Способ получения аммонизированного гранулированного суперфосфата

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АММОНИЗИРОВАННОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО СУПЕРФОСФАТА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Дормешкин Олег Борисович Воробьев Николай Иванович Гаврилюк Андрей Николаевич Менделева Анастасия Александровна Первинкин Валерий Евгеньевич Людков Александр Арсеньевич Сеген Николай Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ получения аммонизированного гранулированного суперфосфата, включающий разложение фосфатного сырья серной кислотой, нейтрализацию образующейся суспензии аммиаком до мольного отношения 334, равного 0,95-1,30, гранулирование и сушку готового продукта, отличающийся тем, что в качестве фосфатного сырья используют фосфориты, их разложение осуществляют серной кислотой концентрацией 53-57 при температуре 80 С в течение 1,5-2,0 часов, а перед нейтрализацией в суспензию вводят фосфорную кислоту. Изобретение относится к технологии получения гранулированных минеральных удобрений и может быть использовано для получения комплексного -удобрения - аммонизированного гранулированного суперфосфата. Известен способ получения аммонизированного гранулированного суперфосфата, включающий разложение фосфатного сырья серной кислотой, нейтрализацию аммиаком при соотношении 254, равном 0,4-0,9, до 3-4, гранулирование и сушку готового продукта 1. Однако известный способ ограничивает применение конечного продукта, так как образующийся на стадии аммонизации сульфат аммония является физиологически кислой солью, в результате конечный продукт приобретает физиологическую кислотность, что ограничивает его применение, кроме этого, снижается содержание водорастворимых форм фосфора в продукте (ретроградация фосфора) за счет протекания на стадии аммонизации,как указано в патенте, конверсии сульфата кальция с образованием дикальций-фосфата,который не является водорастворимой солью. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения аммонизированного гранулированного суперфосфата 2, согласно которому разложение фосфатного сырья проводят в две стадии 12834 1 2010.02.28 на первой стадии вводят 70-90 апатита от общего количества фосфатного сырья, а разложение осуществляют серной кислотой в дигидратном режиме получения экстракционной фосфорной кислоты при соотношении ТЖ в суспензии, равном 1(1,7-2,5), остальные 10-30 от общего количества фосфатного сырья вводят в виде фосфоритов на второй стадии разложения в нерасфильтрованную фосфорнокислую суспензию, образующуюся на первой стадии, с последующей нейтрализацией до мольного соотношения 3340,95-1,3. Недостатками способа являются 1. Проведение кислотного разложения фосфатного сырья в две стадии увеличивает суммарную продолжительность кислотного разложения и требует установки дополнительного оборудования (реакторов). Так, согласно справочным данным 3, стр. 158,табл. 6.20, продолжительность пребывания пульпы в экстракторе при дигидратном режиме разложения (продолжительность первой стадии разложения) составляет от 5 до 8 часов в зависимости от вида фосфатного сырья. Объем экстрактора для стандартной технологической нитки составляет от 730 до 850 м 3 3, стр. 163. 2. Введение в технологический процесс большого количества жидкой фазы с оборотной фосфорной кислотой и стоками для поддержания оптимального для дигидратного режима соотношения ТЖ в суспензии, что требует значительных энергетических затрат для ее последующего удаления на стадиях грануляции и сушки. Так, при осуществлении технологического процесса в соответствии с прототипом (пример 1), подаваемая на стадию разложения серная кислота с концентрацией 92,5 в количестве 96,4 г разбавляется раствором разбавления (раствором оборотной фосфорной кислоты) в количестве 322 г для обеспечения оптимального для дигидратного режима разложения фосфатного сырья соотношения ТЖ и введения дополнительного количества фосфора для получения требуемой марки удобрения. В результате разбавления концентрация серной кислоты в растворе составляет 20,87 . 3. Возможность введения в технологический процесс не более 30 дешевого и доступного фосфатного сырья - фосфоритов - вместо апатита, что обусловлено наличием в составе фосфоритов значительного количества примесей полуторных оксидов, а также оксида магния, оказывающих отрицательное влияние на процесс разложения в дигидратном режиме за счет образования аморфных фосфатов железа и алюминия и ухудшения реологических свойств пульпы в присутствии солей магния. