Технология производства азотных удобрений

Автор: Пользователь скрыл имя, 07 Февраля 2013 в 14:25, реферат

Краткое описание

Производство минеральных солей удобрений составляют одну из важнеших задач химической промышленности. Ассортимент минеральных, используемых в сельском хозяйстве, самой химической промышленности, металлургии, фармацевтическом производстве, строительстве, быту, составляет сотни наименований и непрерывно растет.

Файлы: 1 файл

АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ.docx

— 862.78 Кб (Скачать)

       Аммиакаты содержат от 30 до 50% азота. По внешнему виду -это жидкость светло-желтого или желтого цвета. Получают их путем растворения в водном аммиаке аммиачной селитры, аммиачной и кальциевой селитры, мочевины или аммиачной селитры и мочевины. Производится это в специальных установках. В 10-15%-ю аммиачную воду, приводимую в движение центробежным насосом, вводят горячий раствор аммиачной селитры (или смесь кальциевой и аммиачной селитры) и доводят удобрение до требуемого состава. Перевозят и хранят в специальных, герметически закрываемых цистернах, рассчитанных на небольшое давление.

      Аммиакаты существенно различаются не только по концентрации общего азота, но и по соотношению его различных форм (свободного аммиака, связанного аммиака, амидного и нитратного азота). Поэтому они разнообразны по физическим свойствам. В связи с большим диапазоном температуры начала кристаллизации (от +14° до -70°) зимой в период хранения необходимо выпускать аммиакаты с низкой, а летом - с более высокой температурой кристаллизации. Все аммиакаты транспортабельны, так как имеют высокий удельный вес и концентрацию азота.

      Как и все аммонийные соли, особенно содержащие свободный аммиак, аммиакаты вызывают коррозию сплавов с медью, а аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют и черные металлы. Поэтому для работы с ними требуются емкости из алюминия или его сплавов, из нержавеющей стали или обычные стальные цистерны с защитным коррозийным покрытием специальными лаками (эпоксидными смолами). Применяются также емкости из полимерных материалов.

     По действию на урожай сельскохозяйственных культур аммиакаты в большинстве случаев равноценны твердым азотным удобрениям.

     В последние годы получило распространение применение смесей водных растворов мочевины и аммиачной селитры (КАС).

     Их готовят в заводских условиях из полупродуктов, т.е. из неупаренных сплавов этих удобрений с содержанием азота 28-32%. КАС имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, представляют собой прозрачные или желтоватые жидкости с плотностью 1,26-1,33 г/см3. В связи с сокращением ряда операций при производстве КАС в сравнении с твердыми азотными удобрениями (упаривание, грануляция и другие) значительно сокращаются затраты на производство единицы азота, а высокая плотность растворов удобрений повышает их транспортабельность.

Перевозятся КАС в обычных  железнодорожных цистернах из углеродистой стали и в автоцистернах с  использованием антикоррозийных ингибиторов. Вносят их как в основном приеме, так и подкормку пропашных и зерновых культур теми же машинами, что и для аммиачной воды и жидких комплексных удобрений. Высокая   экономическая   и   агрономическая   эффективность, возможность   механизации   всех   приемов   по   транспортировке   и внесению позволяют считать это удобрение весьма перспективным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2.Производство калийных удобрений.

2.1.Общая характеристика.

Калийные минеральные  удобрения представляют собой природные  или синтетические соли и содержат питательный элемент в форме  иона К+. В зависимости от природы аниона калийные удобрения подразделяются на хлоридные (содержащие анион Cl-) и бесхлоридные. 

К калийным удобрениям хлоридного типа относят природные минералы (каинит, сильвинит), продукты промышленной переработки минералов (хлорид калия), смешанные калийные соли, полученные смешением природных минералов  с хлоридом калия, электролитные  растворы (побочный продукт электролиза  карналлита). К бесхлоридным калийным удобрениям относятся сульфат калия и калимагнезия (двойная соль сульфата калия и сульфата магния). 

Все калийные удобрения растворимы в воде. Их выпускают в кристаллическом  и гранулированном виде. Содержание питательного элемента в них (в пересчете  на K2O) колеблется от 10% в природных минералах до 60% в концентрированном удобрении – хлориде калия. 
Таблица 8.Ассортимент и характеристика калийных удобрений.

