Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНО-КАЛИЙНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО УДОБРЕНИЯ

Изобретение относится к способу получения гранулированного сложного удобрения, содержащего фосфор и калий, широко используемого в сельском хозяйстве.

Известны многочисленные способы получения монокальцийфосфата и дикальцийфосфата, которые получают взаимодействием фосфорной кислоты с кальцийсодержащим компонентом, гранулирования полученной смеси и сушку готового продукта. В качестве кальцийсодержащего компонента берут карбонат кальция или известь. По различным технологиям получают или монокальцийфосфат, или дикальцийфосфат, которые используют в качестве кормовых средств и минеральных удобрений (см., например, АС СССР №146373, кл. С01В 25732, 1989 г., АС СССР №981300, кл. С05В 3/00, 1982 г., АС СССР №1169941, кл. С01В 25/32, 1985 г., патент РФ №2256607, кл. С01В 25/32, патент №2411222, кл. С05В 25/32, 2010 г.)

В связи с тем, что за последние десятилетия резко сократилось потребление удобрений, содержащих калий по всем экономическим районам, в том числе и традиционно считающимися районами высокой эффективности их применения, потребность в них резко возросла.

Были предприняты попытки получить на основании монокальцийфосфата и дикальцийфосфата гранулированное фосфорно-калийное удобрение. Однако они не увенчались успехом. В процессе гранулирования не удается получить частицы с размером более 2 мм и они обладают малой прочностью.

Были проанализированы другие известные методы получения фосфорно-калийных удобрений.

Известен способ производства дегидратированного фосфорно-калийного удобрения, по которому апатитовый концентрат разлагают в смесителе серной кислотой в присутствии KCl. Пульпа затвердевает в камере, откуда продукт вырезается и затем гранулируется вместе с ретуром. Гранулы прокаливаются при 300°С, получают продукт, содержащий 18% P₂O₅ и 12-17% K₂O.

Недостатком способа является сложность технологического процесса: необходимость улавливания выделяющихся HF и HCl, расход электроэнергии на сушку продукта (А.А.Соколовский «Технология минеральных удобрений», Химия. М., 1966, с.256).

Изучалась возможность производства калийно-фосфорного удобрения путем нейтрализации фосфорной кислоты карбонатом калия. Образовавшийся раствор фосфата калия предложено обезвоживать в распылительной сушилке. Полученный продукт содержит 17-20% К₂О, 35-40% Р₂О₅.

Недостатком способа является использование дорогого карбоната калия, получение порошкообразного продукта (А.А.Соколовский «Технология минеральных удобрений», с.255).

Также известен способ получения фосфорно-калийного удобрения путем прессования шихты из порошковидного суперфосфата и хлористого калия с последующим дроблением и классификацией.

Недостатками способами являются получение неоднородных, неправильной формы гранул, что затрудняет их внесение в почву, создавая неравномерность распределения продукта.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ получения гранулированного фосфорно-калийного удобрения (патент №2029756, кл. C05D 1/02, 1995 г.), включающий смешения фосфорно-кальциевого компонента и хлористого калия, гранулирование смеси и сушку готового продукта. По этому способу порошковидный суперфосфат (его твердая фаза состоит в основном из Са(H₂PO₄):H₂O, CaSO₄ с примесью CaSO₄·5Н₂О) смешивают с хлористым калием (KCl) крупностью - 0,2 мм.

Смесь подают в барабанный гранулятор, куда одновременно подают известняк в качестве нейтрализующей добавки. Смесь гранулируют методом скатывания при температуре 50-60°С и влажности 15-18% и высушивают при температуре 90°С.

Недостатками способа являются высокое содержание свободной кислотности в гранулах удобрения до 4% в пересчете на H₃PO₄, что ограничивает их применение.

Удобрение с высокой кислотностью можно применять только на щелочных почвах, на обычных почвах будет происходить их закисление, что приводит к снижению эффективности.

Кроме того, готовый продукт обладает сравнительно невысокой прочностью гранул (2,5-3,0 кПа), повышенной слеживаемостью (до 30 кПа) и гигроскопичностью.

Нетехнологичность процесса связана с тем, что необходимо использовать практически пылевидную фракцию KCl (0,2 мм), а также из-за того, что суперфосфат, который в настоящее время выпускается только в гранулированном виде, необходимо дробить. Такое проведение процесса потребует больших объемов дробильного и пылеочистного оборудования, что делает процесс в целом нерентабельным.

Задачей нашего изобретения являлась разработка высокотехнологичного процесса, который позволит не только упростить процесс, повысить его экологичность, но и получить готовый продукт гранулированного фосфорно-калийного удобрения с улучшенными физико-химическими показателями.

Поставленная задача решена и достигнут необходимый технический результат в предлагаемом нами способе получения гранулированного фосфорно-калийного удобрения, включающем смешение фосфорно-кальциевого компонента и хлористого калия, в котором в качестве фосфорно-кальциевого компонента берут пульпу с вязкостью 20-150 сП, полученную нейтрализацией фосфорной кислоты или ее смеси с серной карбонатом кальция, причем соотношение реагентов и время нейтрализации поддерживают в пределах, необходимых для получения в пульпе соотношения монокальцийфосфата и дикальцийфосфата равного 1-0,3-0,5.

