Получение монокальцийфосфата из фосфоритов Каратау

ПОЛУЧЕНИЕ МОНОКАЛЬЦИЙФОСФАТА ИЗ ФОСФОРИТОВ КАРАТАУ

Мырзахметова Б.Б., Бестереков У., Петропавловский И. А.

ЮКГУ им.М.Ауезова, Казахстан, г.Шымкент ,

РХТУ им.Д.Менделеева, г.Москва

Резюме

Предложен способ получения монокальцийфосфата из фосфоритов Каратау жидкофазным методом в условиях рецикла маточного раствора, изучены состав и удобрительные свойства полученного продукционного монокальцийфосфата.

Summary

The of receiving monocalcium phosphate on the basic of phosphorite Karatau by liquid phase method in condition of recycle the mother solution are suggested, structure and fertilizing properties of receiving productional monocalcium phosphate are studied.

Целью исследования явилось выявление возможности переработки Каратауского фосфатного сырья по рециркуляционной схеме с получением монокальцийфосфата (МКФ). Исследованы два вида Каратауского фосфорита месторождений Кокджон и Коксу (Таблица 1). В основе графических исследований и расчетов процесса разложения фосфатного сырья использована известная диаграмма растворимости в системе CaO-P₂O₅-H₂О [2; 3]. В условиях рецикла маточного раствора и температурно-концентрационных условий, необходимых для достижения максимального выхода МКФ, графическим путем анализировался максимальный выход Р₂О₅ в виде Са(Н₂РО₄)₂H₂О кристаллической формы.

Таблица 1.Химический состав образцов фосфорита Каратау

№	Фосфорит месторождения	Содержание основных компонентов, %
1.	Кокджон	Р₂О₅	СаО	MgO	Fe₂O₃	А1₂О₃	F	СО₂	н.о.	Н₂О
1.	Кокджон	26,13	45,28	1,84	0,68	0,97	1,93	8,78	8,43	5,96
2.	Коксу	21,39	35,72	0,97	0,91	0,95	2,79	3,95	28,27	5,05

Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что образец фосфорита 1 относится к высококарбонизированному типу, содержащий карбонаты Са и Mg, а

образец 2- кремнистистому типу с повышенным содержанием SiO₂ (н.о.)

Результаты графических расчетов показали, что норма фосфорной кислоты составляет 450-500 % избытка от стехиометрии для концентрации 40 % P₂O₅при температурах кристаллизации 313 К и разложения 368 К. Отсюда следует вывод, что циркуляционный фосфорнокислотный метод переработки низкосортного фосфатного сырья 4-5,5-кратным избытком фосфорной кислоты является целесообразным, и этот процесс с целью научного обоснования новых возможностей обеспечения наиболее высокой степени использования исходного сырья, требует дальнейших экспериментальных исследований, в результате которых определяются оптимальные условия осуществления отдельных стадий процесса.

Процесс получения МКФ описывается общеизвестными уравнениями реакций [4]:

Ca₅(PO₄)₃F +7H₃PO₄ + 5H₂O = 5Ca(H₂PO₄)₂•Н₂О + HF

CaСO₃ +2H₃PO₄ = Ca(H₂PO₄)₂•Н₂О + СО₂

(Al,Fe)₂О₃ +2H₃PO₄ + H₂O = 2(Al, Fe) PO₄•Н₂О +2H₂O

В результате графического анализа [1] и расчета материальных потоков процесса выявлены соотношения между массами фосфата и фосфорной кислоты поступающего на разложение. Определены также выход кристаллов Ca(H₂PO₄)₂•Н₂О, состав и масса маточного раствора после их отделения. Полученные результаты использованы в качестве основы для постановки экспериментов по исследованию процесса фосфорнокислотного разложения фосфатного сырья.

При организации рециркуляционного процесса, как известно [5], фосфорит подвергается разложению при Т 368К, а затем отделяется и отмывается от фосфорной кислоты нерастворимый остаток. В дальнейшем система охлаждается до 313 К, при которой происходит кристаллизация МКФ. МКФ нейтрализуется аммиаком или оксидом кальция. Маточный раствор после отделения продукционного монокальцийфосфата, содержащий Ca(H₂PO₄)₂в пределах растворимости, возвращается на стадию разложения (рисунок 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема получения монокальцийфосфата

В лабораторных условиях был получен МКФ по жидкофазному методу в условиях рецикла маточного раствора. Химический анализ полученного продукционного МКФ показал, что продукт достаточно концентрирован основным веществом. Содержание Р₂О_5общ достигает 50-54%. При этом весь Р₂О₅находится в водорастворимой форме, а доля свободной формы Р₂О_5своб в виде неотделенной фосфорной кислоты составляет 18-20%. Для улучшения физических показателей МКФ ее необходимо нейтрализовать. Электронно-микроскопический снимок кристаллов МКФ, полученных после отделения от маточного раствора, а также результаты их элементного химического анализа, приведены на рисунке 2 и в таблице 2.

Рисунок 2-Электронно-микроскопический снимок МКФ

Талица 2-Результаты элементного химического анализа МКФ

Элемент	Mg	Al	P	S	Ca	Fe
Весовой,%	0,04	0,05	25,9	0,08	13,05	0,06

Из данных рисунка 2 и таблицы 2 следует, что в продукте фтор отсутствует, а магний, алюминий и железо содержатся в пределах от 0,04-0,06

Были проведены рентгенографический и ИК-спектральный исследования. По рентгенограмме и ИК-спектрам МКФ определены его основные составные компоненты.

Таким образом, в лабораторных условиях установлена возможность получения продукционного монокальцийфосфата, определены оптимальные параметры всех стадий процесса, выяснены его удобрительные и кормовые свойства.

Литература

1. Мырзахметова Б.Б., Бестереков У.Б., Петропавловский И.А., Получение двойного суперфосфата из фосфоритов Кокджон и Коксу жидкофазным методом. –М.:Объединенный научный журнал (АНП), 2012 №2

2. Соколовский А.А., Яхонтова Е.Л., Применение равновесных диаграмм растворимости в технологии минеральных солей.- М.: Химия,1982.

3. Кислотные методы переработки фосфатного сырья\Л.Яхонтова, И.А. Петропаловский, В.Ф. Кармышов, И.А. Спиридонова. –М.: Химия, 1988.

4. Переработка фосфоритов Каратау.//Под ред. Позина М.Е. и др.-Л.: Химия,1975.-272с

5. Исследование процесса кристаллизации и фильтрации монокальцийфосфата при циклическом способе переработки низкосортных фосфоритов Каратау / С. О. Ахметова, Ш. М. Молдабеков, А. Б. Ажиметова // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2003.