Удобрения

Формула действующего вещества

Содержание K2O,%

Удельный вес по годам,

1960

 

Хлоридные

       

Хлорид калия

КСl

53,1-60,6

48,5

95,6

Калий электролит

КСl

45,6

-

0,7

Каинит

КСl *MgSO4

9,5-10,5

5,7

-

Бесхлоридные

       

Сульфат калия

K2SO4

-

-

1,7

Калимагнезия

K2SO4* MgSO4

-

-

2,6


 

В табл. 8 приведены характеристики и удельный вес в общем балансе производства важнейших калийных удобрений. Из приведенных данных видно, что в настоящее время основным калийным удобрением, обеспечивающим свыше 95% потребностей сельского хозяйства, является хлорид калия. Природные низкоконцентрированные минералы (каинит, сильвинит) без предварительной переработки в настоящее время не используются.

Хлорид калия представляет собой твердое кристаллическое  вещество с температурой плавления 7680С. Это безбалластное удобрение содержит 63,1% калия в пересчете на K2O. Растворимость в воде составляет 0,219 мас. долей при 00С, 0,265 мас. долей при 250С и 0,359 мас. долей при 1000С. Кристаллический хлорид калия способен слеживаться. Для уменьшения слеживаемости его обрабатывают раствором солянокислых солей высокомолекулярных аминов. 

Сырьем для производства хлорида калия служит почти исключительно  природный минерал сильвинит  – смесь сильвина KCl и галита NaCl с содержанием калия 22 – 25% считая на K2O. Значительно реже хлорид калия получают из карналлита KCl MgCl6H2O, содержащего около 17% K2O. Потенциальным источником для производства калийных удобрений может стать Мировой океан, в водах которого концентрация калия достигает 0,07%, что в пересчете на K2O составляет 7 1014 тонн. 

Существуют два метода производства хлорида калия из сильвинита: флотационный и галургический (избирательное растворение с раздельной кристаллизацией). В настоящее время флотационным методом вырабатывают около 80% всего хлорида калия. В зависимости от метода производства хлорид калия выпускают в виде продукта марки «К» (получаемый кристаллизацией из растворов) и продукта марки «Ф» (получаемый флотационным обогащением калийных руд).

 

 

 

2.2.Флотационный способ производства

Флотационный способ выделения  хлорида калия из сильвинита основан  на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде насыщенного ими солевого раствора. Это достигается селективной гидрофобизацией поверхности частиц калийных минералов с помощью флотореагентов – собирателей. 

Технологические схемы флотационного  производства хлорида калия зависят  от минерального и гранулометрического  состава флотируемого сильвинита: содержания в нем примесей (глинистых шламов), размеров зерен компонентов и различаются методами обработки глинистых шламов. В общем случае флотационный метод выделения хлорида калия из сильвинита включает следующие операции:

1.Измельчение сильвинитовой руды до размеров частиц 1 – 3 мм с последующим мокрым размолом до размера 0,5 мм.

2.Отделение глинистого  шлама – тонкодисперсных глинисто-карбонатных  примесей методами флотации, гидравлической  классификации, или гравитации.

3.Флотационное разделение  водорастворимых минералов руды (сильвина и галита) в присутствии собирателей (основная флотация).

4.Перечистная флотация  полученного концентрата для  удаления из него оставшихся  примесей.

5.Обезвоживание концентрата  методами сгущения и фильтрования  с возвратом в процесс оборотного  раствора.

6.Сушка влажного концентрата.

 

 





Процессы мокрого размола  и флотации проводят в среде солевых  растворов, насыщенных водорастворимыми компонентами руды (сильвин и галит), что исключает их потери при производстве и позволяет организовать замкнутый циклический процесс. В качестве флотореагентов – собирателей на стадии отделения шлама используют реагент ФР-2 (продукт окисления уайт-спирита), на стадии основной флотации – вещества, способствующие гидрофобизации частиц сильвина: солянокислые соли высших (С10 – С22) первичных аминов, а также высокомолекулярные углеводороды.  

На рис. 15 представлена технологическая  схема выделения хлорида калия  из сильвинита с предварительной  флотацией глинистого шлама, применяемая  для переработки руд с невысоким (менее 2,5%) содержанием нерастворимого остатка. Для руд с более высоким содержанием его используются схемы с предварительным механическим обесшламиванием или с отделением шлама путем введения депрессора – карбоксиметилцеллюлозы, способствующего отделению шлама на стадии основной флотации. 