На стадию нейтрализации возможно подавать смесь фосфорной и серной кислоты. Это позволит без изменения физико-химических показателей продукта расширить ассортимент удобрений, т.к. для некоторых культур обязательным является введение серы в состав удобрения. При этом соотношение кислот обусловлено маркой получаемого готового продукта.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Чтобы получаемое гранулированное удобрение отвечало требованиям, поставленным нами в задаче нашего изобретения, необходимо иметь его определенный состав и определенные физико-химические показатели гранул, таких как прочность и слеживаемость. Это зависит, прежде всего, от качества фосфорно-кальциевой пульпы, которая смешивается с хлористым калием и затем гранулируется. Такую пульпу получают путем нейтрализации фосфорной кислоты или ее смеси с серной карбонатом кальция. При этом карбонат кальция используют различного качества как чистый так и например, содержащий оксид магния и другие примеси, что естественно влияет на процесс нейтрализации. Для того чтобы достигнуть положительного результата используется пульпа определенного состава - с определенным соотношением в ней солей фосфата кальция. Это соотношение равно Са(H₂PO₄)₂: CaHPO₄=1:0,3-0,5. Также эта пульпа должна иметь определенную вязкость, а именно 20-150 спз.

Предел соотношений фосфатов кальция в продукте определен по следующим причинам. При соотношении Са(H₂PO₄)₂: CaHPO₄<0,3 продукт получается с низким рН (т.е. кислый), низкой прочностью гранул и высокой слеживаемостью.

При увеличении соотношения Са(H₂PO₄)₂: CaHPO₄>0,5 снижается содержание в продукте водных форм P₂O₅ и СаО, т.к. в продукте образуется большое количество дикальцийфосфата, который является усвояемой формой, но плохо растворимой в воде, что снижает агрохимические свойства продукта.

Принятое соотношение фосфатов кальция в продукте позволяет получать марки РК - удобрения с различным содержанием фосфора и калия, с высоким содержание легкоусвояемых водных форм P₂О₅ и СаО.

Вязкость пульпы влияет на процесс гранулирования и соответственно на качество получаемого продукта.

При снижении вязкости пульпы ниже 20 сП в пульпе содержится много воды, которую приходится удалять при сушке, что снижает производительность процесса и повышает энергозатраты.

При повышении вязкости выше 150 сП пульпа загустевает при снижении температуры, что приводит к нарушению дозировки при ее подаче на грануляцию и сушку.

Получение указанного соотношения в пульпе зависит от таких факторов, как соотношение реагентов, подаваемых на стадию нейтрализации и времени нейтрализации. Данные показатели выбираются и поддерживаются в каждом отдельном случае таким образом, чтобы указанное соотношение солей в пульпе и ее вязкость соответствовала указанным заявленным показателям, необходимым для получения заявленного результата.

Предложенный способ позволяет использовать непылевидную фракцию хлористого калия, тем самым упрощая производство за счет снижения объемов оборудования отделения домола сырья и значительного уменьшения выделения пыли и соответственно сокращение оборудования для ее улавливания, при этом значительно улучшаются физико-химические и физико-механические свойства продукта. Прочность гранул увеличивается до 7,0-9,8 кПа (в прототипе 2,5-3,0).

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. В реактор загружают 820 кг экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 25% P₂O₅ и содержащей 1,06% SO₃; 1,28% F; 1.57% CaO; 0,38% Fe и 165,4 кг серной кислоты с концентрацией 92,5% H₂SO₄. Смесь кислот нейтрализуют при интенсивном перемешивании (для более быстрого удаления из продуктов реакции СО₂) карбонатом кальция, взятым в количестве 309 кг. Реакцию ведут при температуре 75°С в течение 60 мин. В результате получают пульпу с соотношением Са(H₂PO₄)₂: CaHPO₄=1:0,4. В полученную пульпу с вязкостью 50 сП вводят 328 кг хлористого калия с содержанием 61,3% К₂О.

Полученная фосфатно-калийная пульпа поступает на грануляцию и сушку. Получают 1000 кг готового РК - удобрения состава: 20% P₂O₅, 20,2% К₂О и 5,3% S. Прочность гранул (+3 мм) - 7,5 кПа, слеживаемость продукта 2,2 кПа.

Пример 2. В реактор нейтрализации загружают 572 кг полугидратной экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 35,2%Р₂О₅ и содержащей 1,25% CaO; 1,5% F; 0,06% MgO; 0,48% S и нейтрализуют кислоту карбонатом кальция, взятым в количестве 198 кг при 80°С в течение 45 мин. В результате получают пульпу с соотношением Са(H₂PO₄)₂: CaHPO₄=1:0,5 и вязкостью 62 сП, затем вводят 490 кг хлористого калия и 120 кг фосфогипса. Полученную пульпу подают на грануляцию и сушку. Получают 1000 кг РК - удобрения с содержанием: 20,2% P₂O₅ и 30% К₂О (P₂O₅: K₂O=1:1,5). Прочность гранул - 8,8 кПа, продукт практически не слежался.

Результаты остальных опытов сведены в нижеследующей таблице.