Перспективи розвитку виробництва фосфорних добрив

 

Зниження обсягів виробництва фосфорних добрив, платоспроможного попиту сільськогосподарських виробників призвело до різкого зниження доз внесених добрив. Ріст цін на апатитовий концентрат призвів до пошуку альтернативних видів фосфоровмісної сировини. На основі фосфоритів середземноморського регіону розроблено 19 видів добрив, у тому числі за енергозберігаючими технологіями. Без істотної реконструкції наявних в Україні виробничих потужностей можливе впровадження нових технологій з випуску різноманітних добрив залежно від ринкового попиту. В результаті зниження обсягів виробництва добрив, а також платоспроможного попиту сільськогосподарських виробників застосування добрив за останні 5 років зменшилося в 10-11 разів. В зв’язку з цим стає актуальним проведення дослідних робіт та робіт по впровадженню нових технологій з використанням закордонних фосфоритів.

Поточний спосіб виробництва амонізованого суперфосфату з алжирських та туніських фосфоритів було впроваджено в 1998 р. на апаратурно-технологічній схемі в суперфосфатному цеху ВАТ „Сумихімпром”. В цьому процесі розклад фосфоритів сірчаною кислотою здійснюється в реакторі, вільна остаточна кислотність у пульпі нейтралізується аміачною водою. Гранулювання та сушка пульпи проводиться в барабанному грануляторі-сушаркі. Суперфосфат має добрі фізико-хімічні властивості, не злежується при зберіганні, гранули мають високу міцність, містять 17 % Р₂О₅ і 3 % азоту.

Амонізований суперфосфат є універсальним добривом, його можна використовувати на всіх видах ґрунтів під любі сільськогосподарські культури. Він містить легкозасвоювані форми фосфору, азоту, кальцію.

На апаратурно-технологічній схемі в суперфосфатному цеху ВАТ „Сумихімпром” можливий випуск більш концентрованого добрива з вмістом Р₂О₅ не менше 30 % та азоту 5-7 % шляхом розкладу фосфоритів сумішшю сірчаної та фосфорної кислот. Крім того, розроблена технологія виробництва складно-змішаного добрива (NPK = 1:1:1). Амонізований суперфосфат можна використовувати для отримання тукосумішей. Додатково розроблена технологія виробництва азотно-фосфорного добрива NP марки „10:40” стосовно схем виробництва амофосу в Кримській ДАК „Титан”, Ровенському ВАТ „Азот” та ін. За результатами агрохімічних досліджень відомо, що недостатня кількість сірки у ґрунті приводить до зниженню урожайності деяких культур, крім того, внесення сірки в грунт сприяє кращому використанню основних елементів живлення рослин.

До числа добрив, які містять сірку у доступній для рослин формі, необхідно віднести добрива, отримані на основі фосфоритів та понижених норм сірчаної кислоти. Розроблена технологічна схема дозволяє знизити витрати сірчаної кислоти на 20- 30 % та енерговитрати на 20 % порівняно з типовою технологією поточного виробництва амонізованого суперфосфату. В даній технології передбачається розклад фосфорита кислотою та гранулювання маси методом обкатування в барабанному грануляторі з послідуючою сушкою гранул в барабанній сушарці.

Розроблена технологія дозволяє отримувати добрива, якісні показники яких відповідають вимогам ТУ У6 1400576.048-97 „Суперфосфат гранульований з закордонних фосфоритів”. Враховуючи ті обставини, що в закордонних фосфоритах, в тому числі і Російських, міститься від 60 до 90 % Р2О5 в усвояємій формі, розроблено технології їх обкатки в присутності різних пластифікуючих домішок.

Технологія виробництва таких добрив зводиться до введення в фосфорит на стадії грануляції пластифікуючих домішок з послідуючою сушкою гранул. В якості пластифікуючи домішок можуть бути використані розчини сульфату амонію, суміш розчинів сульфатів та бісульфатів, розчинів монокальцій фосфату та фосфатів амонію. На основі цих пластифікуючих домішок та фосфоритів розроблена технологія виробництва добрив пролонгованої дії „Гранфос” марок „А”, „Б” та „СА”.

Розроблені технологічні схеми процесу отримання складнозмішаних добрив NPK з регулюючим співвідношенням живильних речовин. Здійснити даний процес можна на обладнанні цехів по виробництву амофосу. В якості початкової сировини можна використовувати: фосфорити, нітрат амонію, карбамід, в якості калієвмісних добавок хлорид або сульфат калію, калімагнезія, нітрат калі.