Флотационный метод эффективен при извлечении хлорида калия  из высококачественных сильвинитовых руд, содержащих незначительное количество шлама. Степень извлечения хлорида калия достигает 0,90 – 0,92 дол. ед., а готовый продукт (концентрат) содержит 93 – 95% соли. Степень извлечения может быть повышена, если в технологической схеме предусмотрена перечистная флотация отделяемого глинистого шлама для извлечения из него хлорида калия. 

 

2.3.Галургический способ производства

  Галургический способ выделения хлорида калия из сильвинита или метод избирательного растворения и раздельной кристаллизации основан на различии температурных коэффициентов растворимости хлоридов калия и натрия при их совместном присутствии, то есть в системе «KCl – NaCl – H2O». В растворах, насыщенных обеими солями, при повышении температуры от 20 – 250С до 90 – 1000С содержание хлорида калия возрастает примерно в два раза, а хлорида натрия несколько уменьшается. 

При охлаждении такого горячего раствора он становится пересыщенным относительно хлорида калия, который  будет кристаллизоваться, а хлорид натрия останется в растворе. При  последующем нагревании этого раствора он останется насыщенным относительно хлорида натрия и становится ненасыщенным относительно хлорида калия 

Поэтому при обработке  подобным раствором нового количества сильвинита из него будет извлекаться  только хлорид калия, переходя в раствор, а хлорид натрия растворяться не будет. Это свойство системы «KCl – NaCl – H2O» и используется в галургическом методе извлечения хлорида калия из сильвинитовых руд для организации циклического процесса. 

Процесс галургического извлечения хлорида калия из сильвинита включает шесть основных стадий.

1.Измельчение сильвинитовой руды. 

2.Выщелачивание хлорида  калия из сильвинита горячим  оборотным раствором (щелоком). 

3.Отделение горячего щелока  от твердой фазы (хлорида натрия  и пустой породы) и его осветление.

4.Охлаждение раствора  и кристаллизация из него хлорида  калия.

5.Сушка хлорида калия.

6.Нагревание оборотного  раствора и возвращение его  на стадию выщелачивания сильвинита.

Технологическая схема этого  процесса представлена на рис. 16. 
 

Выщелачивание хлорида калия  из сильвинита производится нагретым до 105 – 1150С оборотным раствором (щелоком) в шнековом растворителе 2. Выделившийся хлорид калия кристаллизуется в вакуум-кристаллизаторе 5, в котором вакуум создается с помощью пароструйных эжекторов, отсасывающих паровоздушную смесь. На пути к центрифуге 6 к пульпе добавляются солянокислые соли аминов для уменьшения слеживаемости хлорида калия. Степень извлечения хлорида калия составляет 0,90 – 0,95 дол. ед. Галургический метод позволяет комплексно перерабатывать полиметаллические руды, извлекая из них все полезные компоненты, в том числе хлориды магния, бромиды и пищевой хлорид натрия. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3.Производство комплексных  удобрений.

3.1.Общие сведения о  комплексных удобрениях.

        Удобрения — это органические и неорганические соединения естественного или искусственного происхождения, позволяющие улучшить питание растений и повысить плодородие почвы. Их называют также туками, а промышленность минеральных удобрений— туковой промышленностью.

Основными компонентами, необходимыми для минерального питания растений, являются азот, фосфор и калий, которые  называют основными питательными элементами. Они входят в состав большого числа природных и искусственных соединений; однако для того, чтобы эти соединения могли использоваться в качестве удобрений, необходимо соблюдение двух основных условий:

- питательные элементы  должны находиться в доступных  растениям формах;

- содержание и соотношение  элементов должно удовлетворять  физиологии питания растений.

         Помимо трех основных питательных элементов, для нормального развития растений необходим еще ряд элементов. По современной классификации их делят на второстепенные, или олиго-элементы (кальций, сера, магний) и микроэлементы (в первую очередь бор, марганец, медь, молибден и др.). Комплексные удобрения содержат в своем составе не менее двух основных питательных элементов. В зависимости от состава их делят на двойные (двухкомпонентные) NP, NK. или РК-удобрения и тройные (трехкомпонентные, или полные) NPK-удобрения.

          В настоящее время общепринято содержание азота в удобрениях выражать в массовых процентах азота; содержание фосфора пересчитывать на массовый процент пентаоксида дифосфора; калия — пересчитывать на массовый процент оксида дикалия (для хлорида калия нередко указывают и его массовый процент).

           Объем производства удобрений выражают цифрой валового выпуска (так называемое натуральное выражение) или пересчитывают на 100%-ное содержание N, Р2О5 или К2О.

