Способ переработки апатита Советский патент 1988 года по МПК C05B1/02 

Изобретение относится к способам производства сложных: удобрений - нитрофоски, используемой в сельском хозяйстве, путем разложения кислотами фосфатного сырья, в частности апатита.

Целью изобретения является интенсификация процесса за счет повышения степени разложения апатита и сокра- щения времени обработки а также уве- личение в удобрении доли в водорастворимой форме.

Способ включает предварительное разложение части апатитового сьфья (15-30%- сырья от общего количества) с размером частиц 100-260 мкм азотной кислотой при норме 270-400% от стехиометрии с получением нитрофосфатно- го раствора, обработку оставшейся части смесью серной кислоты и сульфата аммония при их соотношении 1 ; 1,2-1,4 в присутствии нитро- фосфатного раствора. Смесь серной кислоты и сульфата аммония подают на обработку апатита в количестве, обеспечивающем связывание 70-75% СаО в апатите в виде сульфата кальция.

Целесообразно разложение оставшейся части апатита осуществлять при одновременном введении апатита, и раст вора сульфата аммония в серной кислоте в нитрофосфатный раствор с последующим перемешиванием в течение 15- 30 мин перед последующей переработкой

Возможно перед дор азложением ос- . тавшейся части апатита нитрофосфатный раствор предварительно смешивать с раствором сульфата аммония в серной кислоте в течение 10-15 мин перед последующей обработкой, которая за- ключается в аммонизации смеси и ее переработке на М,РД-удобрения,

Сущность способа з аключается прежде всего в TOMj что азотной кислотой разлагают крупные частицы апатита размером 100-260 мкм, выделенные из общей массы фосфата и составл5Ш- Щие практически около 1/3 от его массы.

Частицы с указанным размером обладают низкой удельной поверхностью. Для их разложения необходимо иметь в пульпе повышенную кислотность. Разложение всей массы апатита азотной кислотой снижает эффективность процесса разложенияf поскольку при контакте фосфата с азотной кислотой в первую очередь разлагаются фракции апатита

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

имеющие размер частиц менее 100 мкм. Б результате образуется раствор фосфорной кислоты и нитрата кальция, в котором взвешены крупные частицы апатита. Такой раствор обладает буферными свойствами и медленно разлагает крупные частицы апатита, обладающие небольшой поверхностью контакта с жидкой фазой.

При отдельном разложении выделенной крупной фракции апатитового сырья количество взятой азотной кислоты превосходит стехиометрическую норму на ее разложение в 2,7-4 раза. Разложение в этом случае протекает на фоне значительного избытка азотной кислоты, что резко ускоряет процесс.

На чертеже показана зависимость времени пребывания азотнокислотной пульпы в реакторе, которое требуется для достижения степени разложения 98%, утвержденной технологическим регламентом нитрофоски (NPK-удобре- ния), от нормы азотной кислоты.

Представленные результаты свидетельствуют о целесообразности ведения процесса разложения апатита HNO в количестве 270-400% от стехиомет- рической нормы, что позволяет сократить время разложения до 15-30 мин. Разложение крупной фракции апатита в тех же условиях 200%-й нормой 1теОз требует уже 125. мин. Дальнейшее увеличение .нормы азотной кислоты сверх 400% невозможно, так как нужно выдержать в нитрофоске еоотношение 1:1:1 по содержанию основных питательных веществ, что требует подачи не более 60-65%-ной азотной кислоты от общего расхода кислоты на разложение.

Соотношение между сульфатом аммония и серной кислоты в смеси должно составлять 1,2-1,4, так как увеличение соотношения сульфата аммония в смеси более 1,4, как это следует из табл.1, приведет к недоразложению апатита, поскольку в разложении апатитового сьфья принимает участие только серная кислота, сульфат аммония при этом служит только для связывания ионок кальция.