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является интенсификация процесса разложения и сокращение числа технологических стадий, снижение количества воды, вводимой в процесс, и энергетических затрат на ее последующее удаление, применение в качестве исходного сырья более дешевого и доступного фосфатного сырья - фосфоритных руд. Поставленная задача решается тем, что в способе получения аммонизированного гранулированного суперфосфата, включающем разложение фосфатного сырья серной кислотой, нейтрализацию образующейся суспензии аммиаком до мольного отношения 334, равного 0,95-1,30, гранулирование и сушку готового продукта, в качестве фосфатного сырья используют фосфориты, их разложение осуществляется серной кислотой концентрацией 53-57 при температуре 80 С в течение 1,5-2,0 часов, а перед нейтрализацией в суспензию вводят фосфорную кислоту. Осуществление процесса получения аммонизированного гранулированного суперфосфата в указанном режиме обеспечивает интенсификацию технологического процесса за счет сокращения продолжительности разложения с 5-8, при осуществлении кислотного разложения в дигидратном режиме, до 1,5-2 часов по предлагаемому способу, сокращение числа технологических стадий за счет исключения двухстадийного разложения, уменьшение энергетических затрат на стадиях грануляции и сушки за счет применения на стадии кислотного разложения более концентрированной серной кислоты концентрацией 53-57 и исключения введения в процесс растворов разбавления, вовлечение в промышленную переработку фосфоритных руд. 2 12834 1 2010.02.28 Выбор оптимальной концентрации серной кислоты на стадии разложения фосфатного сырья обусловлен двумя факторами необходимостью достижения высокой скорости и степени разложения фосфатного сырья при минимальном количестве вводимой в процесс жидкой фазы, обеспечивающем поддержание достаточной подвижности суспензии, необходимой для ее транспортировки на последующие технологические стадии гранулирования и сушки. Проведенные авторами предлагаемого изобретения экспериментальные исследования по влиянию концентрации серной кислоты на процесс кислотного разложения фосфоритов и реологические свойства образующихся фосфорнокислых суспензий позволили установить, что максимальная степень разложения достигается в области концентраций серной кислоты 35-40 , а также 53-57 . Причем вязкость образующихся при разложении суспензий при использовании кислоты концентрацией 53-57(по 2) ниже, чем для концентрации 35-40 . Эффект достижения высокой степени разложения фосфоритов до 85 за 1,5-2 часа и хорошей текучести образующейся суспензии при использовании кислоты концентрацией 53-57 является неожиданным. Этот эффект, по-видимому, является следствием изменения механизма протекания процесса разложения, в частности его диффузионного этапа, за счет увеличения геометрического размера кристаллов фосфогипса и уменьшения диффузионных торможений (снижение эффекта пассивации зерен фосфорита). Факт увеличения размера образующихся кристаллов фосфогипса подтверждается результатами рентгенофазового анализа твердой фазы продукта, основные пики которой принадлежат сульфату кальция, а также результатами электронного микроскопического анализа. Образование в результате разложения фосфатного сырья серной кислотой концентрацией 53-57 достаточно подвижной суспензии (согласно предлагаемому способу) позволяет исключить введение в процесс дополнительного количества воды с оборотным раствором фосфорной кислоты для поддержания оптимального для дигидратного режима соотношения ТЖ, равного 1(1,7-2,5) (по прототипу). Введение в процесс дополнительного количества фосфора, необходимого для получения заданных марок аммонизированного суперфосфата, обеспечивается путем его введения в суспензию перед нейтрализацией в виде упаренной фосфорной кислоты. При использовании серной кислоты концентрацией менее 53 степень разложения фосфоритов существенно снижается и увеличивается количество вводимой в процесс воды,что потребует дополнительных энергетических расходов и приведет к удорожанию конечного продукта. При концентрации более 57 суспензия теряет подвижность и загустевает. По данным химического анализа, подтвержденного расчетами технологических балансов, продукционная суспензия, образующаяся при проведении процесса разложения согласно предлагаемому способу, содержит 340,2 кг воды на 1 т готового продукта, на удаление которой необходимо затратить 0,77 кДж тепла. При проведении процесса разложения согласно прототипу в дигидратном режиме количество воды, вводимое в систему, составляет 546 кг на 1 т продукта, для удаления которой необходимо затратить 1,24 кДж. Следовательно, при осуществлении процесса по предлагаемому способу снижение энергозатрат составляет 0,47 кДж или 37,7 по сравнению с прототипом. Предложенное техническое решение поясняется следующими примерами. Пример 1. 