Общая характеристика фосфорных удобрений



Важнейшими минеральным удобрениям являются фосфорные удобрения.К наиболее важным фосфорным удобрениям относят – фосфоритную муку, простой и двойной суперфосфат, преципитат, аммофос, диаммофос, нитрофоску.

В меньшей степени используют раздробленные доменные и сталеплавильные шлаки, образующееся при переработке высокофосфористых чугунов (томас-шлак), содержащие до 25 % фосфора (в пересчете на оксид фосфора(V)).

По степени растворимости фосфорные удобрения разделяются на водорастворимые, усвояемые растениями, и нерастворимые фосфаты. К водорастворимым относятся простой и двойной суперфосфаты. К усвояемым, т.е. растворимым в почвенных кислотах, относятся преципитат, плавленные фосфаты и томас-шлак. Нерастворимые удобрения содержат трудноусваиваемые соли фосфора, растворимые только в сильных минеральных кислотах. К ним относятся фосфоритная мука, апатиты, костяная мука.

Сырьем для производства фосфорных удобрений служат природные соединения фосфора – фосфориты и апатиты – содержат фосфор в виде нерастворимого фосфата Ca3(PO4)2, который плохо усваивается растениями. Для получения легко усваиваемых удобрений фосфориты подвергают химической переработке, заключающейся в переводе средней соли в кислую.

Исходное сырье – природные фосфориты Ca3(PO4)2 и апатиты: фторапатит Ca5F(PO4)3, хлорапатит Ca5Cl(PO4)3, гидроксилапатит Ca5OH(PO4)3 – содержат основного вещества до 30 %, поэтому их подвергают обогащению. Природное сырье дробят и подвергают флотационному обогащению в водной среде в присутствии ксантогената целлюлозы в качестве аэрофлота. Полученный при этом концентрат идет на получение удобрений, а флотационные хвосты (нефелиновый концентрат) – обогащенные кварцитом, доломитом, пиритом – на производство цемента, стекла, титановых белил.

Самое распространенное фосфорное удобрение - простой суперфосфат - представляет собой порошок (гранулы) серого цвета, содержащий в основном дигидрофосфат кальция Ca(H2PO4)2∙H2O и сульфат кальция СаSO4∙0.5H2O. В состав суперфосфата входят примеси: фосфаты железа и алюминия, кремнезем, а также фосфорная кислота.

Сущность производства простого суперфосфата состоит в разложении природных фосфоритов серной кислотой. Мелко размолотый обогащенный природный фосфорит обрабатывают 65-70 % серной кислотой в течение 2 часов.

Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4  = 3 CaSO4  + 2 H3PO4

Использование более концентрированной серной кислоты недопустимо, так как в этом случае на поверхности фосфорита образуется гипсовая корочка и процесс затормаживается.

По мере накопления ортофосфорная кислота атакует избыток фосфорита:

Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3 Н2О = 3 Ca(H2PO4)2∙H2O

Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4  + Н2О = 2 CaSO4 + Ca(H2PO4)2∙H2O

В результате получается смесь сульфата кальция с дигидрофосфатом кальция, которая и называется простым суперфосфатом. Простой суперфосфат представляет собой удобрение со сравнительно невысоким содержанием питательных веществ, содержание фосфора 14-19 % (в пересчете на P2O5). Используется под различные сельскохозяйственные культуры.

 

Процесс образования удобрения идет в две стадии: первая стадия – разложения – быстрая, вторая – созревания – медленная – идет 12-14 суток (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Технологическая схема производства простого суперфосфата

 

Обогащенное фосфоритное сырье из хранилища 1 поступает на весовой дозатор 2 и сбрасывается на ковшовый элеватор 3. По нему сырье подается в камеру разложения 4, заполненную 65 % серной кислотой. В этом аппарате время прибывания продуктов 2 часа. Образовавшаяся пастообразная масса, обогащенная ортофосфорной кислотой и не прореагировавшим фосфоритом, поступает в камеру дозревания 5, где перемешивается в течение 12-14 суток. Затем пастообразноя масса выдавливается через сетчатую перегородку, срезается ножом 6 и сбрасывается в кучу 7. Производительность установки 100 т в сутки.

 Периодически проводят аналитический контроль: при достижении содержания фосфора 20 % и ортофосфорной кислоты 5.5 % удобрение готово.

Часто в целях нейтрализации ортофосфорной кислоты добавляют раздробленный известняк, доломит или через готовое удобрение пропускают аммиак:

CaCO3 + H3PO4 = CaHPO4 + CO2 + H2O

Согласно приведенным уравнениям реакции, в простом суперфосфате содержится до 50 % гипса, который является баластом. Гипс поглощает воду, что обезвоживает грунт, почва слипается с образованием корки - это препятствует нормальному газо- и водоснабжению корневой системы. Учитывая это, данное удобрение используют на сильнообводненных и закисленных почвах.

Недостатком простого суперфосфата является сравнительно небольшое содержание питательного элемента – не более 20 % Р2О5.

Двойной суперфосфат в отличие от простого состоит в основном из дигидрофосфата кальция и является концентрированным удобрением, содержащим 40-50 % Р2О5, т.е. в 2-3 раза больше, чем простой.

Производство основано на разложении исходного фосфорита 80 % раствором ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота является полупродуктом в производстве двойного суперфосфата.

В России и за рубежом используют два основных промышленных метода получения ортофосфорной кислоты: электродуговой и экстракционный.

В России ортофосфорную кислоту получают экстракционным методом разложения природных фосфоритов в присутствии избытка серной кислоты. Экстракционная фосфорная кислота содержит не более 36 % Н3РО4. Для большинства способов производства двойного суперфосфата и других удобрений необходимо упаривать кислоту до более высокой концентрации (50-80 % Н3РО4). Концентрирование ортофосфорной кислоты осложнено коррозией аппаратуры и выпадением осадка сульфата кальция и других примесей на греющих поверхностях. Поэтому чаще всего для концентрирования фосфорной кислоты применяют барабанные барботажные концентраторы, в которых нагрев производится непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами, так же как при концентрировании серной кислоты (рис. 8.6).

Обогащенный фосфорит из хранилища 1 весовым дозатором 2 подается в реактор 3, заполненный 65 % раствором серной кислоты. Эта масса перемешивается 2 часа при температуре 80-90 оС и проходит два реактора, заполненных серной кислотой для достижения полноты разложения фосфорита.

Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4  = 3 CaSO4  + 2 H3PO4

 

 

Рис. 8.6. Технологическая схема производства ортофосфорной кислоты

 

Затем густая пульпа поступает на транспортерную ленту 5, отдельные участки которой выполнены из фильтровальной ткани, а снизу имеются вакуумные зонты 6. Раствор ортофосфорной кислоты отделяют и сливают в приемник 7, а твердый остаток сбрасывают в приемник 8. Полученный 30 % раствор ортофосфорной кислоты подвергают барабанному концентрированию в присутствии горячих топочных газов для получения 80 % раствора, который идет на получение двойного суперфосфата.

Производство двойного суперфосфата основано на реакции разложения природного фосфорита ортофосфорной кислотой (рис. 8.7):

Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 = 3 Ca(H2PO4)2

 

В двойном суперфосфате отсутствует сульфат кальция, что снижает затраты на его перевозку и внесение в почву. Удобрение содержит до 45 % фосфора (в пересчете на P2O5).

Рис. 8.7. Технологическая схема производства двойного суперфосфата


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 701;