Содержание к диссертации
1. ВВЕДЕНИЕ 4
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
2.1. Способы производства односторонних фосфорных удобрений 9
2.2. Физико-химические исследования в области кислотной переработки фосфоритов 17
2.3. Обоснование работы и задачи исследования 20
3. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РАЗЛОЖЕНИЯ... 23
3.1. Методы исследования и методика проведения эксперимента 23
3.2. Термодинамические предпосылки процесса разложения 26
3.3. Исследование кинетики разложения монокальций-фосфата (Ш®) 30
3.4 Изучение процесса разложения монокальцийфос фата, образующегося при взаимодействии фосфатного сырья с фосфорной кислотой (МШБпкр) 40
3.4.1. Исследование кинетики разложения моно-кальцийфосфата 40
3.4.2. Влияние содержания фосфорной кислоты на степень разложения монокальцийфос фата 47
3.4.3. Термохимическое исследование процесса разложения монокальцийфосфата 47
3.5. Выводы к разделу 57
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 60
4.1. Характеристика исходного сырья и методика проведения модельных опытов 60
4.2. Влияние условий разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой на последующие стадии технологического процесса
4.2.1. Влияние концентрации кислоты и температурного режима 67
4.2.2. Влияние нормы фосфорной кислоты и дисперсности фосфатного сырья 70
4.2.3. Влияние времени разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой 72
4.3. Зависимость степени разложения МКФпкр от влажности пульпы • 76
4.4. Изучение процесса сушки 78
4.5. Влияние содержания магния в фосфатном сырье на технологические показатели процесса 88
4.6. Выводы к разделу 5. ПОЛУЗАВОДСКИЕ ИСПЫТАНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ... 94
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ФОСФОРНОГО УДОБРЕНИЯ ПО РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ... 112
7. АГРОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛУЧЕННОГО УДОБРЕНИЯ 125
ОЩИЕ ВЫВОДЫ 133
ЛИТЕРАТУРА 136
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития народного хозяйства СССР на І98І-І985гг. и на период до 1990 года, принятыми ХХУІ съездом КПСС, а также планом на XI пятилетку, предусматривается довести в 1985г. производство минеральных удобрений до 36-37 млн.т в пересчете на 100% питательных веществ и поставить сельскому хозяйству не менее 26,49 млн.т минеральных удобрений /І/. В течение XI пятилетки наша страна по уровню производства удобрений должна вплотную приблизиться к общему объему их выпуска шестью ведущими капиталистическими странами мира (США., Англия, Франция, ФРГ, Япония, Италия).
В 1980 году за один день производилось такое количество удобрений, которое в 1940 году страна могла выпустить только за месяц, а в 1965г. для этого необходимо было более трех суток. За 15 лет (І966-І980гг.) выпуск минеральных удобрений увеличился в 3,3 раза. В настоящее время СССР производит туков больше, чем все капиталистические страны Западной Европы вместе взятые. В 1979-1980 хозяйственном году, по данным ФА0, они произвели 22,7 млн.т питательных минеральных удобрений в пересчете на 100%, а СССР в 1980г. 24,8 млн.т /2/. Мир сегодня производит в питательных веществах более 120 млн.т туков. Из них на долю Советского Союза приходится 20,7%. Доля шести ведущих капиталистических стран мира - США, ФРГ, Франция, Англия, Италия и Япония - составляет 32%.
Таким образом, в нашей стране создана крупнейшая в мире туковая промышленность. В результате развития туковой промышленности значительно возросло применение минеральных удобрений. За годы X пятилетки земледелие страны получило более 90 млн.т в питательных веществах, т.е. в 4,4 раза больше, чем в I96I-I965 годах.
Благодаря этому, произведено большое количество сельскохозяйственной продукции. Так, в среднем за каждый год X пятилетки за счет минеральных удобрений получена почти пятая часть валового сбора зерна, треть хлопка-сырца, каждая восьмая тонна корней сахарной свеклы и семян подсолнечника, каждая десятая тонна картофеля и овощей.
Продовольственной программой СССР /3/ намечен грандиозный план развития сельского хозяйства, Количественная оценка вклада химии в продовольственную программу страны определяется с одной стороны дальнейшим наращиванием объемов производства минеральных удобрений, с другой стороны повышением их качества. При этом все большее значение приобретает экономия материальных ресурсов. Решениями ЦК КПСС и Совета Министров /4/ поставлена задача значительной экономии национальных запасов серы, основное количество которой в виде M SO расходуется на нужды промышленности минеральных удобрений. Совершенствование качества не сводится только к улучшению их физико-химических свойств, а охватывает целый комплекс показателей - расширение ассортимента, рост концентрации питательных веществ; увеличение доли концентрированных и сложных удобрений, улучшение соотношения питательных веществ.
