Способ получения фосфорных удобрений

 

Изобретение относится к способам получения фосфорных удобрений. Способ включает разложение фосфатного сырья кислыми растворами с одновременным его измельчением в шаровой мельнице и последующую грануляцию продукта. Измельчение ведут в шаровой мельнице при частоте вращения барабана 0,3-0,8 n_кр, где n_кр - условная критическая скорость, и заполнении ее шарами при ϕ = 0,2-0,3 , где ϕ - отношение V_m, занятого шарами до начала движения, к общему объему барабана мельницы. Процесс измельчения ведут в течение 45-90 мин. Способ позволяет повысить производительность и снизить энергозатраты.

Изобретение относится к способам получения фосфорных удобрений, а именно к способам получения простого или двойного суперфосфата, которые эффективно используются под любые культуры и на любых почвах, непосредственно или в составе тукосмесей.

Фосфорное удобрение - простой суперфосфат получают разложением измельченного фосфоритного сырья серной кислотой. При этом существуют три способа производства: периодический с получением камерного продукта и его дообработкой при складировании; полунепрерывный, по которому получение пульпы и камерного продукта производится непрерывно, а дообработка камерного продукта при складском хранении - периодически (с последующим гранулированием или аммонизацией), этот способ является в настоящее время единственным промышленным способом; полностью непрерывный - поточный способ производства с получением гранулированного продукта без промежуточной складской дообработки. В промышленности он не осуществлен в связи с большим количеством трудностей, связанных с наличием свободной кислоты, необходимостью ее нейтрализации различными добавками и т.д. (Технология фосфорных и комплексных удобрений. М.: Под редакцией С.Д.Эвенчика, А.А.Бродского. Химия, 1987 г., с. 131 - 133).

Известен также способ получения фосфорного удобрения - двойного суперфосфата, получаемого путем разложения молотого природного фосфатного сырья фосфорной кислотой, который содержит в 2 - 3 раза больше P₂O₅ усв. Способы производства гранулированного двойного суперфосфата также разделяются на полунепрерывный - камерный и непрерывный - поточный.

Полунепрерывный способ сводится к камерному вызреванию, складской дообработке и последующему гранулированию порошковидного продукта.

Непрерывные способы отличаются отсутствием стадии складской дообработки. К ним относятся камерно-поточный, бескамерный (с применением барабанных и распылительных сушилок) и малоретурный с применением аппарата БГС (барабанный гранулятор-сушилка).

Общим недостатком всех этих способов является то, что требуется обязательное доизмельчение сухого фосфатного сырья (трудоемкая и энергоемкая операция), а также наличие в продукте достаточно большой доли P₂O₅ св. (Технология фосфорных и комплексных удобрений. М.: Химия., 1987 г., с. 139 - 159).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфорных удобрений, включающий разложение фосфатного сырья кислыми растворами с одновременным его измельчением гранулирование полученного продукта. По этому способу фосфатное сырье предварительно не измельчают. В качестве кислых растворов используют фосфорную кислоту или серную кислоту. При этом соотношение в случае использования фосфорной кислоты P₂O₅ сырья : P₂O₅ фосф. кислоты 100 : (80 - 170), а в случае использования серной кислоты P₂O₅ сырья : H₂SO₄ 100 : (60 - 100). В результате измельчения в шаровой мельнице получают довольно подвижную пульпу с вязкостью 1,15 - 1,3 μ · 10³ Па · с. Скорость вращения (частота вращения) 60 - 100 об/мин, n_кр - условная критическая скорость, рассчитываемая по формуле где D - внутренний диаметр барабана (м).

В данном способе была использована мельница с D = 0,4 м и с ϕ = 0,4 - 0,5, где ϕ - отношение объема, занятого (до начала движения) шарами к общему рабочему объему барабана мельницы. Время процесса измельчения составляло 120 мин (авт. свид. N 1710534, кл. C 05 B 11/04, 1991).

Однако при переходе на другие соотношения P₂O₅ сырья по отношению к кислотному раствору не происходило достаточного истирания твердых частиц, что соответственно значительно сокращало степень разложения сырья.

Была поставлена задача создать способ получения фосфорных удобрений, в частности простого и двойного суперфосфата, легко осуществимый в промышленности, не требующий проведения дополнительного предварительного измельчения фосфатного сырья, позволяющий экономить электроэнергию и получать продукт хорошего качества, удовлетворяющий ГОСТам.

Задача была решена в предложенном способе получения фосфорных удобрений, а именно для получения простого или двойного суперфосфата, включающем разложение фосфатного сырья кислыми растворами с одновременным его измельчением и грануляцию продукта, в котором измельчение ведут в шаровой мельнице при частоте вращения барабана 0,3 - 0,8 n_кр. и заполнением ее шарами при ϕ = 0,2 - 0,3, где ϕ - отношение объема V_ш, занятого до начала движения шарами, к общему рабочему объему барабана мельницы V, при времени пребывания материала в мельнице 45 - 90 мин.