В теперішній час продовжуються дослідження по розробці процесів, які дозволять скоротити витрати дефіцитної сировини, енерговитрати. Аналізуя виконані фізико-хімічні дослідження фосфатної сировини з сірчаною кислотою, її суміш з фосфорною, з солями сильних кислот можна відмітити основні напрямки отримання фосфорних добрив з метою забезпечення вітчизняного сільського виробника:

- виробництво амонізованого суперфосфату;

- виробництво збагаченого суперфосфату;

- виробництво гранульованого суперфосфату з закордонних фосфоритів з пониженими нормами сірчаної кислоти;

- виробництво добрив пролонгованої дії шляхом обкатки гранул фосфорита з пластифікуючими добавками;

- виробництво складнозмішаних добрив.

Виробництво добрив по перерахованим напрямкам можливо на діючому обладнанні цехів амофосу, гранульованого та амонізованого суперфосфату. Ці виробництва необхідно реконструювати для можливості випуску різних видів добрив в залежності від ринкового попиту.

 

 

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 22______

. Комплексна переробка рідких відходів калійних виробництв з використанням органічних розчинників

За існуючими технологіями переробки полі-мінеральних калійних руд Прикарпаття в до­брива неможливо уникнути накопичення вели­чезних об'ємів рідких відходів, які є складними сольовими системами, містять в тій чи іншій кількості розчинені хлориди і сульфати натрію, калію і магнію, забруднені глинистими доміш­ками та органічними сполуками. Такі розчини відходів нині не переробляються, а скидаються в хвостосховища, які займають значні площі, потребують відчутних капітальних та експлуа­таційних витрат і є потенційною загрозою дов­кіллю. Переробка цих накопичених розчинів, які можуть бути до­датковим сировинним джерелом для одержан­ня товарних продуктів, є актуальним і важли­вим завданням.

Через високий вміст у розчинах сульфатів калію і магнію доцільно вилучити їх у тверду фазу, тим самим розчин буде знесульфовано і створена можливість використання зазначе­них сульфатів як добрива. Знесульфування сульфатвмісних розчинів здійснюють 25%-вим розчи­ном хлориду кальцію. При цьому цінні суль­фатні компоненти розчину перетворюються на гіпс, який в нинішніх умовах не використовуєть­ся і є ще одним об'ємним відходом виробниц­тва. Існуючий процес знесульфування є дов­готривалим (14-18 год.).

Знесульфування можна здійснити значно ефективніше за допомогою органічних розчин­ників селективної дії, в яких хлориди магнію, натрію і калію добре розчинні, а сульфати цих елементів, навпаки, мають низьку розчинність і тому випадатимуть в тверду фазу.

У зв'язку з цим на першому етапі дослід­жень з переробки таких розчинів досліджува­ли ефективний органічний осаджувач суль­фат-іонів, який забезпечував би достатньо пов­не виділення їх з розчину. При цьому ставили завдання значно скоротити тривалість процесу знесульфування.

У дослідженнях використали доступні ор­ганічні розчинники з низькою температурою ки­піння для легкості їх наступної дистиляції з очищеного розчину, а саме: ацетон, ізопропіловий спирт, метанол та етанол. Як відомо, низькі температури кипіння і невисокі порівняно з водою ентальпії пароутворення цих розчин­ників дають змогу достатньо повно регенеру­вати їх з водних сольових розчинів, при цьому присутність розчинених солей сприяє повноті відгонки. Втрати розчинників під час регене­рації, як правило, незначні і становлять 2-8 кг на 1 т одержаного твердого продукту.

Методика досліджень полягала в тому, що вихідний розчин складу (г/дм³): Mg²⁺ — 40,95; К⁺—39,19; Na⁺ - 61,73; SO₄^2- — 80,74; СІ^- — 192,35; Н₂О — 863,04 обробляли під час перемішування і за темпе­ратури довкілля органічним осаджувачем за їх об'ємних співвідношень 1:1-4 відповідно. Трива­лість контакту між реагентами становила 40 хв., Одержану тверду фазу відділяли від розчину вакуум-фільтрацією.

З результатів досліджень випливає, що пов­нота осадження солей дуже залежить від спів­відношення і природи використаного органічно­го осаджувача. Осаджувальна здатність сто­совно сульфатів знижується в ряду етанол — метанол — ізопропіловий спирт — ацетон. Слід зауважити, що за умови достатньо високих значень V₁:V₂=1:4 (V₁- об’єм розчину; V₂ – об’єм осаджувача), ступені вилучення сульфа­тів в присутності етанолу і метанолу практич­но не відрізняються і досягають 99,3-99,7%.