          До 1981 г. в Советском Союзе был широко распространен способ выражения выпуска удобрений в так называемых условных единицах. Для фосфорных удобрений при этом выпуск продукта пересчитывали на выпуск удобрения, содержащего 18,7% Р2О5, для азотных—на 20,5% азота и для калийных — на 41,6% К2О. Эта система сложилась много лет назад, когда величины 18,7; 20,5 и 41,6 выражали среднее содержание питательных веществ в наиболее распространенных тогда видах удобрений (простом суперфосфате, сульфате аммония и низкосортном хлориде калия соответственно).

           Процентный состав комплексных удобрений обычно записывают сокращенно. Содержание питательных веществ выражают цифрами, отделенными друг от друга черточками (реже двоеточиями, знаками + или X). При этом первая цифра всегда обозначает процентное содержание азота, вторая — пентаоксида дифосфора, третья — оксида дикалия. В двухкомпонентных удобрениях отсутствующий элемент обозначают нулем. Если, ломимо основных питательных веществ, в состав удобрения входят олиго- или микроэлементы, их содержание указывают четвертой, пятой и т. д. цифрами с указанием в скобках химического символа элемента.

            Так, говоря, что состав удобрения 17—17—17, мы подразумеваем, что оно содержит 17% N. 17% Р205 и 17% К2О. Если состав удобрения 11,5—50,5— О—2(B)—0,1 (Мп), то оно содержит 11,5% N, 50,5% Р205, не содержит К20 и включает микроэлементы бор и марганец в количествах 2 и 0,1% (в пересчете на элемент) соответственно.

           Соотношение питательных веществ в комплексных удобрениях также обозначается цифрами, причем содержание азота (чаще) или пентаоксида дифосфора принимают за 1. Так, соотношение питательных веществ в первом удобрении равно 1:1:1; для второго состава оно равно 1 : 4,4 : 0. Удобрения, соотношение основных питательных веществ в которых равно или очень близко к 1, называют уравновешенными.

              В зависимости от способа получения и состава комплексные удобрения можно подразделить на сложные, сложно-смешанные и смешанные (сухие тукосмеси). Каждая частица (гранула) сложных и сложно-смешанных удобрений содержит все питательные элементы в одном и том же соотношении. С технологической точки зрения, отличием сложных фосфорсодержащих удобрений от сложно-смешанных является использование в качестве фосфорсодержащего полупродукта при производстве первых фосфорнокислотных растворов, которые нейтрализуют с получением соответствующих солей в едином цикле с производством удобрений. При производстве сложно-смешанных удобрений в качестве фосфорсодержащих составляющих используют твердые соли орто- или полифосфорных кислот, как правило в порошковидной или микрогранулированной формах. К таким солям относят в первую очередь фосфаты аммония, а также одно- и двузамещенные фосфаты кальция, производимые зачастую на других предприятиях.

               Смешанные удобрения, в отличие от сложных и сложно-смешанных, производят путем механического сухого смешения гранулированных (или крупнокристаллических) удобрений. Прин8 ципиальной особенностью сухих тукосмесей является различие химического состава их отдельных частиц (гранул). Системы сухого тукосмешения гранулированных удобрений, доставляемых на тукосмесительную установку без упаковки (навалом), известны за рубежом под названием «балк-блэндинг».

Помимо суммарного содержания питательных элементов и соотношения  между ними, важной характеристикой  удобрении является их растворимость в воде и в почвенных растворах, так как питательные вещества усваиваются корневой системой растений только из растворов. Термин «усвояемый фосфор» применим как к водорастворимым, так и к нерастворимым в воде фосфорнокислым солям; ряд последних способны постепенно переходить в почвенные растворы и в конечном счете усваиваться растениями. Для оценки усвояемости Р205 обычно определяют растворимость фосфатов в воде и в искусственно приготовленных растворах, кислотность которых приблизительно соответствует кислотности почвенных растворов.

             Иногда водорастворимый фосфор в удобрениях называют быстродействующим, а нерастворимый в воде, но усвояемый растениями — медленнодействующим (то же относится и к остальным питательным элементам).

             Водорастворимые фосфаты пригодны для использования на любых почвах как в порошковидной форме, так и в виде гранул, крупных кристаллов, таблеток и т. д.

