Содержание к диссертации
стр,
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Переработка высокомагниевого фосфатного сырья. II Характеристика ковдорского апатитового концентрата.
Существующие способы улучшения качества высокомагниевого фосфатного сырья . 16
Анализ высокотемпературных систем с участием СаО, MqO, Fe203, А1203, *;02 * 25
Задачи исследования 33
2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ РЕАКЦИЙ В СИСТЕМЕ
CaO-MOjO- Si 02~AI23~pe23 ^
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Синтез и исследование реакционной способности по
отношению к фосфорной кислоте ряда соединений, об
разующихся в системе оксидов кальция, магния, же
леза, алюминия, кремния 46
Методика проведения опытов и анализов..... 46
Результаты опытов и их обсуждение .«,..... 51
Выводы 60
3.2. Исследование влияния условий гидротермической об
работки на возможность связывания оксида магния
и других примесных составляющих ковдорского апа
титового концентрата в труднорастворимые в кисло
тах соединения 63
Характеристика исходного сырья. Методика проведения опытов и анализов 63
Результаты опытов и их обсуждение 67
стр.
3.2.3. Выводы , 69
3.3, Исследование влияния внесения добавок оксидов железа, алюминия и кремния в процессе обжига ковдорского апатитового концентрата на образование труднорастворимых в кислотах соединений магния ................. 70
3.3.1, Исследование совместного влияния добавок окси
дов железа, алюминия, кремния на реакционную
способность по отношению к фосфорной кислоте
труднорастворимых соединений магния и кальция,
образующихся в условиях гидротермической обра
ботки ковдорского апатитового концентрата ...
Планирование эксперимента ,..., 71
Методика проведения опытов и анализов. Характеристика исходных материалов ,,.,,.,.. 74
Обработка и регрессионный анализ полученных результатов ..,,,. 76
Обсуждение полученных результатов,., 82
3.3.2, Разложение обожженного с добавками оксидов
ковдорского апатитового конценірата в услови
ях сернокислотной экстракции ................ 88
3.3.2.1. Методика проведения опытов, анализов
90
и расчетов w
3.3.2.2. Результаты опытов и их обсуждение... 93
3.3.3, Опытно-промышленные испытания по термической
переработке ковдорского апатитового концент
рата ,,,,,,...,. 93
стр.
3,3.4,, Исследование влияния предварительного гранулирования шихты из ковдорского апатитового концентрата и добавок на реакционную способность оксида магния по отношению к фосфорной кислоте
и ее смеси с серной кислотой 96
3.3,4,1. Результаты опытов и их обсуждение ... 96
3.3.5, Выводы , 96
3.4. Влияние добавки оксида железа к ковдорскому апати
товому концентрату на реакционную способность сое
динений магния, образующихся при гидротермической
обработке, по отношению к фосфорной кислоте ....... 100
3.4.1. Выводы ,. »,..... 106
3.5. Исследование влияния добавки промышленного шлака к
ковдорскому апатитовому концентрату на образование
труднорастворимых в кислотах соединений магния .... 107
Планирование эксперимента 108
Обработка и регрессионный анализ полученных результатов 109
Обсуждение полученных результатов ............ 114
Выводы 121
3.6. Определение качества аммофоса, полученного на осно
ве экстракционной фосфорной кислоты из ковдорского
апатитового концентрата, подвергнутого гидротерми
ческой обработке .. 123
3.6,1. Выводы ,. 129
стр.
4. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРОИЗ
ВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ АММОФОСА ИЗ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОС
ФОРНОЙ КИСЛОТЫ, ПОЛУЧЕННОЙ НА БАЗЕ КОВДОРСКОГО АПА
ТИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА , 130
. ВЫВ ОДЫ 137
. ЛИТЕРАТУРА ., 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 154
Введение к работе
Постановление апрельского пленума ЦК КПСС 1985 г. и последующие материалы выдвигают насущные требования скорейшего перевода экономики нашей страны на путь интенсивного развития на основе всемерного внедрения в производство достижений научно-технического прогресса.
Для сельского хозяйства это означает увеличение использования эффективных видов минеральных удобрений, средств химической защиты растений, ростовых и антистрессовых веществ и минеральных кормовых добавок.
В соответствии с "Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1986-90 годы" производство минеральных удобрений намечено довести до 30-32 млн.т, в том числе фосфорных удобрений до 11,3 млн.т PgOg /I/.
Базовым продуктом промышленности фосфорных удобрений является фосфорная кислота, из которой получают двойной суперфосфат и комплексные фосфорсодержащие удобрения /2/. Мировое производство фосфорной кислоты в 1983 г. составило 23,8 млн. тонн ?2%» & в 1990 г. оно должно достичь 27,5 млн. тонн ^0% /3/. Более 90$ от всего производства фосфорной кислоты приходится на долю фосфорной кислоты, получаемой экстракционным способом.
Проблема увеличения производства фосфорсодержащих удобрений определяется прежде всего наличием и качеством фосфатного сырья.
Несмотря на сравнительно большие разведанные запасы минерального сырья, народное хозяйство нашей страны испытывает острый дефицит в качественном фосфатном сырье.
Кольский апатитовый концентрат уже сейчас не удовлетворяет по объему промышленность минеральных удобрений, а широкое применение фосфатов Ковдорского и, в известной мере, Каратауского мес-
торождений сдерживается наличием в этом сырье превышающих установленные нормы количеств примесей, в первую очередь, магния /3/.
