 С и соотношении НгЯО4: (СаО, MgO, ЕтОз) Фосфата 1,42.1 и лалучают 1328 кг суперфосфатйой пульпы.

Во втором реакторе 415 кг фосфатного сырья, содержащего 43% оксидов Z(Ca0, .

Mg0, ВгОз), разлагают 2271 кг ЭФК, содержащей 22% Рг05 при соотношении Рг05 кислоты: Z(CaO, MgO, ВгОз) фосфата, равном 2,8;1 в течение 50 — 60 мин при температуре 60 — 80 С и получают 2656 кг фосфатной пульпы, Фосфатную пульпу из второго реактора смешивают в течение 10-15 мин с суперфосфатной пульпой из первого реактора при их массовых соотношениях 2:1, аммонизируют до рН 2,7, гранулируют, сушат. Выход romвого продукта составляет 2170 кг, товарной фракции 1 — 4 мм 94%, Состав готового про1768566

10 дукта, мас. : Р Оиоьщ33; Р205усв32,15; азот дов кальция, магния, железа, алюминия и

3,3. Прочность гранул фосфорсодержащего 25,5 PzOs, разлагают 900 кг серной кислоудобрения составляет 15,7 МПа. ты с концентрацией 50 Н $04 в течение

Пример 4. В первом реакторе 450 кг 40 — 50 мин при температуре 90 С и соотнофосфатного сырья, содержащего 43 окси- 5 шении H2$04: Z(CaO, MgO, ЯгОз) фосфата, дов кальция, магния, железа, алюминия и равном 1,4:1, и получают 1580 кг суперфос25,2 P20s, разлагают 877,2 кг серной кис- фатной пульпы. лоты с концентрацией 30 HzS04 в течение Во втором реакторе 320 кг фосфатного

50-60 мин при температуре 80 — 90 С и соот- сырья, содержащего 44 оксидов Z(CaO, ношении Hz$04: Z (СаО, MgO, R20a) фос- 10 MgO, R20a) и 25,5 Р20ь,разлагают 2888 кг фата, равном 1,36:1, и получают 1306 кг экстракционной фосфорной кислоты, с консуперфосфатной пульпы. центрацией 18 P20s при соотношени о втором реакторе 415 кг фосфатного Р Оз кислоты," Z(CaO, MgO, ВгОз) фосфата, и сырья содержащего 43 Х(СаО, MgO, В20з) равном 3,69:1, в течение 50 мин при темпеи 5,20 Р Ов разлагают 2101 кг ЭФК, со- 15 ратуре 60 — 80 С и получают 3163 кг фосфатдержащей 18 Pgpg при соотношении ной пульпы.

Р Ов кислоты: Z(CaO, MgO, ЯгОз), равном Фосфатную пульпу из второго реактора

3,2:1,в течение 50 — 60 мин и ри температуре смешивают в течение 10 — 15 мин с суперфос60 — 80 С и получают 2557 кг фосфатной фатной пульпой из первого реактора при их пульпы. Фосфатную пульпу из второго реак- 20 массовом соотношении 2:1, аммонизируют тора смешивают в течение 10-15 мин с су- до рН 2,8, гранулируют, сушат. Выход готоперфосфатной пульпой из первого реактора вого продукта"составляет 2490 кг товарной при их массовых соотношениях 1,96:1, ам- фракции 1 — 4 мм 95 . Состав готового промонизируютдо рН 2,5, гранулируют, сушат. дукта, мас, : Р Оцовщ 31,7; Р О5усв 30,8;

Выход готового продукта составляет 1914 25 азот 3,2. Прочность гранул 16,3 МПа. кг, товарной фракции 1-4 мм 96;, Состав Формула изобретения готового продукта, мас. : Рг05общ 31,9; 1, Способ получения фосфорсодержаPgO5yzp 30,6; азот 2,9. Прочность гранул 15,7 щего удобрения, включающий разложение

МПа. фосфатного сырья фосфорной и серной кисПример 5. В первом реакторе 730 кг 30 лотами с последующей аммонизацией полфосфатного сырья, содержащего 43 окси- ученной пульпы, грануляцией и суш кой, дов Z(CaO, MgO, Я Оз), разлагают 1334 кг отличающийся тем, что, с целью серной кислоты с концентрацией 32; интенсификации процесса разложения фосH2S04 втечение 50 — 60 мин при температуре фатного сырья, увеличения прочности гра80-90 С и соотношении Hz$04: Z(Ca0, 35. нул, снижения содержания азота в

MgO, ВгОз) фосфата, равном 1,36:1, получа- конечном продукте при одновременном соют 2032 кг суперфосфатной пульпы, кращении удельного расхода серной кислоВо втором ректоре 520 кг фосфатного ты и аммиака, разложение фосфатного сырья, содержащего 43 оксидов Z(CaO, сырья фосфорной и серной кислотами осуMgO, RzOa), разлагают 2795 кг ЭФК, содер- 40 ществляют раздельно при массовых соотножащей 24 Р205 при массовом соотноше- шениях Р20ь фосфорной кислоты; Z СаО, нии Р205 фосфорной кислоты: Z(CaO, MgO, Й20з, равных (2,2 — 3,7):1, и H2$04:

MgO, В20з), равном 3:1, в течение 45 — 60 мин Х СаО, MgO, В20з фосфатного сырья, равпри температуре 60-80 С и получают 3229 ных (1,36-1,42):1, а образующиеся фосфаткг фосфатной пульпы. 45 ную и суперфосфатную пульпы перед

Фосфатную пульпу из второго реактора аммонизацией смешивают при их массовом смешивают в течение 10 — 15 мин с суперфос- соотношении (1,5-2):1. фатной пульпой из первого реактора при их 2. Способ по п,1, отличающийся массовых соотношениях 1,59:1, аммонизи- тем, что для разложения фосфатного сырья руют до рН 2,8, гранулируют, сушат, Выход 50 используют экстракционную фосфорную фракции 1 — 4 мм 93 — 94, выход готового кислоту, содержащую 18 — 24 Р205 продукта 3367 кг. Состав удобрения, мас. ; 3, Способ по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и йР205о6 28,9; Рр05урр 28,2; азот 3,15. Проч- с я тем, что для разложения фосфатного ность гранул 15,1 МПа. сырья используют 30-50 -ную серную кисПример 6. В первом реакторе 730 кг 55 лоту. фосфатного сырья, содержащего 44 окси