              Водонерастворимые, но усвояемые фосфаты по своей доступности для? растений подразделяются на цитратно- и лимонно-растворимые. Первые растворимы в аммиачном растворе цитрата аммония (реактиве Петермана). Они относительно легко усваиваются растениями на любых почвах, если применяются в порошковидной форме или в виде мелких гранул. Вторые растворимы в 2%-ном растворе лимонной кислоты, они усваиваются растениями медленно и только на кислых почвах, их применяют преимущественно в порошковидной форме.

               Некоторые виды комплексных удобрений содержат усвояемый фосфор как в водорастворимой, так и в цитратно- и лимон-норастворимой формах.

Азотная часть комплексных  удобрений, представленная неорганическими  солями, содержит только водорастворимый азот. При необходимости получать удобрения, содержащие медленнодействующий азот, используют некоторые его органические соединения— диамид щавелевой кислоты (оксамид), мочевино-формальдегидные соединения, производные пиридина и др.

             Наконец, калийная часть комплексных удобрений представлена почти всегда водорастворимыми формами.

Уже из сказанного выше понятно, что возможный ассортимент удобрений  вообще и комплексных удобрений  в частности может быть весьма широк как с точки зрения содержания и соотношения в них питательных элементов, так и с точки зрения скорости растворения в почвенных растворах. При этом следует помнить, что увеличение потребления минеральных удобрений закономерно требует расширения их ассортимента. Например, если еще 10—15 лет тому назад в нашей стране предпочтение отдавалось водорастворимым формам азота и фосфора, то в настоящее время все большее распространение получает практика сочетания водорастворимых (быстродействующих) форм с медленно (длительно) действующими.

 

3.2.Сырьевая база фосфатной  промышленности.

           Основными видами фосфатного сырья, используемого для производства фосфорсодержащих удобрений, являются апатиты и фосфориты. К крупным месторождениям фосфатных руд относятся такие, запасы Р2О5 в которых превышают 30 млн. т. Месторождения с запасами 10—30 млн. т и менее 10 млн. т относят соответственно к средним и мелким.

            Месторождения апатитовых руд имеют магматическое (вулканогенное) происхождение. Минерал апатит соответствует формуле ЗСа3(Р04)2-СаХг, которая также записывается как Са5(Р04)3Х или СаюР6024Х2 (где X — фтор, хлор или гидроксильная группа). Наиболее распространен в природе фторапатит, менее распространен гидроксилапатит; хлорапатит встречается очень редко. Теоретическое содержание Р2О5 во фторапатите равно 42,23%. Нередко в апатитах часть ионов кальция, непосредственно связанных с фосфатионом, изоморфно замещается ионами стронция и редкоземельных элементов группы церия. Апатитовые руды содержат также примеси нефелина (Na, К) [AIS1O4], эгирина (Na, Fe) (Si03)2, титаномагнетита Fe304-FeTi03-Ti02, ильменита FeTi03, сфена CaTiSi05, полевых шпатов, черной слюды и других минералов.

              Месторождения фосфоритов образовались в основном при осаждении фосфатов из морской воды (осадочные породы). Реже встречаются фосфориты, образовавшиеся на суше в результате размыва фосфатов и взаимодействия вод, содержащих фосфаты, с другими породами.

              По характеру залегания фосфориты делятся на пластовые, желваковые и зернисто-ракушечные. Пластовые фосфориты залегают в виде пластов сплошной фосфатной породы. Желваковые фосфориты представляют собой отдельные камни (желваки) различной формы, окраски и размеров. Они залегают среди песков или глин в виде одного или (чаще) нескольких слоев. В свою очередь желваковые фосфориты по типу вмещающей породы подразделяются на глинистые (как правило, наиболее богатые Р205 —до 29%), глауконитовые и песчанистые (наиболее бедные). Зернисто-ракушечные фосфориты представляют собой фосфатизированные мелкие ракушки и содержат от 5 до 10% Р205.

             Некоторые месторождения фосфоритов подверглись впоследствии воздействию повышенных температур и давлений (контактный метаморфизм), что привело к значительному изменению структуры и минералогического состава сопутствующих пород.

Средний минералогический состав некоторых апатитов и фосфоритов приведен в табл.8

Таблица 8. Средний минералогический состав некоторых фосфатов апатитовой группы.

