Секция: Химия и химическая технология

№7 Неорганическая химия

Белогур И.С., Рыщенко И.М., канд. техн. наук,

Савенков А.С., д-р. техн. наук

Национальный технический университет

"Харьковский политехнический институт"

Определение кинетических парметров для обедненого фосфатного сырья Украины

Продукция растениеводства, как основа производства продуктов питания постоянно растущего населения Земли, отчуждает из почвы огромное количество биогенных элементов (N, P, K, Ca, S и др.), которые пока не удается полностью вернуть сельхозугодиям. Поэтому ведущее место в сохранении и повышении плодородия почв, росте урожайности и улучшении качества продукции растениеводства занимают минеральные удобрения.

В 1995г. внесено в пахотные земли фосфорных удобрений 2,2млн.т (70 кг Р₂О₅/га), в 2000г. - 2,6млн.т (82 кг Р₂О₅/га), в 2005г. - 2,8млн.т (89 кг Р₂О₅/га), согласно нормативам, разработанным институтом почвоведения и агрохимии им. О.Н.Соколовского Украинской академии аграрных наук. Следует отметить, что при отсутствии ли недостаче в почве фосфора сильно снижается эффективность калийных и азотных удобрений. [1]

Сдерживающим фактором в производстве фосфорных удобрений являются ресурсы фосфатов и апатитов. Учитывая, что мощности по производству удобрений в Украине составляет порядка 5,2 млн. т в год Р₂О₅, поэтому воспроизводство разведанных запасов фосфатных руд становиться стратегической задачей для нашей страны.

Однако новые виды фосфатного сырья характеризуются повышенным примесным фоном и не высоким содержанием фосфора, что ставит задачу изыскания новых эффективных способов переработки низкокачественного сырья.[1]

Нам представляется, что такое удобрение можно получить на основе местных фосфоритов, месторождения которых на Украине имеются повсеместно, в том числе и в регионе Харьковско-Донецкой геологической свиты, которые залегают на глубине в пределах от 15 до 120 метров. Например, обогащенный глауконитовый фосфорит Ново-Амвросиевского рудника Донецкой области содержит до 13% Р₂О₅..

Исследованы возможности кислотной переработки фосфатного сырья, при котором в руде должно быть не менее 28% Р₂О₅, а примесей, усложняющих технологический процесс таких как Мg<2%, Al₂O₃ и Fe₂O₃<3%, СО₂<5%. Химический состав Ново-Амвросиевского концентрата: Р₂О₅ – 13,3%; MgO – 2,3%; Al₂O₃ – 2,79%; Fe₂O₃ – 8,24%.

По данным предварительных экспериментов, переработка фосфоритных Ново-Амвросиевского месторождения методом азотнокислотного выщелачивания позволяет получить вытяжку, состоящую в основном из фосфатной и азотной кислот, нитратов кальция, магния и полуторных окислов. Азотнокислотные разложения может быть отнесено к наиболее современным технологическим процессам, в которых осуществляется комплексное использование сырья [2].

При получении информации о кинетике процесса является необходимым условием для последующего моделирования его в промышленном масштабе. Для определения показателей непрерывного процесса следует детально изучить закомерности различных стадий, чтобы получить математическое описание в виде системы уравнений, решений которых позволит предсказать характер его протекания.[3]

Проведенные испытания скорости разложения концентрата 56%-ной азотной кислоты, а также влияние температуры в диапазоне от 45 до 60ºС при норме 112% от стехиометрии, скорости мешалки от 80 до 250 об/мин.

Результаты исследований показывают, что разложение концентрата, протекает с большой скоростью, полное разложение фосфатов достигается через 10-30 минут, как и предполагалось оптимальной скоростью мешалки является 80 об/мин, при этом значении достигается максимальное степень извлечения Р₂О₅ из этого сырья. Степень извлечения непрерывно увеличивается при повышении температуры.

Для сравнения приведена энергия активации реакции разложения хибинского апатита и фосфоритов Каратау, а также ковдорского апатита азотной кислотой, которая составляет 41,8, 14,08 кДж/моль и 14,24, 6,23 кДж/моль. Что указывает на кинетический характер растворения хибинского апатита и фосфорита Каратау в азотной кислоте и на протекание процесса разложения Ковдорского апатита и Ново-Амвросиевского фосфорита в диффузионной области.

А также выведено уравнения для процесса разложения Ново-Амвросиевского концентрата азотной кислотой в лабораторном реакторе, при этом получено уравнения и значения для описания: кинетики процесса; зависимостей степени извлечения Р₂О₅ из Ново-Амвросиевского концентрата от концентрации и нормы азотной кислоты, от температуры, от удельной поверхности сырья, заданного размера.

Получены значения энергии активации реакции, коэффициента массоотдачи, среднего температурного коэффициента скорости реакции данного процесса показывает, что процесс разложения концентрата протекает в диффузионной области.

Список литературы: 1. А.А. Новиков, И.М.Астрелин. Технологические условия подготовки и переработки карбонатносодержащего фосфатного сырья // Хим. промышленность, 1987, №2, С.17-20. 2. М.Е. Позин. Технология минеральных удобрений. Химия, Л.: Химия, 1989. 3. В.Г.Богачев. Определение кинетических параметров химико-технологического процесса. //Хим. Промышленность, 1992, №11 - С.41