При уве.пнчении в смеси количества серной кислоты и уменьшении доль сульфата аммония ухудшается стадия аммонизации азотнокислотной вытяжки. Введение смеси серной кислоты и судь- фата аммония улучшает процесс разло31

жения апатита, при этом пульпа получается менее вязкой, чем при раздель .ной подаче серной кислоты и сульфата аммония, В сульфате аммония а -5миак находится в связа-нной форме, что упрощает процесс на стадии аммонизации нитрофосфатного раствора.

Количество сульфатиона, вводимого в процесс, должно быть таким, чтобы связать 70-75% СаО апатита. В этом случае отношение водной формы к усвояемой форме будет не мене 50%. Увеличение содержания иона S0 в нитрофоске приведет к появлению в удобрении балластного иона, вследствие чего нарушается соотношение основных питательных элементов в удобрении: азота и фосфора. Стандартная нитрофоска содержит 11% N и 10% PjO и при увеличении количества вводимого сульфатиона содержание указанных компонентов станет ниже нормы.

Зависимость доли водной формы в усвояемой в продукте от степени связывания кальция в виде CaSO представлена в табл.2, (Массовое соотношение (NH4)2.S04 ; принято рав- ньм 1,2:1).

Как следует из данньЬс табл,2, сте- пень связьгаания кальция, введенного в процесс с апатитом, должна составлять 70-75%. При связывании 68% СаО содержание водной формы в нитрофоске ниже 50%, при увеличении доли связанного СаО свыше 75% в удоб- рении повышается содержание балласта - сульфата кальция, что приводит в итоге к снижению концентрации питательных веществ в нитрофоске.

Зависимость степени разложения апатита на второй стадии от времени разложения сырья представлена в табл.З.

Как следует из табл.3, наиболее целесообразный интервал времени до- разложения апатита 15-30 мин. При времени менее 15 мин продолжительность взаимодействия частиц фосфата и сульфатной смеси недостаточна, а за время 30 мин степень разложения достигает практически максимума вследствие замедления скорости реакции. Для достижения более высокого коэф- фициента необходимо значительно более длительное время, что нерационально из-за увеличения расхода электроэнергии и увеличения объемов аппаратуры.

Q 5

5

Q

0

5

O 5

92

Пример 1. Отделенные известным способом 15 кг (15% от общего колнче- с.тва фосфата) крупной фракции апатита с размером частиц 100-260 мкм ра- створяют в 128,5 кг (норма 100%) азотной кислоты (в пересчете на моногидрат здесь я далее) концентрацией 60% HNO в течение 15 мин. Степень разложения крупной фракции апатита составляет 98,75%. Затем в нитрофос- фатнлш раствор вводят 85 кг апатита (остальное количество) и 75,74 кг раствора сульфата аммония в серной к1-;слоте с соотношением (NH),S04:H.SO 152;1, чтобы связать 70% СаО апатита в виде сульфата кальция и пульпу домешивают в течение 15 мин. Общее время разложения - 30 мин. Затем пульпу аммонизируют 10,27 кг ам(иака, , добавляя после ам юнизации 67,8 кг хлористого калия. Полученную смесь гранулируют и сушат. В результате получают готовый продукт - нитрофоску следующего состава, мас.%: N 11,48,

аОсоБ14 11,, Pi VycB 10,49. 5,97, 11,48, Н Оркгр 1,0.

Прш-1ер 2. 25 кг (25% общего количества) крупкой фракции апатита разлагают 250 кг (норма 350%) азотной кислоты концентрации 45% HNOj в течение 25 мин (Крд.,98,5%). В полученный нитрофосфатный раствор вводят 75 кг апатита и 78,8 кг смеси из раствора сульфата a мoния в серной кислоте при соотношении компонентов смеси (NH4)2504:H,SO 1,25;1, взятых в таком количестве чтобы связать 72% СаО из апатита. Доразложение апатита производится в течение 25 мин. Общее время разложения 50 мин. Пол ченную пульпу аммонизир тот газообразным аммиаком в количестве 17,83 кг и добавляют 67,8 кг хлористого калия с концентрацией 57,5% , Полученную пульпу гранулируют и . Готовый продукт имеет еледующитЧ состав, мас.%; N 11,31, Pг05o6wl 30, Р.г05,св11.13, Р О 6,12, К,0 11,31; 1,С,

