Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНО-МАГНИЕВОГО УДОБРЕНИЯ

Изобретение относится к способам получения фосфорно-магниевых удобрений термическими методами.

Известен способ получения термофосфатов путем сплавления фосфоритов Каратау с серпентином (Сборник «Химия и химические технологии», Вып.9, Алма-Ата, 1969 г., стр.5-9). Получают стеклообразный продукт, содержащий 17-18% P₂O₅. Процесс ведут с большими расходами серпентина (Ф:С=1:1). Степень перехода P₂O₅ в усвояемую форму не превышает 95%. К недостаткам можно отнести высокие энергетические затраты, достигающие 850 кВт на тонну продукции.

Известен способ получения фосфорно-магниевых удобрений путем плавления шихты, приготовленных смещением природных фосфатов кальция с соединениями магния, и последующей грануляции расплава. (Вольфкович С.И., Илларионов В.В., Ионае А.А., Ремен Р.Е., Термические процессы переработки фосфатов на удобрения. М. НИУИФ, 1957, с.17-20).

Недостатком этого способа является снижение P₂O₅ в удобрении при использовании магнезиальных добавок с низким содержанием MgO.

Известен способ получения фосфорно-магниевых удобрений путем плавления шихты, состоящей из природных фосфатов кальция и наиболее концентрированных магнезиальных добавок - оливинов (Mg, Fe)2SiO₄, конечным продуктом которого является форстерит Mg₂SiO₄, и доломит. Плавленая шихта плавится при 1450-1550°C с последующей грануляцией расплава (Брицке Э,В., Ионас А.А. Плавленые магниевые фосфаты. "Исследования по прикладной химии". М. - Л., Изд. АН СССР, 1955, с.58-66).

Недостатком этого способа является образование неусвояемого растениями оксида магния в количестве до 30% от общего содержания MgO в шихте помимо усвояемых форм фосфата кальция и кальциево-магниевых силикатов. Кроме того, образующийся тугоплавкий оксид магния повышает температуру процесса, снижает качество получаемых продуктов и увеличивает энергетические затраты на процесс. Те же недостатки имеют место и при использовании в качестве магнезиальной добавки доломита.

Известен способ получения фосфорно-магниевых удобрений путем плавления шихт (авт. св. №833924, опубл. 30.05.1981 г.), состоящих из природных фосфатов кальция, оливина или доломита, в шихту вводят слюдосодержащий продукт в количестве 2-10%. В качестве слюдосодержащих продуктов используют природные ассоциации слюд или продукты обогащения апатитовых руд. В шихту дополнительно вводят фосфорную кислоту (100% H₃PO₄) в количестве 2-8%.

К недостаткам следует отнести относительно невысокую степень перехода P₂O₅ в шихте в лимонно-растворимую форму, не превышающую 92-94%, высокие энергозатраты на получение 1 т плавленого фосфорно-магниевого удобрения. достигающего 800-850 кВт.

Известен способ получения фосфорно-магниевого удобрения (пат. RU №1039931, опубл. 07.09.1983 г.), принятый за прототип. Способ включает плавление шихты природных фосфатов; оливина или доломита и слюдосодержащих продуктов. В шихту дополнительно вводят оксиды или гидрооксиды железа в количестве 2-10%. В качестве оксидов или гидрооксидов железа используют их природные ассоциации с фосфатами и отходы обогащения фосфатных руд. Степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму достигает 95-98,2%, расход электроэнергии до 600- 700 кВт/т продукта.

К недостаткам известного способа следует отнести присутствие в удобрении нежелательных соединений железа.

Техническим результатом является повышение степени перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму до 98,2-98,9% при сохранении расхода электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в способе получения фосфорно-магниевого удобрения, включающем плавление шихты из природных фосфатов, оливина или доломита и слюдосодержащих продуктов, в шихту дополнительно вводят пиролюзит MnO₂ в количестве 2-10 вес.%.

