Введение к работе
Актуальность проблемы. Дальнейшая интенсификация сельского хозяйства невозможна без увеличения производства и применения фосфорсодержащих удобрений. Однако, ресурсы богатых фосфатных руд, используемых в настоящее время в химической промышленности, ограничены. Возникла потребность более широкого использования бедных фосфоритов для получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) и на её основе - концентрированных удобрений.
Технологические линии ЭФК из низкосортных фосфоритов Каратау эксплоатируются на заводах среднеазиатского региона уже с 70-х годов, но производственные процессы протекают нестабильно и требуют больших энергетических и сырьевых затрат по сравнению с использованием апатитов и богатых фосфоритов. С учётом наметившегося обострения дефицита фосфатного сырья в перспективе прогнозируется использование ещё более низкосортных руд, в частности Чилисайского месторождения и др. В связи с этим разработка более эффективной технологии фосфорной кислоты из бедного фосфатного сырья является весьма.актуальной.
Решение проблемы использования низкосортных фосфоритов требует разработки технологии ЭФК из этого сырья с учетом его особого строения и свойств. В литературе опубликованы результаты ряда исследований в этой области, но почти все они посвящены изучению узкого круга факторов, определяющих технологический процесс. Одни работы направлены на изучение химического состава бедного сырья ( в виде усреднённых данных) и его влияния на параметры технологического режима; при этом, как правило, не учитывается фракционирование компонентов среди частиц сырья разных размеров. В других - исследуются физико-механические и реологические свойства и их связь с химической акгивностью компонентов. В третьих -рассматриваются кристаллическая структура и физико-химические свойства твердой фазы в отрыве от технологических особенностей процесса. Между тем, очевидно, что для разработки эффективной технологии ЭФК из низкосортных фосфоритов необходимо обобщение всего комплекса исследований фосфатного сырья: его химических, физико-химических, структурно-кристаллических и технологических характеристик с учётом особенностей состава и свойств различных фракций частиц по размерам. Таких данных в литературе недостаточно, а в известных работах в большинстве случаев результаты отнесены к некоторым, усреднённым по химическому и дисперсному составу, образцам, что часто не позволяет сделать правильные выводы.
В последнее время опубликованы результаты исследований влияния разупорядоченности кристаллической структуры различных солевых систем и её дефектов на большой комплекс химических и физико-химических
свойств дисперсных материалов и параметров технологических процессон однако такие данные для систем, содержащих природные фосфаты, литературе практически отсутствуют. В связи с этим изучени разупорядоченности кристаллов в фосфатном сырье приобретает весьм важное значение.
Целью настоящей диссертации является комплексное изучени, физико-химических и технологических свойств различных видов бедногі фосфатного сырья в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы обобщение на этой основе прогрессивных технологических решений і производстве экстракционной фосфорной кислоты и разработк< рекомендаций по совершенствованию её технологии из низкосортны фосфоритов Каратау. Эта цель не позволяет решить сформулированнун выше проблему в целом, но даёт возможность наметить новые пути ее решения. Поставленная цель диссертации достигается изучением ] разработкой следующих вопросов:
- определением и анализом химического и вещественного состав;
отдельных фракций фосфоритных порошков различных месторождений і
степени разупорядоченности кристаллической структуры их фосфатног<
компонента методами химического, рентгенографического . и ИР
спектрометрического исследований;
- исследованием поверхности и пористости зёрен фосфоритої
различных размеров с использованием сканирующей злектроннбі
микроскопии и различных методов измерения удельной поверхності
дисперсных материалов;
исследованием смачиваемости отдельных фракций различного сыры с учётом необходимости доработки существующей методики применительш к фосфоритным порошкам, отличающимся высокой гидрофобностью і неоднородностью химического и дисперсного состава;
разработкой промышленного способа сепарации фосфатного сыры на две фракции для их дальнейшего раздельного использования;
- технологических исследований по переработке получаемы>
фракций.
Научная новизна. Впервые выполнено комплексное исследование полного химического, вещественного и дисперсного составов различны> видов бедного фосфатного сырья Каратауского и Чилисайскогс месторождений для производства ЭФК в сравнении с Кольским апатитовый флотконцентратом, а также физико-химических, кристалло-структурных v технологических свойств отдельных фракций образцов.
Получены количественные данные о минералогическом составе, пористости и удельной поверхности фракций указанных образцов. содержании минералов в них, параметрах кристаллических ячеек апатитовых зёрен, размерах кристаллических блоков, степени разупорядоченности ш структуры; установлен факт влияния последней на технологию ЭФК
Впервые найден способ раздельного определения удельной поверхности микро-, мезо- и макро-пористой структуры порошков и проведён анализ этих величин в зависимости от их состава и размеров частиц.
Разработаны новые представления о механизме кислотного разложения фосфоритов, предложено уравнение для описания скорости процесса.
Теоретически и экспериментально доказано, что использование фосфоритной муки грубого помола из бедных фосфоритов в технологии ЭФК не может быть рекомендовано для внедрения. Сформулировано основное направление в решении проблемы использования фосфоритов Каратау в технологии ЭФК: сепарация тонкодисперсной фракции сырья (<40 мкм) и её переработка в отдельном технологическом процессе. Определены возможность и' условия использования этой фракции в производстве аммофосфата.
Практическая полезность. Теоретически разработан и проверен в промышленных условиях процесс получения ЭФК с предварительным отделением тонкодисперсной фракции фоссырья. На основе проведенных исследований разработаны исходные данные для конструирования опытно-промышленной установки пневмосепарации фосфоритной муки, созданной на Чард>куском заводе. По результатам её.испытаний было принято решение о внедрении метода сепарации сырья и использовании отсева в цехе аммофосфата ЧХЗ.
Разработаны рекомендации по совершенствованию обогащения бедного фосфатного сырья для производства ЭФК.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на 6 Всесоюзной конференции по фосфатам (Алма-Ата, 1984), секции Учёного совета НИУИФ.
Публикации. По результатам исследования опубликовано 6 статей, получено 1 авторское свидетельство об изобретении, одна статья находится в печати.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх частей, 18 разделов, общих выводов, библиографического списка, включающего 94 ссылки на опубликованные статьи и трёх приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц и 24 рисунка.
