ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ

Айтимиш М.Б., Суйгенбаева А.Ж., Жунисбекова Д.А., Кошкарбаева Ш.Т., Якубова Р.Р.

ЮКГУ им. М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан

Применение аммофоса под основную обработку почвы является важным фактором повышения его эффективности, особенно это относится к засушливым районам. Поскольку микроэлементы вводятся в сульфат калия в небольших количествах по отношению к основному веществу, в соответствии с требованиями агрохимии необходимо исследовать их поведение в процессе кристаллизации сульфата калия из растворов.

Для выяснения механизма распределения микроэлементов между раствором и кристаллами сульфата калия мы исследовали со кристаллизацию сульфатных солей меди, цинка и кобальта с сульфатом калия в присутствии сульфата магния в жидкой фазе при 25 и 50°С [1].

Известно, что микроэлементы с сернокислым калием образуют двойные соли K₂SO₄∙MeSO₄∙6Н₂О (Ме-Сu,Zn,Со), поэтому процесс сокристаллизации солей изучали при концентрациях солевых компонентов в области существования чистого сульфата калия. [2].

Для выяснения механизма захвата микропримесей сульфатом калия вычисляли коэффициенты распределения В.Г. Хлопина

(1)

и коэффициент распределения по логарифмической формуле Дернера-Госкинса

, (2)

где: а, в - соответственно концентрации микро- и макрокомпонентов в растворе до кристаллизации; х, у - концентрации микро- и макрокомпонентов в осадке; α-x, b-у- концентрации микро- и макрокомпонентов в растворе после кристаллизации.

Полученные результаты показывают, что для изученных систем наблюдается гомогенное распределение микрокомпонентов в кристаллах сульфата калия (D=const, λ=const) (таблица1).

Коэффициент распределения для разных концентраций Сu⁺², Zn⁺²,Со⁺² остается постоянной величиной, что свидетельствует о подчинении процессов сокристаллизации закону В.Г. Хлопина. Это обусловливается хорошей растворимостью осадка, успевающего многократно перекристаллизоваться, вследствие чего происходит выравнивание концентрации микрокомпонентов в осадке. С ростом температуры они уменьшаются, что объясняется увеличением отношения активных концентраций макро- и микрокомпонентов в растворе [3-7].

Для установления закономерностей распределения при переходе от микроконцентраций к макроконцентрациям исследуемых компонентов определяли коэффициенты D и λ при 25 и 50°С и концентрациях микрокомпонентов: 0,43 и 1,37 масс. % Сu; 0,43 и 1,57 масс. % Zn ;0,43 и 2,18 масс. % Со, выше которых образуются соответствующие двойные соли меди, цинка и кобальта. Выявлено, что исследуемые системы характеризуются одной константой (D =const) в изученных пределах концентраций солевых компонентов. (таблица 1).

Таблица 1 – Коэффициенты распределения Сu , Zn, Со в системе K₂SO₄∙Н₂О

Температура, С^0	Содержание микрокомпонентов в растворе, масс,%		Содержание макрокомпонентов в растворе, масс,%		Содержание микрокомпо-нента в осадке, масс,%	Содержание макрокомпонента в осадке, масс,%	Коэффициенты распределения
	до кристаллизации	после кристаллизации	до кристаллизации	после кристаллизации
							D	λ
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Метод изотермического снятие пересыщения растворов
Медь
25	0,09	0,10	17,94	10,98	0,09	99,97	0,103	0,140
	0,18	0,19	17,86	11,05	0,17	99,57	0,100	0,120
	0,27	0,28	17,64	10,95	0,26	99,36	0,102	0,140
					среднее		0,102
50	0,18	0,17	17,86	13,88	0,11	99,72	0,086	0,086
	1,17	1,23	17,17	14,48	0,68	98,29	0,080	0,100
	1,37	1,52	17,03	15,02	0,92	97,68	0,093	0,118
					среднее		0,087
Цинк
25	0,09	0,10	17,94	10,97	0,04	99,91	0,039	0,064
	0,18	0,19	17,75	10,88	0,06	99,85	0,033	0,047
	0,25	0,26	17,65	11,11	0,08	99,80	0,034	0,043
					среднее		0,035
50	0,09	0,10	17,94	14,16	0,01	99,97	0,016	0,016
	1,19	1,32	17,06	14,27	0,13	99,76	0,014	0,017
	1,57	1,67	16,76	14,34	0,17	99,57	0,015	0,013
					среднее		0,015
Кобальт
25	0,09	0,10	18,01	10,77	0,02	99,95	0,020	0,035
	0,18	0,21	17,85	10,90	0,04	99,89	0,020	0,037
	0,27	0,28	17,53	10,70	0,05	99,87	0,019	0,024
					среднее		0,020
50	0,09	0,10	18,00	13,89	0,01	99,98	0,011	0,015
	0,27	0,28	17,53	13,98	0,03	99,94	0,010	0,017
	1,11	1,10	17,05	13,97	0,09	99,76	0,011	0,010
	1,83	1,84	16,43	14,53	0,13	99,65	0,010	0,007
	2,18	2,14	16,13	15,04	0,14	99,63	0,010	0,013
					среднее	0,011
Метод изотермического испарения растворов
Медь
25	0,10	0,19	10,65	11,00	0,18	99,54	0,101	1,148
	0,21	0,40	10,60	11,09	0,34	99,16	0,094	1,144
	0,32	0,56	10,55	11,36	0,52	98,72	0,104	0,173
					среднее		0,100
50	0,14	0,18	14,01	14,22	0,11	99,73	0,083	0,110
	0,28	0,36	13,93	13,97	0,21	99,48	0,081	0,090
	0,42	0,54	13,84	13,90	0,34	99,15	0,088	0,103
	0,56	0,71	13,75	13,83	0,42	98,20	0,081	0,093
					среднее		0,083
Цинк
25	0,11	0,19	10,64	11,30	0,06	99,84	0,036	0,054
	0,22	0,39	10,60	11,54	0,11	99,74	0,031	0,045
	0,32	0,50	10,55	11,01	0,16	99,59	0,036	0,045
	0,43	0,65	10,50	12,09	0,15	99,62	0,030	0,049
					среднее		0,033
50	0,14	0,20	14,01	14,25	0,02	99,95	0,013	0,020
	0,42	0,53	14,84	13,90	0,06	99,85	0,015	0,020
	0,56	0,67	13,75	13,86	0,07	99,83	0,014	0,017
					среднее		0,014
Кобальт
25	0,11	0,20	10,64	10,80	0,04	99,90	0,019	0,029
	0,32	0,55	10,54	10,64	0,10	99,75	0,018	0,025
	0,43	0,73	10,48	11,36	0,12	99,69	0,017	0,021
					среднее		0,018
50	0,14	0,18	14,00	14,10	0,01	99,96	0,010	0,008
	0,28	0,35	13,91	13,96	0,02	99,94	0,009	0,009
	0,56	0,68	13,72	13,89	0,05	99,87	0,010	0,011
					среднее		0,010