Дополнительное введение в шихту пиролюзита MnO₂ в количестве 2-10 вес.% позволяет повысить степень переход P₂O₅ в лимонно-растворимую форму до 98,2-98,9% при сохранении расхода электроэнергии. В процессе повышения температуры шихты в печи происходит декарбонизация карбонатов кальция и магния, содержащихся в шихте, и образуются оксиды кальция и магния. Введение MnO₂ в шихту способствует тому, что в процессе плавления в результате взаимодействия с компонентами шихты образуются соединения типа α СаО β MnO₂ и α (Ca, Mg)O β MnO₂ c SiO₂. В результате образующиеся оксиды кальция и магния не увеличивают своего содержания в кальциево-магниевых силикофосфатах, что способствует повышению степени перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму при резком охлаждении расплава и получении мелких гранул при сохранении аморфной структуры.

Введение в шихту пиролюзита MnO₂ менее 2 вес.% снижает переход питательных компонентов (P₂O₅ и MgO) в усваиваемую растениями форму. Введение в шихту пиролюзита Мп02 более 10 вес.% снижает общее содержание удобрительных компонентов (P₂O₅ и MgO), избыток MnO₂ встраивается в структуру кальциево-магниевых силикофосфатов снижая степень растворимости P₂O₅. Увеличивается температура плавления шихты и растет расход электрической энергии.

Способ осуществляют следующим образом. Компоненты шихты предварительно перемешивают в смесителях. Плавление готовой шихты производят в руднотермической электрической печи при температуре не менее 1240°С. Полученный расплав быстро охлаждают водой с получением фосфорно-магниевого удобрения мелко гранулированной формы. Степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму определяют известным способом.

Пример 1. Шихту, состоящую из 31 вес.% природных фосфатов (ковдорского апатитового концентрата) (P₂O₅ 35,4%, MgO 5,2%, CaO 50,2%) и 67 вес.% ковдорских хвостов магнитной сепарации (P₂O₅ 12,2%, MgO 19,8%), в которых присутствуют оливин, доломит и слюдосодержащие продукты, с добавлением 2,0 вес.% MnO₂ плавят при температуре 1240°С в течение 10 мин. Полученный расплав быстро охлаждают водой. Полученный продукт представляет собой фосфорно-магниевое удобрение гранулированной формы. Степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму составляет 98,2%. Расход электроэнергии не превышает 700 кВт на 1 тонну продукта.

Пример 2. Шихту, состоящую из 30 вес.% ковдорского апатитового концентрата и 60 вес.% ковдорских хвостов магитной сепарации того же состава, что и в примере 1, с добавлением 10,0 вес.% MnO₂, плавят при температуре 1240°C в течение 10 мин. Полученный расплав быстро охлаждают водой. Полученный продукт представляет собой фосфорно-магниевое удобрение гранулированной формы. Степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму составляет 98,2%. Расход электроэнергии не превышает 700 кВт на 1 тонну продукта.

Пример 3. Шихту, состоящую из 30,5 вес.% ковдорского апатитового концентрата и 64,5 вес.% ковдорских хвостов магнитной сепарации того же состава, что и в примере 1, с добавлением 5,0 вес.% MnO₂, плавят при температуре 1240°C в течение 10 мин. Полученный расплав быстро охлаждают водой. Полученный продукт представляет собой фосфорно-магниевое удобрение гранулированной формы. Степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму составляет 98,9%. Расход электроэнергии не превышает 680 кВт на 1 тонну продукта.

Пример 4. Шихту, состоящую из 67 вес.% природных фосфатов (фосфоритов Каратау) (P₂O₅ 25,1%, MgO 1,2%, CaO 39,1%) и 29 вес.% ковдорских вторичных отвальных хвостов (P₂O₅ 3,7%, MgO 28,3%), в которых присутствуют оливин, доломит и слюдосодержащие продукты, с добавлением 6,0 вес.% MnO₂ плавят при температуре 1240°C в течение 10 мин. Полученный расплав быстро охлаждают водой. Полученный продукт представляет собой фосфорно-магниевое удобрение. Степень перехода Р₂О₅ в лимонно-растворимую форму составляет 98,6%. Расход электроэнергии не превышает 690 кВт на 1 тонну продукта.

Таким образом, способ позволяет получить степень перехода P₂O₅ в лимонно-растворимую форму до 98,2-98,9% при сохранении расхода электроэнергии не более 700 кВт.