СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВОЙНОГО СУПЕРФОСФАТА, СОДЕРЖАЩЕГО ЦИНК Российский патент 2003 года по МПК C05B1/04 C05D9/02 

Изобретение относится к области производства минеральных удобрений, обогащенных микроэлементами, в частности цинком, обеспечивающих повышенную стойкость растений к окружающей среде, повышение урожайности плодовых, цитрусовых деревьев, а также большинства сельскохозяйственных культур: бобовых, кукурузы, сахарной свеклы, овса, клевера и др.

Известен способ получения цинксодержащего микроудобрения из отработанных растворов производства искусственного волокна, включающий обработку растворов неорганическими кислотами, где в качестве неорганической кислоты используют фосфорную кислоту (А.с. 779372, С 05 D 9/02).

Известен другой способ получения органо-минерального удобрения, содержащего цинк, путем обработки гидролизного лигнина нейтрализующим реагентом - отход производства искусственного волокна (А.с. 1182018, С 05 F 5/00, С 05 D 9/02).

Однако в известных способах используют отходы, полученные раскислением стоков по содовому методу, что является недостатком, т.к. не охватывает всю номенклатуру отходов, производящихся на предприятиях вискозного волокна, например, по известковому методу.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является "Способ получения суперфосфата, содержащего цинк" по а.с. 1479447, С 05 D 9/02, включающий разложение исходного фосфатного сырья серной или фосфорной кислотами, введение цинксодержащей добавки, вызревание продукта на складе, его нейтрализацию, гранулирование, сушку, при этом введение цинксодержащей добавки осуществляют на стадии разложения фосфатного сырья и гранулирования в количестве, обеспечивающем соотношение Zn:P₂O₅:СаО на стадии разложения, равное (0,008. . . 0,01):(0,28...1,0):(1,0), и соотношение (0,01. ..0,02):(0,28...1,0):(1,0) на стадии гранулирования, при этом в качестве цинксодержащей добавки используют цинксодержащий шлам - отход производства вискозного волокна, полученный раскислением кислых стоков по содовому методу.

Недостатком прототипа является то, что для производства цинксодержащего суперфосфата используется природное минеральное сырье - фосфаты, что, с одной стороны, увеличивает производственные затраты, с другой - снижает качество суперфофсата из-за образующегося при разложении природных фосфатов значительного количества гипса. Кроме этого, в прототипе возможно использовать только отходы вискозного производства, полученные по содовому методу, в то время как большинство аналогичных предприятий раскисляют стоки по известковому методу, имея совершенно другой состав цинксодержащего продукта.

Цель изобретения: экономия минерального сырья - фосфатов, снижение производственных затрат, повышение качества суперфосфата, утилизация расширенной номенклатуры цинксодержащих отходов предприятий вискозного волокна.

Цель достигается тем, что в качестве основного компонента для получения двойного суперфосфата используют цинксодержащие отходы производства вискозного волокна, полученные раскислением сточных вод известковым методом, которые обрабатывают фосфорной кислотой из расчета 1,217...1,304 кг кристаллической Н₃РO₄ на 1 кг отходов с естественной влажностью 15,9...17%.

Цинксодержащие отходы производства вискозного волокна, полученные раскислением сточных вод известковым методом, имеют следующий состав по массе CaSO₄ - 26...33; Са(ОН)₃ - 36...38; Zn(OH)₂ - 10...12; органика - 14...15,5; прочие - 7...8,5. Кристаллическая Н₃РО₄ перед использованием растворяется в воде до концентрации 25...45%.

Отходы производства вискозных волокон, полученные раскислением кислых вод по известковому методу, представляют собой увлажненный твердый шлам, хранящийся в отвалах, следующего состава (% по массе):
CaSO₄ - 22,3...27,5
Са(ОН)₂ - 31,2...33,0
Zn(OH)₂ - 9,0...10,3
Органика - 13,8...14,6
Прочие - 2,6...2,8
Физическая вода - 15,9...17,0
Органическая составляющая шлама представлена в основном отходами вискозы, а в "прочие" входят соединения металлов: Si, Al, Fe, Сu и др.