Отечественная туковая промышленность выпускает практически все известные в мировой практике удобрения. Определенную роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур, и в особенности зерна, играют фосфорсодержащие удобрения: односторонние и сложные. Недостаточная обеспеченность почв многих районов нашей страны подвижным фосфором и невысокие дозы внесения фосфорсодержащих удобрений снижают эффективность использования в растениеводстве азота и калия. Это обуславливает необходимость высоких темпов развития производства фосфорсодержащих минеральных удобрений и кормовых фосфатов, производство которых в 1980г. составило 5,62 млн.т питательных веществ, что в 3,5 раза больше по сравнению с 1965г. /5/.
Существующие способы предусматривают получение преимущественно водорастворимых односторонних фосфорных удобрений.
По данным ВАСХНИЛ /6/ только 20-30$ вносимого в почву фосфора усваивается растениями, остальная же его часть вымывается и теряется со стоками или превращается в нерастворимые соединения, труднодоступные растениям.
Одни /7/ считают, что столь низкий процент связан не с переходом внесенных фосфатов в неусвояемые для растений формы, а с ограниченной позиционной доступностью для корневых систем продуктов реакций удобрения и почвы, обладающих слабой способностью к диффузии.
Другие почвоведы-аналитики считают /8,9/, что причиной перехода фосфатов в труднодоступные растениям формы, являются реакции гидролиза ортофосфатов кальция, фосфорная кислота, выделившаяся в результате гидролиза, уходит из гранул удобрения и растворяет большие количества железа и алюминия в почве.
С агрохимической точки зрения /10,11/ вполне допустимо снижение содержания водорастворимой Р2О5 по отношению к усвояемой в удобрениях примерно до 50$. Дикальцийфосфат в смеси с монокаль-цийфосфатом играет роль регулятора рН почвенных растворов, что делает такое удобрение эффективным на любых почвах в зоне достаточного увлажнения.
Таким образом,одной из важнейших народнохозяйственных задач является разработка технологии получения нового удобрения, состоящего из водо- и цитратнорастворимых фосфатов кальция при экономных затратах фосфорной кислоты.
Целью настоящей работы явилось изучение возможности использовать в процессе получения удобрения способности монокальций-фосфата разлагаться с выделением фосфорной кислоты. И разработка технологии получения нового концентрированного фосфорного удобрения, состоящего из водо- и цитратнорастворимых форм Р2О5 при пониженном расходе фосфорной кислоты по сравнению с производством двойного суперфосфата.
В соответствии с поставленной задачей в диссертации выполнено теоретическое и экспериментальное изучение оптимальных условий получения концентрированного фосфорного удобрения, содержащего фосфор в водо- и цитратнорастворимой формах 2% Получение кинетические кривые, описывающие процесс разложения реактивного монокальцийфосфата (МКФ) в водной среде и моно-кальцийфосфата, образующегося при частичном разложении фосфатного сырья экстракционной фосфорной кислотой (МШБпкр), в водной и слабокислой средах. Высказаны предположения о механизме протекания процесса разложения монокальцийфосфата, получено кинетическое уравнение, описывающее процесс.
Установлены технологические параметры ведения процесса получения удобрения: дисперсность фосфатного сырья, норма фосфорной кислоты при разложении последнего, температурный режим и продол-г жительность отдельных стадий процесса.
Выведены эмпирические уравнения, описывающие зависимость коэффициента разложения сырья от норм фосфорной кислоты и продолжительности разложения, как в продукте кислотного разложения, так и в готовом продукте. Определен тепловой эффект процесса разложения МКШпкр и температурная зависимость средней теплоемкости исходных, промежуточных и конечных продуктов процесса.
Исследовано влияние содержания магния в фосфатном сырье на технологические показатели процесса получения удобрения.
Полученные экспериментальные данные проверены в опытно-промышленных условиях на установке производительностью 500 кг/ч.
Выполненный технико-экономический расчет производства удобрения по разработанной технологии показал его эффективность как в сфере производства, так и в сфере потребления. Меньший расход применяемой фосфорной кислоты, полное использование сырья и интенсивное осуществление процесса приводят к малым производственным затратам и капитальным вложениям. Высокое качество полученного продукта обуславливает экономичность его транспортировки и внесения в почву.
Агрохимические испытания полученного продукта показали его высокую агрохимическую эффективность, особенно на карбонатных почвах.
Разработанный способ защищен авторским свидетельством № 105 43 36 от 28.05.1982г. (опубликовано в Б.И. 1983г., № 42, с.107).