Пример 3. 30 кг (30% от всего Фосфата) крупной фракции апатита с размером частиц 100-260 мкм разлагают в течение 30 мин 190,3 кг 55% азотной кислоты (норма кислоты 270%), Степень разложения апатита составляет 98%с К полученному раствору добавляют 81,97 кг раствора сульфата аммония в серной кислоте, взятых в. сот

1

отношении (NH4)i S04:Hj SO 1,3:1, чтобы связать 75% СаО апатита и перемешивают 10 мин. Затем пульпой в течение 30 мин обрабатывают 70 кг апатита. Пульпу аммонизируют 13,88 кг миака, добавляют 67,8 кг хлористого калия. Полученную пульпу гранулируют и сушат. В результате получают нитрофоску следующего состава, мас,%: N 11,18; Р,,,19, P., 10,24, РаО.од 6,66; K,0 11,18,- H,,0,j,1,0.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень разложения апатита и Значительно интенсифицировать производство нитрофоски,, сократив при этом расход дефицитной серной кислоты.

Формула изобретения

/

1, Способ переработки апатита, включающий разложение части апатитового сырья азотной кислотой с получением нитрофосфатного раствора, разложение оставшейся части сырья серной кислотой,, обработку нитрофосфат- ного раствора и пульпы сернокислотного разложения и переработку полученной смеси в удобрение, отличающийся тем, что, с цепью интенсификации процесса за счет повьшения степени разложения апатита и сокра390926

щения времени обработки, на стадию азотнокислотного разложения подают фракцию апатита с размером частиц 100-260 мкм и разложение ведут азотной кислотой в количестве, превышающем стехиометричёское в 2,7-4,0 раза а обработку оставшейся части апатита . осуществляют смесью серной кислоты и 10 сульфата аммония при их соотношении 1:1,2-1,4 в присутствии нитрофосфат- ного раствора.

2.Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью увели15 чения в/удобрении содержания

в водораство имой форме, смесь серной кислоты и сульфата аммония подают на обработку в количестве, обеспечивающем связывание 70-75% СаО в апатите

20 в виде сульфата кальция.

3.Способ по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что перед обработкой оставшейся части апатита раствор серной кислоты и сульфата аммония пред25 варительно смешивают с нитрофосфатным раствором в течение 10-15 мин.

4 Способ поп.1,отлича- ю щ и и с я тек, что обработку оставшейся части апатитового сырья ве- v

30 дут при одновременном введении апатита и смеси серной кислоты, и сульфата аммония в нитрофосфатный раствор с последующим перемешива:нием в течение 15-30 мин.

Изобретение относится к способам переработки апатита путем его кислотного разложения с получением сложных .удобрений типа нитрофоски. Целью изоб- ретения является повьшение степени разложения апатита „ сокращение времени обработки, а также увеличение в удобрении доли в усвояемой фор- .ме. Способ включает разложение части апатитового сырья; с размером частиц 100-260 мкм азотной кислотой в количестве, превьппающем стехиометричес- кое в 2,7-4,0 раза, с получениемнит рофосфатного раствора с последующей подачей его на стадию разложения оставшейся части апатита смесью серной кислоты и сульфата аммония при их соотношении 1$1,2-1,4. Количество этой смеси регулируют таким образом, чтобы связать 70-75% СаО в апатите в виде сульфата кальция. Возможно проведение разложения апатита при его одновременном введении вместе со смесью серной кислоты и сульфата аммония в нитрофосфатный раствор, а также предварительное смешение нитро- фосфатного раствора и смеси серной кислоты и сульфата аммония. Полученную смесь выдерживают при перемешивании 15-30 мин, аммонизируют и далее подают на переработку в N,P,К-удобрение. 3 з,п. ф-лы, 1 ил., 3 табл. § сл с

Т а б л и ц а 1

Л° , % отн.4548 50 55 60 65

З б.

Время разложения.

мин

Степень разложения, отн.% 97,5 98,0 98,2 98,5 98,5 99,0

Габлица2

Та блица 3

12

15 25

30

35 60