Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО УДОБРЕНИЯ

Изобретение относится к способу получения сложных удобрений методом разложения апатитового концентрата азотной кислотой при использовании низкосортного фосфатного сырья.

Задача вовлечения низкосортных фосфоритов с содержанием Р₂О₅ 20-25% в переработку в минеральные удобрения с каждым годом становится все более актуальной в связи с истощением ресурсов по производству апатитового концентрата, являющегося в России до последнего времени основным источником фосфатного сырья.

Известно использование егорьевского, верхнекамского фосфоритов в виде фосфоритной муки в качестве фосфорных удобрений. Указанные удобрения малоэффективны и могут быть использованы только в кислых почвах.

Предложены способы вовлечения бедных фосфоритов в производстве фосфорных и сложных удобрений, предусматривающие частичную замену апатитового концентрата [пат. РФ №2223933, МПК 7 С05В 11/06, опубл. 20.02.2004, пат. РФ №2234485, МПК 7 С05В 11/06, C05G 1/06, опубл. 20.08.2004]. Недостатком указанных способов является неполное вскрытие низкосортного фосфатного сырья, из-за чего получаемые удобрения содержат балластные фосфаты, которые при внесении в почву не участвуют в питании растений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сложного удобрения, включающий разложение апатитового концентрата азотной кислотой, выделение части нитрата кальция из нитратофосфатной вытяжки кристаллизацией, смешение фосфорсодержащего полупродукта с низкосортным фосфатным сырьем, предварительно обработанным раствором нитрата аммония, и переработку смеси в сложное удобрение известными приемами [пат. РФ №2286320, МПК 7 С05В 11/06, С05В 7/00, опубл. 27.10.2006]. Предварительная обработка низкосортного фосфатного сырья раствором нитрата аммония обеспечивает частичную химическую активацию, то есть увеличивает долю усвояемых фосфатов.

Недостатком известного способа является невысокая прочность гранул получаемого сложного удобрения, что ухудшает его потребительские свойства.

Технической задачей, решаемой предложенным способом, является повышение прочности гранул.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения сложного удобрения, включающем разложение апатитового концентрата азотной кислотой, выделение части нитрата кальция из нитратофосфатной вытяжки кристаллизацией, смешение фосфорсодержащего полупродукта с предварительно обработанным низкосортным фосфатным сырьем и переработку смеси в сложные удобрения, согласно изобретению предварительную обработку низкосортного фосфатного сырья проводят азотной кислотой с последующим отделением нерастворимого остатка, а жидкие продукты предварительной обработки смешивают с нитратофосфатной вытяжкой после выделения из нее части нитрата кальция.

В качестве низкосортного фосфатного сырья используют измельченный фосфорит, содержащий 24,6 мас.% P₂O₅.

Соотношение апатитового концентрата и низкосортного фосфатного сырья в пересчете на Р₂О₅ поддерживают в пределах (2÷7):1.

Пример 1

Разложение апатита азотной кислотой и выделение части кальция из нитратофосфатной вытяжки проводят в действующем производстве.

Предварительную обработку низкосортного фосфатного сырья проводят на лабораторной установке. Для предварительной обработки берут измельченный фосфорит Каратау, содержащий 24,6% P₂O₅ (здесь и далее % массовые), 38,4% СаО, 1,4% MgO, 1,3% Fe₂O₃, 1% Al₂O₃, 4,6% CO₂, 2,3% F.

Обработку проводят в реакторе с мешалкой. Азотную кислоту берут в виде так называемого азотнокислого оборотного раствора (АКОР), получаемого в действующем производстве и содержащего HNO₃ - 40%, СаО - 2,9%, P₂O₅ - 2,1%.

На опыт берут 100 г фосфорита и 260 г АКОР. Расход азотной кислоты в опыте составляет 115% от стехиометрии на сумму СаО и MgO. Обработку ведут в течение 1,5 часов при температуре 45-55°С.