Взаимодействие компонентов шлама с ортофосфорной кислотой протекает по следующим стехиометрическим уравнениям:
Са(ОН)₂ + Н₃РО₄ = Са(Н₂РО₄)₂ + 2Н₂O (1)
Zn(OH)₂ + 2Н₃РО₄ = Zn(Н₂РО₄)₂ + 2Н₂O (2)
Органическая субстанция реагирует с Н₃РO₄ с образованием эфиров целлюлозы. Соединения металлов, содержащихся в прочих, представлены оксидами и гидроксидами, которые с Н₃РO₄ реагируют с образованием соответствующих фосфатов разной степени замещения. Однако ввиду их малого содержания на свойства синтезируемого суперфосфата они практически влияния не оказывают.

Примеры реализации предлагаемого изобретения.

Пример1.

Берется 1 кг шлама из отстойника следующего состава, % по массе:
CaSO₄ - 22,3
Са(ОН)₂ - 33,0
Zn(OH)₂ - 10,3
Органика - 14,6
Прочие - 2,8
Вода - 17,0 - 100%
Согласно стехиометрическим уравненям (1) и (2), для реагирования с 0,33 кг Са(ОН)₂ и 0,103 кг Zn(OH)₂ требуется 1,078 кг кристаллической Н₃РO₄. Для реагирования с органикой и "прочими", согласно экспериментальным данным, требуется в среднем 1,3 кг Н₃РО₄. Всего потребность в кристаллической Н₃РО₄ составит 1,304 кг. Для реагирования пригоден водный раствор ортофосфорной кислоты. Концентрация раствора не влияет на качество конечного продукта, концентрация Н₃РO₄ влияет на скорость реакции.

Согласно экспериментальным данным, установлено, что оптимальной является концентрация 25. . .45%, обеспечивающая наиболее эффективное течение технологического процесса в производственных условиях. Если принять концентрацию кислоты 30%, то плотность раствора Н₃РO₄ составит 1181 кг/м³ с содержанием в 1 литре 354,2 г Н₃РO₄. Следовательно, для реагирования с 1 кг шлама требуется:
1,304 кг:0,3542 кг=3,38 л раствора Н₃РO₄ с К=30%.

В результате реакции и высушивания продукта получим цинксодержащий суперфосфат следующего состава, % по массе:
CaSO₄ - 12,0
Са(Н₂РO₄)₂•Н₂О - 60,4
Zn(H₂PO₄)₂•Н₂О - 15,5
Прочие - 12,1
Содержание усвояемой P₂O₅ в синтезированном продукте - более 45% массы, что позволяет считать полученный продукт двойным суперфосфатом (считается по содержанию Р₂O₅ в водорастворимых соединениях).

Пример 2.

Берется 1 кг шлама из отстойника следующего состава (% по массе):
СаSO₄ - 27,5
Са(ОН)₂ - 31,2
Zn(OH)₂ - 9,0
Органика - 13,8
Прочие - 2,6
Вода - 15,9 - 100%
Согласно расчетам, выполненным аналогично примеру 1, на 1 кг шлама требуется 1,217 кг кристаллической Н₃РO₄ или 3,43 л/кг шлама. В результате реагирования с Н₃РO₄ и последующего обезвоживания полученный продукт имеет состав (% по массе):
CaSО₄ - 15,3
Са(Н₂O₄)₂•Н₂О - 58,9
Zn(H₂PO₄)₂•Н₂O - 14,0
Прочие - 11,8
Содержание усвояемой P₂O₅ - более 43% массы продукта, что позволяет считать его двойным суперфосфатом.

Пример 3.

