СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО ОБОГАЩЕНИЯ ВЫСОКОКРЕМНИСТЫХ ФОСФОРИТОВ КИМОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C01B25/01 

Изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и может быть использовано для химического обогащения бедного фосфатного сырья с высоким содержанием диоксида кремния.

Известен способ химического обогащения высококремнистых фосфатов путем обработки фторидом аммония в количестве - 100-300% от стехиометрии на образование гексафторсиликата аммония при температуре 200-300°C [SU №1182016, кл. C05B 11/02, 30.09.85. Бюл. №36].

При этом происходит взаимодействие фторида аммония с диоксидом кремния, содержащимся в сырье, и обогащение сырья за счет возгонки образовавшегося гексафторсиликата аммония. Другими недостатками этого способа являются повышенный расход фторида аммония из-за непроизводительной возгонки его в данном температурном интервале и большая длительность процесса.

Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности является способ химического обогащения высококремнистых фосфоритов, включающий их смешение с фторидом аммония, термообработку и возгонку продукта, при этом термообработку смесей проводят при 150-190°C с последующей возгонкой при 350-550°C [SU №1781168, кл. C01B 25/01, 15.12.92. Бюл. №46].

Недостатком патента является то, что не приведен полный состав фосфоритов, подвергающихся термообработке, а только содержание P₂O₅ и SiO₂, хотя повышенное содержание полуторных оксидов Al₂O₃ и Fe₂O₃ серьезно осложняют процесс химического обогащения фосфоритов.

Кроме того, недостатком данного способа является повышенная температура, достигающая 550°C при норме фторида аммония 140% от стехиометрической и длительная термообработка, составляющая 1 час, что приводит к повышенному расходу фторида аммония и энергоресурсов.

Раскрытие изобретения.

Основная техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в осуществлении способа химического обогащения высококремнистых фосфоритов Кимовского месторождения при условии сокращения времени проведения процесса обескремнивания фосфоритов, в снижении расхода фторида аммония и энергоресурсов.

Поставленная задача решается в способе химического обогащения высококремнистых фосфоритов Кимовского месторождения, включающем смешение фосфоритов с фторидом аммония, термообработку и возгонку продукта, причем при смешении берут фосфориты с содержанием SiO₂ 40,5 мас.%, а фторид аммония берут в количестве 100-135% от стехиометрии на образование гексафторсиликата аммония, в смесь дополнительно вводят сульфат магния в количестве 1,0-3,0 мас.%, при этом термообработку смесей проводят в печи СВЧ при температуре 149-180°C с последующей возгонкой при температуре 301-400°C.

Основные отличительные признаки способа заключаются в том, что при смешении Кимовских фосфоритов с содержанием SiO₂ 40,5 мас.% добавляют 1-3 мас.% сульфата магния, а фторид аммония берут в количестве 100-135% от стехиометрии на образование гексафторсиликата аммония, при этом термообработку смесей проводят в печи СВЧ при температуре 149-180°C с последующей возгонкой при температуре 301-400°C.

Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет получить фосфорит Кимовского месторождения с содержанием пентаоксида фосфора 20,34-21,85 мас.% P₂O₅, который может быть использован в производстве сложных и азотно-фосфорных удобрений.

Настоящее изобретение соответствует условию патентоспособности - новизна, поскольку в известном уровне техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадают со всеми признаками, имеющимися в независимом пункте формулы изобретения. Изобретение соответствует также условию патентоспособности - изобретательский уровень, поскольку известный уровень техники не содержит описания технического решения, отличительные признаки которого направлены на решение технической задачи, на выполнение которой направлено настоящее изобретение.

Пример реализации способа

Пример 1. 100,0 кг Кимовского фосфорита, содержащего, мас.%: P₂O₅ - 14,4; CaO - 22,3; Fe₂O₃ - 9,9; SiO₂ - 40,5; Al₂O₃ - 5,8; Na₂O - 0,40; K₂O - 1,38; MgO - 0,80; F - 1,09; CO₂ - 1,80; S_общ - 0,3; H₂O - 1,3, смешивают с 149,85 кг фторида аммония, что соответствует 100% стехиометрической нормы получения гексафторсиликата аммония. К полученной смеси добавляем 1,0 кг MgSO₄. Полученную смесь помещаем в печь СВЧ, где проводим предварительную термообработку при температуре 149°C в течение 15 мин. При этом получается 208,94 кг фосфорита, содержащего 8,90 мас.% SiO₂ и 70,09 кг (NH₄)₂SiF₆, в газовую фазу выделяются 27,1 кг NH₃ и 14,2 кг H₂O. Затем образовавшийся гексафторсиликат аммония возгоняют в печи СВЧ в течение 45 мин при температуре 301°C. При этом получают 70,8 кг фосфорита, содержащего 20,34 мас.% P₂O₅ и 4,9 мас.% SiO₂. Степень извлечения SiO₂ составляет 90,5%, а содержание P₂O₅ в фосфорите достигло 20,34 мас.% P₂O₅.

Пример 2. 100,0 кг Кимовского фосфорита того же состава смешивают с 202,3 кг фторида аммония, что соответствует 135% стехиометрической нормы получения гексафторсиликата аммония. К полученной смеси добавляют 3,0 кг MgSO₄. Выдерживаем полученную смесь в печи СВЧ при температуре 180°C в течение 15 мин. При этом получается 248,5 кг фосфорита, содержащего 2,88 мас.% SiO₂ и 102,1 кг (NH₄)₂SiF₆, в газовую фазу выделяются 39,02 кг NH₃ и 20,63 кг H₂O. Затем образовавшийся гексафторсиликат аммония возгоняют при температуре 400°C в течение 30 мин. При этом получают 65,9 кг фосфорита, содержащего 21,85 мас.% P₂O₅ и 0,31 мас.% SiO₂. Степень обескремнивания фосфорита от SiO₂ составляет 99,5%, а содержание P₂O₅ в Кимовском фосфорите составило 21,85 мас.% P₂O₅.