Проблема обезмагнивания фосфатных руд до настоящего времени не нашла своего рационального, экономически приешемого решения. Имеющиеся способы связаны с расходом дорогостоящих кислот и потерями ?2%« Таким образом, задача устранения вредного влияния магния на процесс переработки магнийеодержащего фосфатного сырья с получением качественных продуктов остается актуальной»
В связи с этим, настоящая работа посвящена изучению возможности термохимической иммобилизации магния в природных фосфатных рудах путем связывания его в соединения с ограниченной растворимостью в кислотах,
В качестве представителя магнийеодержащего фосфатного сырья нами использованы два типа ковдорского апатитового концентрата: форстеритный, содержащий 33, PgOg, 6,2$ Мер и 1,9$ COg и карбонатный, в котором при 35,6$ Р2%' сОДврж^ие МоО достигало 5,01%, С02 - 4,6$.
В работе ставилась задача установления условий гидротермической обработки ковдорского апатитового концентрата, обеспечивающих наименьшую степень перехода М^О, Ре^Оз и доломитового СаО, содержащихся в фосфатном сырье, в кислотную вытяжку при разложении обожженных образцов фосфорной кислотой и смесью фосфорной и серной кислот в условиях сернокислотной экстракции.
Термодинамическими расчетами подтверждена вероятность взаимодействия доломита и форстерита с оксидами железа, алюминия и кремния в интервале температур 500-1300С с образованием таких соединений как шпинель (Mo^L^). магнезиоферрит (Мо^^С^), кор-диерит (Mo^I^ ^'5^18^ и ДИ0ПСИД (CaM Осуществлен синтез этих соединений в условиях гидротермического обжига с использованием индивидуальных оксидов или минералов, являющихся примесными составляющими фосфатного сырья. При экспериментальном исследовании реакционной способности синтезированных соединений по отношению к фосфорной кислоте установлено, что наименьшая степень перехода оксида магния в раствор из этих соединений наблюдается для магнезиоферрита и кордие-рита, наибольшая - для шпинели. Для двух образцов ковдорского апатитового концентрата установлено, что гидротермический обжиг при температурах Ю00-П00С и концентрации водяных паров в газовой фазе 18% обеспечивает практически полное разложение их фосфатной части при фосфорнокис-лотной обработке образцов. Степень перехода оксида магния в раствор при этом понизилась за счет обжига форстеритного образца на ~5%, карбонатного - на 7%, Это показало возможность осуществления направленного синтеза труднорастворимых в кислотах соединений магния, например, магнезиоферрита и кордиерита в фосфатном сырье путем добавления к нему перед обжигом соответствующих оксидов. Дальнейшими экспериментами установлены оптимальные условия обжига, в которых при степени разложения фосфата по Р%0» равной 99,0%, в твердой фазе после фосфорнокислотной обработки оставалось до 27% оксида магния (от поступившего с образцом). В результате обработки обожженных в оптимальных условиях образцов смесью фосфорной и серной кислот в условиях, близких к получению экстракционной фосфорной кислоты в дигидратном режиме, установлено, что содержание оксида магния, остающегося в твердой фазе, составило также 27% от поступающего с фосфатом. В твердой фазе остается до 92% 5 от П0СТУпаюЩеГ0 на разложение с образ- цом; степень разложения фосфата по РоЪ^ .9856« Показано, что улучшение условий твердофазных превращений путем грануляции шихты перед обжигом увеличивает остаточное содержание Мо^О в твердой фазе после фосфорнокислотного разложения до 80%, а после сернокислотной экстракции - до 64%. Получена фосфорная кислота, содержащая 30% PgO^ с отношением (MoO/PgOg)-100= = 5%, что свидетельствует о ее пригодности для производства фосфорсодержащих удобрений. Установлена возможность замены добавок индивидуальных оксидов при гидротермическом обжиге на отход Кировобадского алюминиевого завода - шлака, содержащего 44,5% PegOg, 4,5% AlgOg, 50,0% ti 0g. Определены оптимальные условия обжига, обеспечивающие после фосфорнокислотного разложения образца величину остаточного содержания оксида магния в твердой фазе, равную 28%. При условии предварительной грануляции шихты эта величина повышается до 76%. После разложения образца, обожженного вгранулированном виде, в условиях сернокислотной экстракции в твердой фазе остается до 60% оксида магния от поступившего с фосфатом. Продукционная кислота содержит 30% Р205; 1,7% М<^0; 0,7% Ре203; 0,53% AlgOg, 0,1% Р. Последующая нейтрализация кислоты газообразным аммиаком позволила получить аммофос, соответствующий по своему качеству требованиям стандарта (марка А). Предлагаемый в работе метод термической обработки ковдорско-го апатитового концентрата защищен положительным решением на авторскую заявку № 3672448/23-26 (169614) от 12.05.85г. и может быть использован для облагораживания магнийсодержащего фосфатного сырья других месторождений, например, Каратау. Результаты проведенных исследований переданы и/о "Минудоб-рениям с целью их дальнейшей реализации в производстве экстрак- V- ционной фосфорной кислоты из магнийсодержащего фосфатного сырья. В соответствии с этим на защиту выносятся : способ термохимической иммобилизации магния и других примесных составляющих фосфатного сырья, путем перевода их в труднорастворимые в кислотах соединения; результаты исследования реакционной способности синтезированных соединений по отношению к фосфорной кислоте; результаты исследования условий образования труднорастворимых в кислотах соединений магния в процессе термообработки ковдорского апатитового концентрата ( до 6% МоО ) в присутствии добавок оксидов железа,алюминия и кремния. Работа выполнена в соответствии с координационным планом АН СССР по направлению "Химизация сельского хозяйства1* на 1983-1985гг., раздел 2.30.1.4., № госрегистрации 79032239. - II -Похожие диссертации на Использование магнийсодержащего фосфатного сырья для получения фосфорной кислоты и удобрений