Минерологический состав

Месторождение

хибинский

Ено-Ковдорский

Белозиминское

Ковдорские

Хубсугульские

Апатит Ca10P6O24X2

35-70

17-28

85

85

80

Нефелин

(Na,K) AlSiO4

20-45

-

-

-

-

Эгирин (Na,Fe)(SiO3)2

6-10

-

-

-

-

Полевой шпат

1-2

-

-

-

-

Сфен CaTiSiO5

2-5

-

-

-

-

Титаномагнетит Fe3O4*FeTiO3*TiO2

До 2

-

I

-

-

Доломит CaCO3*MaCO3

-

-

-

-

10

Кальцит CaCO3

-

10

<I

5

2

Магнетит Fe2+Fe23+O4

-

44-54

-

0,5

-

Форстерит Mg2[SiO4]

-

13-14

-

9

-

Флогопит KMg3(OH,F)2AlSi3O10]

-

9-15

8

0,5

-

Диопсид актинолит CaMg[Si2O6]

-

-

5

-

-

Кварц SiO2

-

-

-

-

8

Глинистые алюмосиликаты  Al4(OH)8[Si4O10]

-

-

-

-

<1


              В зависимости от структурных особенностей и минералогического состава руды применяются различные операции для увеличения содержания Р2О5 и уменьшения количества примесей в сырье (обогащение). Существуют первичные и вторичные методы обогащения. К первичным относятся грохочение — руда пропускается через грохота различных систем для отделения от пустой породы и промывка — основана на том, что легкие глинистые и песчанистые частицы смываются струей воды. Первичному обогащению подвергают в основном желваковые фосфориты.

              Из вторичных методов обогащения природных фосфатов большое значение имеет метод флотации, основанный на различной способности минералов смачиваться водой. Процесс сводится к следующему: руду измельчают, взмучивают в воде, через полученную пульпу пропускают воздух. Минералы апатитовой группы, плохо смачиваемые водой, прилипают к пузырькам воздуха и выносятся на поверхность пульпы в виде пены, которую затем удаляют. Минералы, хорошо смачиваемые водой (нефелины, глауконит), остаются в пульпе; их удаляют через сливное отверстие. Для усиления или уменьшения способности минералов смачиваться водой вводят различные поверхностно-активные вещества (жирные амины, креозот, каменноугольную смолу, торфяную смолу и др.). Метод флотации используют для обогащения апатито-нефелиновых руд Хибинского месторождения, фосфоритов Каратау, Кингисеппского, Вятского, Егорьевского, Актюбинском) и др. месторождений.

3.3.Основные стадии производства  комплексных удобрений.

            Как уже указывалось, твердые сложные и сложно-смешанные фосфорсодержащие удобрения представляют собой отдельные соли или достаточно однородную смесь нескольких солей, одной из которых является соль орто- или полифосфорной кислоты (или смесь таких солей), содержащая не менее двух основных питательных элементов.

Наиболее простым способом получения фосфорнокислых солей  для промышленности минеральных  удобрений является нейтрализация  фосфорнокислотных растворов аммиаком. Для получения таких растворов проводят обработку фосфатного сырья минеральной кислотой. Этот процесс называется процессом кислотного разложения сырья, его также называют процессом экстракции. В зависимости от вида используемой кислоты различают процессы серно-, азотно-  и солянокислотного  разложения; нередко для разложения используют несколько кислот (преимущественно серную и азотную). Известна возможность использования для вскрытия сырья и ряда других агентов (кремнефтористоводородной кислоты, биосульфата аммония, кремнефторида аммония и другие), однако в промышленной практике эти процессы пока не исползуются.

Получаемые химическим методом  фосфорнокислотные растворы всегда содержат значительные количества растворенных и взвешенных примесей, которые могут ухудшать потребительские (снижение содержания питательных веществ) и фнзикомеханические свойства полученных удобрений. В связи с этим промышленные процессы получения комплексных удобрений как правило включают стадию подготовки фосфорнокислотных растворов к дальнейшей переработке. В простейшем случае такая подготовка заключается в механическом отделении твердой фазы от раствора. В более сложных случаях приходится с использованием тех или иных приемов выдатять в осадок растворенные примеси и лишь после этого осуществлять разделение фаз. Отметим, что при производстве некоторых видов комплексных удобрений (например, нитрофоса и нитрофоски) стадия подготовки растворов отсутствует.

Стадия аммонизации (нейтрализации или сатурации) фосфорнокислотных растворов обязательна в том или ином аппаратурном оформлении при получении любых комплексных удобрений. Именно на этой стадии образуются фосфорнокислые соли, являющиеся основой всех сложных удобрений. Другие известные в промышленности методы получения фосфорнокислых солей — взаимодействием фосфорной кислоты со средними фосфатами кальция или осаждение (преципитирование) фосфатов при взаимодействии кислоты с карбонатом и (или) гидрооксидом кальция — используются в основном при производстве одинарных фосфорных удобрений и кормовых фосфатов, но не сложных удобрений. Отметим, что моно- и ди-кальцийфосфаты (двойной суперфосфат и преципитат), образующиеся при этом, могут использоваться при производстве сложно-смешанных удобрений и сухих тукосмесей в качестве фосфатной составляющей.