Сущность способа заключается в следующем. Постольку поскольку соотношения P₂O₅ сырья : P₂O₅ кислоты в случае двойного суперфосфата 100 : (180 - 250), а в случае получения простого суперфосфата P₂O₅ сырья : H₂SO₄ 100 : (140 - 210), то вязкость полученной пульпы соответственно возрастает до 5,5 - 7,5 μ · 10³ Па · с и 4,7 - 8 μ · 10³ Па · с соответственно. Поэтому для качественного разложения сырья необходимо, чтобы мельница работала в каскадном режиме, который позволяет производить истирание и раздавливание смеси, т. е. все время вскрывается поверхность зерен, что приводит к активизации реакции разложения.

Однако частота вращения барабана должна быть строго регламентирована, т. к. при частоте вращения шаров менее 0,3 n_кр не происходит достаточного разложения сырья, в результате чего получают некондиционный продукт. Увеличение частоты вращения шаров более 0,8 n_кр нецелесообразно, т. к. не ведет к улучшению свойств продукта, но заметно увеличивает затраты энергии.

Частота вращения барабана указана в долях от n_кр в связи с тем, что способ предполагает использование в производстве мельниц любого диаметра.

Аналогичный эффект наблюдается и за выход указанных интервалов заполнения мельниц шарами и времени измельчения.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. 1000 кг хибинского апатитового концентрата, содержащего 39,2% P₂O₅, разлагают фосфорной кислотой концентрацией 34% P₂O₅, взятой в количестве 2400 кг при соотношении в смеси P₂O₅ фосфатного сырья : P₂O₅ кислоты 100 : 208. Разложение производят с одновременным измельчением в шаровой мельнице с внутренним диаметром барабана 1 м при частоте вращения барабана 13 об/мин (0,3 от n_кр = 42,3 об/мин) при относительном заполнении мельницы шарами ϕ = 0,3 в течение 60 мин. Полученную пульпу гранулируют и сушат при температуре 120^oC. В результате получают 2400 кг готового продукта (двойного суперфосфата), содержащего, %: P₂O₅ общ. 49,5; P₂O₅ усв. 46,2; P₂O₅ водн. 44,4; P₂O₅ св. 2,6. Энергозатраты на измельчение в 1,6 раза ниже, чем в прототипе.

Пример 2. 1000 кг ковдорского апатитового концентрата, содержащего 37,5% P₂O₅, разлагают фосфорной кислотой концентрацией 30% P₂O₅, взятой в количестве 3100 кг при соотношении в смеси P₂O₅ фосфатного сырья : P₂O₅ кислоты 100 : 250. Разложение производят с одновременным измельчением в шаровой мельнице с внутренним диаметром барабана 1 м при частоте вращения барабана 21 об/мин (0,5 от n_кр = 42,3 об/мин) при относительном заполнении мельницы шарами ϕ = 0,2 в течение 45 мин. Полученную пульпу гранулируют и сушат при температуре 140^oC. В результате получают 2600 кг готового продукта (двойного суперфосфата), содержащего, %: P₂O₅ общ. 50,2; P₂O₅ усв. 46,4; P₂O₅ водн. 44,9; P₂O₅ св. 4,0. Энергозатраты на измельчение в 1,4 раза ниже, чем в прототипе.

Пример 3. 1000 кг хибинского апатитового концентрата, содержащего 36,8% P₂O₅, разлагают серной кислотой концентрацией 32% H₂SO₄, взятой в количестве 2200 кг при соотношении в смеси P₂O₅ фосфатного сырья : H₂SO₄ кислоты 100 : 190. Разложение ведут с одновременным измельчением в шаровой мельнице с внутренним диаметром барабана 1 м при частоте вращения барабана 34 об/мин (0,8 от n_кр = 42,3 об/мин) при относительном заполнении мельницы шарами ϕ = 0,25 в течение 90 мин. Полученную пульпу гранулируют и сушат при температуре 15^oC. В результате получают 1800 кг готового продукта (простого суперфосфата), содержащего,%: P₂O₅ общ. 22,1; P₂O₅ усв. 20,2; P₂O₅ водн. 18,6; P₂O₅ св. 2,1. Энергозатраты на измельчение в 1,5 раза ниже, чем в прототипе.

Использование предложенного способа позволяет получать простой и двойной суперфосфат, широко используемый в сельском хозяйстве, по упрощенной технологической схеме без сухого доизмельчения фосфатного сырья и дозревания готового продукта на складе. При этом P₂O₅ усв. и P₂O₅ свободное в готовом продукте находятся в пределах требований ГОСТов. Способ позволяет значительно сократить время разложения, т.е. повысить производительность системы, а также значительно снизить удельные энергозатраты.

Формула изобретения

Способ получения фосфорных удобрений, включающий разложение фосфатного сырья кислыми растворами с одновременным его измельчением и грануляцию продукта, отличающийся тем, что измельчение ведут в шаровой мельнице при частоте вращения барабана 0,3 - 0,8 n_кр., где n_кр. - условная критическая скорость, и заполнении ее шарами при S = 0,2 - 0,3, где S - отношение V_ш, занятого до начала движения шарами, к объему барабана мельницы V, при этом процесс измельчения ведут в течение 45 - 90 мин.