Результаты исследования подтверждают, что наличие сокристаллизации и механизм включения изучаемых ионов меди, цинка и кобальта при 25 и 50°С примерно постоянны для каждой температуры и приближается к ранее найденному значению (таблица 2).

Таблица 2 – Средние значения коэффициента распределения Сu , Zn, Со в системе K₂SO₄∙Н₂О при 25 и 50°С

Микроэлементы	Температура, °С	В присутствии сульфата магния	В отсутствии сульфата магния
Метод изотермического испарения растворов
Cu	25	0,116	0,100
	50	0,085	0,083
Zn	25	–	0,033
	50	–	0,014
Со	25	–	0,018
	50	–	0,010
Метод изотермического снятия пересыщения растворов
Cu	25	0,105	0,102
	50	–	0,087
Zn	25	0,032	0,035
	50	0,013	0,015
Со	25	0,018	0,020
	50	0,009	0,011

Коэффициент pаспределения изучаемых ионов последовательно уменьшается по ряду Cu>Zn>Со, несмотря на то, что они имеют приблизительно одинаковый ионный радиус. Это, по-видимому, связано с растворимостью соответствующих сульфатов микроэлементов и их активностью в изучаемых системах.

Таким образом, в изученных системах имеет место гомогенное распределение микрокомпонентов. Такой вывод справедлив для концентраций микрокомпонентов: 0,03-1,37 и 0,22-3,90 масс. % CuSO₄; 0,17-1,87 и 0,22-4,62 масс. % ZnSO₄; 0,18-2,96 и 0,23-5,96 масс. % CoSO₄ при 25 и 50°С соответственно до содержания в жидкой фазе 15% сульфата магния.

Резyльтаты исследования показывают, что из шенита в определенных технологичеcких условиях можно получать сульфат калия с равномерно распределенными в нем микроэлементами. Но поскольку шенит содержит в достаточном количестве сульфат магния, для полного извлечения его в раствор в одну стадию требуется больше воды и соли микроэлемента. Это свидетельствует о целесообразности проведения процесса в две стадии с получением на I стадии промежуточного продукта с невысоким содержанием сульфата магния, чтобы для переработки его на сульфат калия, содержащего микроэлементы, не требовалось избытка воды, снижающего выход конечного продукта.

Литература

1.Набиев М.Н., Кучаров X., Осичкина Р.Г., Тухтаев С. Изучение сокристаллизации сульфатов цинка и кобальта с сульфатом калия. - Ж. неорган. химии. 1978. т. 23. № I. с. 30-33.

2.Хлопин В.Г. Избранные труды. - М.-Л.: изд-во АН СССР. 1957. т. I. - 372 с.

3.Мелихов И.В., Меркулова М.С., Сокристаллизация. - М.:Химия, 1975.-280с.

4.Ильин А.П. Современные проблемы химической технологии неорганических веществ. – Иваново, Иван. гос. хим.технол. ун-т, 2011.

5.Кирный В.Л. О распределении пульпы в секционированной сушилке - грануляторе кипящего слоя // Вісник СумДУ. Серія Технічні науки. - 2003.-№3 (49). - С. 116–120.