             При аммонизации фосфорнокислотных растворов, получаемых с использованием азотной кислоты, наряду с фосфатами, образуется и нитрат аммония .

             Фосфорнокислотные растворы содержат, как правило, значительное количество воды, которая должна быть удалена на той или иной стадии процесса для получения сухого готового продукта. В некоторых процессах часть воды удаляется упариванием. Еще часть воды удаляется на стадии нейтрализации за счет тепла химической реакции; ее количество зависит от концентрации кислоты и условий проведения процесса. В некоторых случаях на этой стадии может быть удалено все необходимое количество воды, в других случаях удаление воды осуществляется на последующих этапах, одним из которых является упаривание аммонизированной пульпы. Оставшуюся после этого влагу удаляют в сушильных аппаратах. Целесообразность введения в технологическую схему стадии упаривания пульпы при использовании разбавленных исходных фосфорнокислотных растворов (т. е. при невозможности удаления всей остаточной воды на стадии аммонизации) диктуется следующими соображениями:

- предварительное упаривание  пульпы улучшает условия ее  дальнейшей переработки, в частности  повышается производительность  грануляционного оборудования;

- удаление влаги при  упаривании пульпы снижает нагрузку  по влаге на сушильные аппараты. Это дает возможность уменьшить  расход топочных газов и, соответственно, количество отходящих от сушильных  аппаратов газов, т. е. в конечном  итоге сократить объем газоочистного  оборудования и улучшить санитарные  условия на промышленной площадке.

              Следует обратить внимание и на то обстоятельство, что удаление воды в многокорпусных вакуум-выпарных установках экономичнее по сравнению с ее удалением в сушильных аппаратах. Особенно целесообразен процесс упаривания нейтрализованной пульпы в случае переработки сильнозасоленных экстракционных фосфорных кислот, получаемых, например, из фосфоритов Каратау, вопрос непосредственной упарки которых на сегодня окончательно не решен. Целесообразная глубина упарки определяется рядом факторов, важнейшими из которых являются сохранение достаточной текучести упаренной пульпы и обеспечение благоприятных условий для гранулирования при ее дальнейшей переработке (см. соответственно разд. III и IV). Таким образом, стадия упаривания нейтрализованной пульпы, не являясь обязательной для всех технологических процессов, используется во многих из них, и безусловно, заслуживает более подробного рассмотрения.

               В результате осуществления перечисленных выше операций (стадий) получаются водно-солевые пульпы, содержащие два (азот и фосфор) из трех основных питательных веществ с соотношением N : Р2О5, не всегда удовлетворяющим требованиям потребителя. Для получения удобрений с необходимым соотношением между азотом и фосфором, для получения полных азотно-фосфорно-калийных удобрений и для введения микроэлементов дополнительные компоненты вводят в виде сухих солей, растворов или плавов.

Стадия равномерного смешения всех компонентов, входящих в состав удобрения, необходима для получения  однородного по составу продукта. Естественно, что при получении  некоторых видов удобрений (например, аммофоса и диаммофоса) необходимость  в этой стадии отсутствует.

Современные аппаратурно-технологические  схемы производства удобрений позволяют  совмещать несколько стадий процесса в одном аппарате. Так, стадию смешения компонентов часто аппаратурно объединяют со стадией гранулирования.

               В отличие от двух предыдущих стадий, стадия гранулирования является на сегодняшний день обязательной для всех процессов производства удобрений всех видов.

              По сравнению с порошковидными продуктами, гранулированные удобрения практически не пылят при транспортировании, их проще дозировать при внесении в почву, они обладают лучшими физико-механическими свойствами (меньше слеживаются при прочих равных условиях). Все процессы гранулирования можно условно разделить на две большие группы: гранулирование в присутствии влаги (с последующим ее удалением на стадии сушки) и гранулирование практически безводных систем (солевых плавов) с получением гранул, не требующих дополнительной сушки.

Стадию сушки гранул, полученных при гранулировании в присутствии  влаги, так же как и стадию смешения, иногда аппаратурно совмещают со стадией гранулирования.