100 г фосфоритной руды, содержащей 3025, разлагают 152,2 г 55 -ной серной кислотой в течение 2 часов при температуре 80 С и интенсивном перемешивании. В результате разложения образуется 252,2 г фосфорнокислой суспензии, содержащей 10,025 в виде усвояемой формы фосфора. Коэффициент разложения сырья составляет 84,1 . В полученную суспензию вводят 114,71 г упаренной фосфорной кислоты концентрацией 54(в пересчете на 25) и направляют на нейтрализацию. Количество введенного на стадии нейтрализации аммиака составляет 18,13 г, что соответствует мольному отношению 334, равному 1,0. 3 12834 1 2010.02.28 Полученный нейтрализованный продукт направляют на грануляцию в барабанный гранулятор в присутствии ретура, а гранулы высушиваются при температуре 95 С, соответствующей температуре продукта на выходе из барабанной сушилки в условиях действующего производства, и анализируются на содержание основных компонентов. Количество удаляемой воды 97,74 г. Возможно проведение гранулирования и сушки в едином аппарате - барабанном грануляторе-сушилке либо сферодайзере. Масса полученных гранул продукта составляет 287,3 г. Содержание усвояемых форм фосфора (в пересчете на 25) в полученном удобрении составляет 30 , азота - 6 . Пример 2. 100 г фосфоритной руды, содержащей 3025, разлагают 146,9 г 57 -ной серной кислотой в течение 1,5 часов при температуре 80 С и интенсивном перемешивании. В результате разложения образуется 246,9 г фосфорнокислой суспензии, содержащей 9,825 в виде усвояемой формы фосфора. В полученную суспензию вводят 117,98 г упаренной фосфорной кислоты концентрацией 54(в пересчете на 25) и направляют на нейтрализацию. Количество введенного на стадии нейтрализации аммиака составляет 20,92 г,что соответствует мольному отношению 334, равному 1,0. Полученный нейтрализованный продукт направляют на грануляцию в барабанный гранулятор в присутствии ретура, а гранулы высушиваются при температуре 95 С, соответствующей температуре продукта на выходе из барабанной сушилки в условиях действующего производства, и анализируются на содержание основных компонентов. Количество удаляемой воды 93,26 г. Масса полученных гранул продукта составляет 292,54 г. Содержание усвояемых форм фосфора (в пересчете на 25) в полученном удобрении составляет 30 , азота - 5,9 . Пример 3. 100 г фосфоритной руды, содержащей 3025, разлагают 186 г 45 -ной серной кислотой, в расчете на 34, в течение 2 часов при температуре 80 С и интенсивном перемешивании. В результате разложения образуется 286 г фосфорнокислой суспензии,содержащей 7,3 Р 2 О 5 в виде усваиваемой формы фосфора. Коэффициент разложения сырья составляет 69,5 , что свидетельствует о значительном снижении степени разложения фосфорита на 14,6 по сравнению с примером 1. В полученную суспензию вводят 128,39 г упаренной фосфорной кислоты концентрацией 54(в пересчете на 25) и направляют на нейтрализацию. Количество введенного на стадии нейтрализации аммиака составляет 21,55 г, что соответствует мольному отношению 334, равному 1,0. Полученный нейтрализованный продукт направляют на грануляцию в барабанный гранулятор в присутствии ретура, а гранулы высушиваются при температуре 95 С, соответствующей температуре продукта на выходе из барабанной сушилки в условиях действующего производства, и анализируются на содержание основных компонентов. Количество удаляемой воды 135,04 г, что значительно больше, чем в примере 1. Масса полученных гранул продукта составляет 300,9 г. Содержание усвояемых форм фосфора в полученном удобрении составляет 30(в пересчете на 25), азота - 5,9 . Положительный эффект предлагаемого изобретения заключается в интенсификации технологического процесса за счет сокращения продолжительности разложения с 5-8 часов при осуществлении кислотного разложения в дигидратном режиме (по прототипу) до 1,5-2 часов по предлагаемому способу, сокращении числа технологических стадий за счет исключения двухстадийного разложения, уменьшении энергетических затрат на стадиях грануляции и сушки на 37,7 за счет применения на стадии кислотного разложения более концентрированной серной кислоты концентрацией 53-57 и исключения введения в процесс растворов разбавления, вовлечении в промышленную переработку фосфоритных руд. Возможность осуществления технологического процесса согласно заявляемому изобретению подтверждена данными расширенных лабораторных испытаний, проведенных в УО 4 12834 1 2010.02.28 Белорусский государственный технологический университет и на ОАО Гомельский химический завод с использованием реального фосфоритного сырья, применяемого в цехе аммонизированного суперфосфата и серной кислоты, выпускаемой на этом предприятии. Практическая реализация изобретения может быть осуществлена на предприятиях по производству минеральных удобрений, в частности на ОАО Гомельский химический завод. Источники информации 1. А.с. СССР 1799371, МПК 705 1/06, 1997. 2. Заявке РБ 20060547, 2006 (прототип). 3. Соколовский А.А., Унанянц Т.П. Краткий справочник по минеральным удобрениям. М. Химия, 1977. - 376 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5