Одержані результати досліджень перевірені на збільшеній експериментальній установці. Переробку розчину хвостосховища наведеного складу здійснювали на цій установці за такими послідовними стадіями:

1) знесульфування роз чину за допомогою метанолу і фільтруванні одержаного сульфатного осаду;

2) відгонка метанолу з маточного розчину;

3) випарювання розчину, охолодження суспензії і фільтрування одержаного осаду хлориду натрію;

4) екстрагування хлоридів з сульфатного осаду метаноловодним розчинником і фільтрування кінцевого продукту.

Одержані дані дали змогу запропонувати схему комплексної пе­реробки відхідних розчинів хвостосховища із за­стосуванням метанолу і одержанням технічної кухонної солі, безхлоридного калійного добри­ва і кондиційного розчину хлориду магнію.

Розчин хвостосховища усередненого скла­ду (мас. %): Мg²⁺—3,20; K⁺—3,07; Nа⁺—4,83; SO42- — 6,32; СІ- — 15,05; Н2О — 67,53 філь­трують для відділення завислих глинистих до­мішок, пропускають крізь шар активованого ву­гілля з метою адсорбції більшої частини роз­чинених органічних речовин (вищих карбоно­вих кислот тощо) та обробляють метанолом в об'ємному співвідношенні 1:3-1:4, що дає змогу виділити сульфатні солі в тверду фазу. Від­фільтрований осад в розрахунку на суху речо­вину містить (мас. %): K₂SO₄ — 42,6-42,7; Nа₂SO₄ — 26,9-28,5; МgSО₄ — 3,9-4,5; NаСI — 25,0-25,8. Витяги К⁺ і SO₄^2- в тверду фазу до­рівнюють відповідно 84,7-85,5% і 97,0-99,6%. Маточний розчин після відгонки метанолу містить (мас. %): МgСІ₂ — 14,0-14,2; NаСI — 6,5-6,7; КСІ — 0,9-1,0; МgSO₄ — 0,02-0,18 і подається на випарювання до ступеня 40—42,5% від маси розчину. При цьому в тверду фазу виділяється хлорид натрію в кількості 4,7-5,0% від маси розчину хвостосховища з витягом 80-85%. Після згущення, фугування, проми­вання і сушіння осаду одержують технічну ку­хонну сіль. Кількість випареного розчину складу (мас. %): МgСІ₂ — 25,8-26,0; NаСI — 2,6-2,8; КСІ — 1,8-1,9; МgSО₄ — 0,30-0,35; H₂O — 69,0-69,5 дорівнює 46,5% маси початкового розчину хвостосховища. Одержаний хлорид-магнієвий розчин є товарним продуктом.

Відфільтрований сульфатний осад, який мі­стить близько 25% NаСI, подають на екстрагу­вання хлорид-іонів обробкою його 60%-вим водним розчином метанолу у масовому спів­відношенні 1:3. Одержують калійне добриво в кількості 0,9-11,8% від маси переробленого роз­чину хвостосховища, яке в розрахунку на суху речовину містить (мас. %): K₂O — 30,8-32,6; МgО — 1,4-1,6; Nа₂O — 16,2-16,7; СІ- — від­сутній. Витяги К⁺ і SO₄^2- в добриво становлять відповідно 84-85% і 97-99%. Відділену рідку фазу, яка після відгонки метанолу містить (мас. %): Nа⁺ — 15,8-16,1; К⁺ — 0,04-0,05; Мg²⁺—0,04-0,16; SO₄^2- — 0,02-0,03, випарю­ють з одержанням кухонної солі. Загальна кіль­кість солі становить 8,5-13% маси переробле­ного розчину хвостосховища.

Отже, виконані дослідження переконливо свідчать, що використання органічного селек­тивного розчинника — метанолу дає змогу знесульфуватити відхідні розчини, значно скоротив­ши тривалість знесульфування (30-40 хв. за­мість 14-18 год. на діючому виробництві), а одержаний кристалічний сульфатний осад пе­реробити в безхлоридне концентроване калійне добриво. Випарюванням розчину після відгон­ки метанолу можна виділити товарний хлорид натрію та одержати кондиційний хлоридмагнієвий розчин.