Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время фосфориты бассейна Каратау являются, по-существу, единственным источником получения фосфорных удобрений для всего региона Средней Азии. Однако, в последние годы отмечается тенденция к постепенному ухудшению качества сырья.
Существующие в настоящее время технологии переработки низкосортных фосфоритов Каратау на экстракционную фосфорную кислоту, аммофос, который представляет, в сущности, высушенную после нейтрализации аммиаком фосфорную кислоту, и аммофосфат, при получении которого лишь незначительная часть сырья разлагается фосфорной кислотой, связаны с перерасходом минеральных кислот и нерациональным использованием сырья. В связи с этим постановка работ в области эффективности использования фосфатного сырья бассейна каратау становится актуальной, проблема рентабельности производства фосфорных удобрений может быть решена путем уменьшения затрат дефицитных минеральных кислот с переходом производства на ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие глубокое разложение фосфатной руды.
Одним из наиболее перспективных направлений решения этой проблемы является сочетание уже имеющихся различных методов переработки фосфатных руд, таких как кислотно - термический, с активацией сырья. Из существующих вариантов активации (механическая, механо-химическая и химическая) к наиболее эффективной, исключающей использование аппаратов - активаторов, относится химическая активация. Она может применяться как начальное звено в технологической нитке при кислотно - термической переработке фосфорита. Сущность процесса заключается в предварительной обработке фосфорита слабокислым раствором минеральных кислот с последующим разложением его экстракционной фосфорной кислотой и низкотемпературной термообработкой полученной смеси. Однако, в литературе недостаточно полно освещены
2.
вопросы, касающиеся разложения фосфорита Каратау разбавленными минеральными кислотами в зависимости от концентрации, соотношения исходных компонентов, температуры и продолжительности процесса и не показано влияние этих факторов на степень перехода СаО и Р2О5 в раствор.
Связь с планом основных научных работ. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательской работы лаборатории химии фосфорных удобрении ИХН им.А.Б.Бектурова HAH РК "Синтез неорганических веществ и материалов многофункционального назначения" (И госрегистрации 0194РК00002)
Цель работы. Настоящее исследование посвящено физико -химическому изучению распределения основных компонентов фосфорите! Каратау ыежду ;їцц;;сй ;: тпердей фэгзаа при кислотно» разложении и оптимизации параметров кислотно - термического процесса переработки активированного фосфорита на удобрения.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
изучить последовательность перехода СаО и Р2О5 из природных фосфатов в слабокислые растворы минеральных кислот в зависимости от различных факторов (ТС, соотношения Т : К, концентрации кислоты и продолжительности процесса);
изучить состав и свойства твердых фаз, выделенных после обработки природных фосфатов разбавленными кислотами;
изучить кислотно - термический процесс разложения фосфорита Каратау в условиях активации;
- определить оптимальные составы продуктов и условия их получения.
Научная новизна. Впервые получена количественная характеристика процесса активации природного фосфатного сырья разбавленными минеральными кислотами. Выявлено, что степень перехода основных компонентов сырья является функцией концентрации кис-
3. лоты и соотношения Т : Ж, с ростом которых увеличивается. Установлены закономерности перехода СаО и Р2О5 в жидкую фазу и показано опережающее извлечение СаО. Твердые фазы, выделенные после кислотной обработки, характеризуются дефицитом кальция и представляют собой активированную фосфатную часть сырья. Вследствие этого, степень разложения их в кислых средах выше в 1.5 - 2.0 раза по сравнению с исходным фосфоритом.
Впервые получена математическая модель фосфорно - кислотно - термического процесса разложения активированного фосфорита Каратау при различном соотношении исходных компонентов (1.0 < R і 2.0) и значениях рН среды в зависимости от степени активации сырья, которая позволяет прогнозировать свойства продуктов и выбирать условия получения удобрений с оптимальным соотношением быстро- и медленнорастворимых фосфатных форм.
Практическая ценность. Полученные результаты позволяют прогнозировать свойства продуктов кислотно - термической переработки активированного фосфорита Каратау в зависимости от соотношения исходных компонентов. Определены оптимальные составы и условия их получения при пониженном расходе кислотного реагента.
Разработан способ переработки фосфорита Каратау, основанный на предварительной его активации с последующей фосфорно -кислотно - термической переработкой при пониженном расходе кислотного реагента. Предложенный способ апробирован на АО "ДСЗ" (г.Жамбыл) и защищен патентом РК N1545, опубл. от 15.12.94 г. в бюл. N 4.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях АО "ДСЗ" и АО "НОДФОС".
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 научных работ и получен 1 патент РК.
4. Структура и объем диссертации. Работа состоит ив введения, 6 глав, заключения, выводов и приложения. Во введении показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи работы. В первой главе рассмотрены и обобщены литературные сведения по кислотным методам переработки природного фосфатного сырья. Аналитический обаор литературных данных показал, что низкоконцентрированные кислоты применяются, в основном, в процессе обогащения сырья. В литературе относительно мало данных о взаимном влияниии концентрации кислоты, соотношения Т:Ж, температуры и продолжительности процесса на степень перехода основных компонентов фосфатного сырья в раствор. Кроме того, мало данных по использованию слабокислых растворов минеральных кислот как реагентов химической активации фосфоритов, и в частности, фосфорита Каратау. На основании приведенного литературного анализа дано обоснование выбранного направления исследования. Во второй главе приведены характеристики объектов исследования и методы проведения анализов. Третья глава посвящена изучению жидких фаз, образующихся при разложении природных фосфатов разбавленными минеральными кислотами. Изложены результаты изучения влияния основных параметров процесса на степень перехода СаО и Р2О5 в раствор и показано опережающее извлечение СаО. В четвертой главе проведен физико-химический анализ твердых фаз, выделенных после кислотной обработки природных фосфатов. Выявлено, что в них формируется дефицит кальция по отношению к исходному содержанию его в структуре фтора-патита. что способствует повышению реакционной способности объектов исследования. В пятой главе представлены экспериментальные данные по изучению продуктов, полученных при активации фосфорита в слабокислых средах с последующей температурной обработкой образующейся пульпы. Установлена возможность получения в исследуемых условиях удобрений длительного действия