Пример 3. Процесс ведут так же, как описано в в примере 1, но со следующими отличиями.

100,0 кг Кимовского фосфорита смешивают с 146,85 кг фторида аммония, что соответствует 98% стехиометрической нормы получения гексафторсиликата аммония. К полученной смеси добавляют 0,95 кг MgSO₄. Полученную смесь помещаем в СВЧ-печь, где проводим предварительную термообработку при температуре 147°C в течение 15 мин. При этом получается 204,76 кг фосфорита, содержащего 9,04 мас.% SiO₂ и 68,6 кг (NH₄)SiF₆, в газовую фазу выделяются 25,6 кг NH₃ и 13,8 кг H₂O. Затем образовавшийся гексафторсиликат аммония возгоняют в печи СВЧ в течение 45 мин при температуре 298°C. При этом получают 72,6 кг фосфорита, содержащего 19,6 мас.% P₂O₅ и 5,6 мас.% SiO₂. Степень извлечения SiO₂ составляет 89,97%, а содержание P₂O₅ в фосфорите составило 19,6 мас.% P₂O₅.

Пример 4. 100,0 кг Кимовского фосфорита того же состава смешивают с 205,3 кг фторида аммония, что соответствует 137% стехиометрической нормы получения гексафторсиликата аммония. К полученной смеси добавляют 3,1 кг MgSO₄. Выдерживаем полученную смесь в печи СВЧ при температуре 182°C в течение 15 мин. При этом получается 251,4 кг фосфорита, содержащего 3,21 мас.% SiO₂ и 98,3 кг (NH₄)SiF₆, в газовую фазу выделяются 39,8 кг NH₃ и 21,06 кг H₂O. Затем образовавшийся гексафторсиликат аммония возгоняют при температуре 402°C в течение 33,0 мин. При этом получают 66,4 кг фосфорита, содержащего 21,65 мас.% P₂O₅ и 0,52 мас.% SiO₂. Степень обескремнивания фосфорита от SiO₂ составляет 98,7%, а содержание P₂O₅ в Кимовском фосфорите уменьшилось до 21,65 мас.% P₂O₅.

Следует отметить, что при выходе за нижний предел концентраций сульфата магния и фторида аммония, указанных в первом пункте формулы изобретения, снижаются эксплуатационные показатели процесса. При снижении температур термообработки смеси фосфорита, фторида аммония и сульфата магния и последующей возгонки гексафторсиликата аммония получается некондиционное сырье по требуемому составу 20,34-21,85 мас.% P₂O₅.

При выходе за верхний предел концентраций сульфата магния и фторида аммония, а также показателей температур термообработки смеси фосфорита, фторида аммония и сульфата магния и последующей возгонки гексафторсиликата аммония значительно возрастают расходные коэффициенты по сырью и затраты энергоресурсов.

Предложенный способ химического обогащения Кимовских фосфоритов благодаря введению сульфата магния в качестве 1-3 мас.% MgSO₄ позволяет снизить расход фторида аммония, а последующая термообработка смесей фосфорита и фторида аммония, а также возгонка гексафторсиликата аммония с помощью печей СВЧ позволяет снизить удельный расход электроэнергии более, чем в 3 раза.

Практическая применимость

Изобретение с наибольшей эффективностью может быть использовано в химической промышленности при производстве гранулированных сложных и азотно-фосфорных удобрений.

Изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и может быть использовано для химического обогащения бедного фосфатного сырья с высоким содержанием диоксида кремния, а именно высококремнистых фосфоритов Кимовского месторождения. Способ химического обогащения включает смешение Кимовских фосфоритов, содержащих 40,5 мас.% SiO₂, с фторидом аммония с добавлением 1-3 мас.% сульфата магния. Фторид аммония берут в количестве 100-135% от стехиометрии на образование гексафторсиликата аммония. Термообработку проводят с помощью СВЧ при температуре 149-180°С с последующей возгонкой полученного гексафторсиликата аммония при температуре 301-400°С. После химического обогащения содержание пентаоксида фосфора составляет 20,34-21,85 мас.% P₂O₅. Степень обескремнивания фосфорита составляет 99,5%. Способ позволяет сократить время проведения процесса обескремнивания фосфоритов Кимовского месторождения, а также снизить расход фторида аммония и энергоресурсов. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ химического обогащения высококремнистых фосфоритов Кимовского месторождения, включающий их смешение с фторидом аммония, термообработку и возгонку продукта, отличающийся тем, что при обогащении фосфоритов с содержанием SiO₂ 40,5 мас.% добавляют 1-3 мас.% сульфата магния, а фторид аммония берут в количестве 100-135% от стехиометрии на образование гексафторсиликата аммония, при этом термообработку смесей проводят с помощью СВЧ при температуре 149-180°С с последующей возгонкой при температуре 301-400°С.

2. Способ химического обогащения высококремнистых фосфоритов Кимовского месторождения по п.1, отличающийся тем, что содержание пентаоксида фосфора после обогащения составляет 20,34-21,85 мас.% P₂O₅.