Берем 1 кг шлама из отстойника следующего состава (% по массе):
CaSO₄ - 24,9
Са(ОН)₂ - 32,1
Zn(OH)₂ - 9,7
Органика - 14,2
Прочие - 2,7
Вода - 16,4
Согласно расчетам, выполненным аналогично примеру 1, на 1 кг шлама требуется 1,262 кг кристаллической Н₃РO₄ или 3,56 л/кг шлама раствора с концентрацией 30%. При этом состав полученного продукта после сушки следующий (% по массе):
CaSO₄ - 13,6
Ca(H₂PO₄)₂•Н₂О - 59,6
Zn(H₂PO₄)₂•Н₂O - 14,8
Прочие - 12,0
Содержание усвояемой Р₂O₅ более 44% массы продукта, что позволяет считать его двойным суперфосфатом.

Таким образом из приведенных примеров следует, что для получения двойного цинксодержащего суперфосфата требуется на 1 кг шлама - отхода вискозного производства волокон, полученного раскислением кислых сточных вод по известковому методу с естественной влажностью 15,9...17%, необходимо затратить 1,217...1,304 кг кристаллической Н₃РO₄, при этом получается продукт следующего состава (% по массе):
CaSO₄ - 12,0...15,3
Са(Н₂РO₄)₂•Н₂O - 58,9...60,4
Zn(H₂PO₄)₂•H₂O - 14,0...15,5
Прочие - 11,8...12,5
Содержание усвояемой Р₂О₅ не ниже 43% массы продукта, что указывает на принадлежность к двойному суперфосфату.

Обоснование заявленных пределов:
- содержание компонентов в отходах раскисления сточных вод обусловлено параметрами технологии производства вискозного волокна и установлено экспериментально в результате многолетних наблюдений на Красноярском заводе искусственного волокна;
- пределы расхода кристаллической Н₃РO₄ приняты на основании стехиометрических расчетов, расширение установленного диапазона ведет, с одной стороны, к снижению выхода двойного суперфосфата, с другой - к накоплению в двойном суперфосфате нежелательной свободной Н₃РO₄;
- пределы концентраций раствора Н₃РO₄ от 25 до 45% обусловлены тем, что уменьшение ниже 25% ведет к резкому снижению скорости взаимодействия реагентов, наоборот, увеличение концентрации выше 45% способствует бурному, пенному течению реакции с разбрызгиванием массы и сильным перегревом аппаратов.

Изобретение относится к области производства минеральных удобрений, обогащенных микроэлементами, в частности цинком, обеспечивающих повышенную стойкость растений к окружающей среде. Сущность способа состоит в том, что в качестве компонента для получения двойного сумерфосфата используют отходы вискозного производства, образовавшиеся в результате раскисления стоков по известковому методу, которые обрабатывают фосфорной кислотой из расчета 1,217. ..1,304 кг кристаллической Н₃РО₄ на 1 кг отходов с естественной влажностью 15,9...17,0%, при этом цинкосодержащие отходы производства вискозного волокна, полученные раскислением сточных вод известковым методом, имеют следующий состав, % по массе: CaSO₄ 26...33; Са(ОН)₂ 36...38; Zn(ОН)₂ 10... 12; органика 14. . . 15,5; прочие 7...8,5; кристаллическая Н₃РО₄ перед использованием растворяется в воде до концентрации 25...45%. Технический результат состоит в снижении производственных затрат, повышении качества суперфосфата. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения двойного суперфосфата, содержащего цинк, включающий обработку компонента, содержащего цинксодержащие отходы производства вискозного волокна, фосфорной кислотой, отличающийся тем, что в качестве компонента используют цинкосодержащие отходы производства вискозного волокна, полученные раскислением сточных вод известковым методом, и обработку фосфорной кислотой ведут из расчета 1,217. . . 1,304 кг кристаллической фосфорной кислоты на 1 кг отходов с естественной влажностью 15,9. . . 17,0%. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цинкосодержащие отходы производства вискозного волокна, полученные раскислением сточных вод известковым методом, имеют следующий состав, % по массе:
СаSO₄ - 26. . . 33
Са(ОН)₂ - 36. . . 38
Zn(OH)₂ - 10. . . 12
Органика - 14. . . 15,5
Прочие - 7. . . 8,5
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед использованием кристаллическая Н₃РО₄ растворяется в воде до концентрации 25. . . 45%.