Полученную азотнокислотную вытяжку фосфорита разбавляют водой, взятой в количестве 105 г, сгущают в течение 3 часов, сгущенную часть фильтруют на вакуумной воронке, осадок на фильтре промывают 60 г воды. Осветленный раствор, фильтрат и промывной раствор объединяют и получают 477 г жидких продуктов предварительной обработки, содержащих 6,1% P₂O₅, 9,4% СаО, 0,28% MgO.

Указанные жидкие продукты смешивают с нитратофосфатной вытяжкой с частично выделенным нитратом кальция из действующего производства в количестве 444 г и содержащей 14,9% P₂O₅ и 4,8% СаО.

Смесь нейтрализуют аммиаком, упаривают до остаточной влажности 10%, добавляют 159 г хлорида калия и гранулируют на лабораторном грануляторе.

Получают сложное удобрение состава, %: N - 16,7, Р₂O_5усв - 14,4, P₂O_5водор - 7,5, K₂O - 14,5. Соотношение Р₂О_5усв/Р₂О_5общ = 100%. Отношение Р₂О₅ (апатит): Р₂О₅ (фосфорит) составляет 3:1. Прочность гранул диаметром 2 мм на раздавливание - 80 кг/см².

Пример 2

Проводят опыты, аналогичные примеру 1, в которых изменяют отношение P₂O₅ (апатит): Р₂О₅ (фосфорит) в пределах (2÷7):1, регулируя расход нитратофосфатной вытяжки из апатита и жидких продуктов предварительной обработки фосфорита азотной кислотой, а также соотношение питательных компонентов в удобрениях.

Характеристика полученных образцов удобрений приведена в таблице 1.

Пример 3

Проводят также опыт с образцом фосфоритной муки Верхнекамского месторождения, предварительно прокаленным при 950°С. Содержание P₂O₅ в исходной муке - 21,8%, после прокалки - 24,2%. Характеристика полученного образца удобрения приведена в таблице.

Пример 4

Проводят опыт, воспроизводящий условия прототипа. В качестве низкосортного фосфоритного сырья берут фосфоритную муку Верхнекамского месторождения. Соотношение P₂O₅ (апатит): Р₂О₅ (фосфорит) в опыте 3:1.

Получают удобрение, содержащее, %: N - 17,4, Р₂О_5общ - 10,3, P₂O_5уcв - 9,4, P₂O_5водор. - 5,6, К₂O - 10,4. Отношение P₂O_5усв/P₂О_5общ = 91%. Прочность гранул диаметром 2 мм на раздавливание 50 кг/см².

Таблица Характеристика образцов удобрений № п/п Отношение P2O5(апатит): P2O5 (фосфорит) Состав, мас.% Прочность гранул, кг/см2 N Р2O5общ Р2О5усв P2O5водор. К2O 1 2:1 17,2 13,7 13,7 6,8 13,8 100 75 2 7:1 16,4 15,2 15,2 9,6 15,2 100 85 Опыт с верхнекамской фосфоритной мукой 3 5:1 16,3 14,5 14,5 8,4 14,6 100 75

Представленные данные показывают, что предложенный способ позволяет по сравнению с прототипом увеличить прочность гранул более чем в 1,5 раза, что улучшает потребительские свойства удобрений.

Дополнительным преимуществом предложенного способа является практически полное вскрытие низкосортного фосфоритного сырья: отношение Р₂O_5усв/Р₂O_5общ близко к 100%, а в прототипе оно в среднем составляет 91%, что соответствует степени вскрытия фосфорита не более 70% отн.

В качестве низкосортного фосфоритного сырья предпочтительно использовать измельченный фосфорит Каратау, не требующий предварительной прокалки.

Верхнекамские и егорьевские фосфориты также могут быть использованы, но они требуют предварительной прокалки для разрушения органических примесей. Оптимальная температура прокалки 850-950°С.

Предложенный способ позволяет получать удобрение с достаточно широким диапазоном отношения P₂O₅ (апатит): P₂O₅ (фосфорит). Исходя из технологичности процессов и экономических соображений, оптимальным является диапазон (2÷7):1.