            Сухие гранулы подвергаются классификации (или грохочению) с выделением фракций стандартной (товарной) крупности (как правило размера 1—4 мм). Крупную фракцию направляют на дробление и раздробленный материал вместе с мелкой фракцией возвращают на ту или иную стадию процесса; товарная фракция поступает на стадию охлаждения. Стадии классификации, дробления и охлаждения, хотя и являются обязательными для всех процессов производства комп- ' лексных удобрений, могут рассматриваться как вспомогательные. Эти чисто механические процессы в настоящей книге будут рассмотрены лишь вкратце в разделах, посвященных описанию соответствующих промышленных производств удобрений.

             Завершающей стадией производства некоторых видов удобрений является стадия кондиционирования, т. е. обработки поверхности гранул определенными веществами для уменьшения их слеживаемости (обеспечения 100%-ной рассыпчатости). Строго говоря, снижение слеживаемости обеспечивается и введением в технологическую схему стадий гранулирования, сушки, классификации и охлаждения. Однако для многих комплексных удобрений (особенно содержащих в своем составе нитрат аммония) слеживаемость после этих стадий устраняется лишь частично. В качестве кондиционирующих веществ используют различные органические вещества (амины жирных кислот, масла и т. д.) и неорганические порошковидные продукты (тальк, диатомит, каолин и др.).

            Особняком при производстве комплексных удобрений, как впрочем, и при производстве любых фосфорсодержащих удобрений, стоят процессы обезвреживания газовых и жидкостных выбросов и, в частности, процесс абсорбции отходящих газов (т.е. поглощение токсичных соединений из отходящих газов). Не являясь необходимым с точки зрения получения конечного продукта с заданными свойствами, процесс абсорбции абсолютно необходим с точки зрения охраны здоровья людей и окружающей природы от ядовитых соединений, выделяющихся при производстве удобрений: аммиака, оксидов азота, соединений фтора и т.д. Следует также отметить, что уловленный в системе абсорбции аммиак и пылевидные фракции продукта возвращают в технологический цикл производства удобрений, что снижает потери сырья и повышает экономичность процесса. Во многих случаях в абсорбционных системах утилизируют и соединения фтора.

                 Большинство описанных выше стадий процесса производства сложных удобрений сопровождаются химическими реакциями. Это относится не только к стадиям кислотного разложения сырья и аммонизации, но и к стадиям смешения компонентов, гранулирования и сушки, которые могут сопровождаться различными обменными реакциями между фосфатами аммония, нитратом аммония и калийной солью. Эти реакции начинаются на стадии смешения компонентов и в некоторых случаях продолжаются даже на складах готового продукта. Скорость и глубина протекания этих реакций, при прочих равных условиях, зависят от влажности и температуры.

3.4.Производство сложно-смешанных  удобрений.

             Отличием сложно-смешанных удобрений от сложных является использование в качестве фосфорсодержащих составляющих при производстве не первых фосфорнокислотных растворов, а твердых солей фосфорной кислоты, как правило, в порошковидной или микрогранулированной форме.

Принципиальные блок-схемы  двух возможных вариантов поцесса производства сложно-смешанных удобрений показаны на рис. I-2. Вариант с использованием для гранулирования прессования («сухое» гранулирование - рис. I-2,а) предусматривает использование для получения NP, PK, или NPK-удобрений только сухих порошковидных (микрогранулированных) компонентов; дополнительных объяснений приведенная блок-схема требует.

             Вариант с гранулированием в присутствии влаги («мокрое» гранулирование  - рис. I-2,б) допускает возможность использования наряду с сухими компонентами раствора или расплавов. Как видно из рисунка, неизменными компонентами сложно-смешанных фосфорсодержащих удобрений, получаемых по «мокрой» схеме, являются лишь порошковидные фосфорсодержащие компоненты и аммиак. Если в аммонизатор-гранулятор не подавать никаких других компонентов кроме порошковидного (микрогранулированного) аммофоса, может быть получен гранулированный аммофос при условии, что исходный порошок содержит достаточно влаги и свободной фосфорной кислоты для нормального протекания процесса гранулирования (как правило, влажность должна лежать в пределах 4-7% и значение рН 10%-ного раствора не должно превышать 3,5)

             Собственно сложно-ссмешанные удобрения получают при введении в аммонизатор-гранулятор азотных, калийных и других компонентов. В качестве фосфорсодержащих компонентов, помимо фосфатов аммония, можно применить моно- дикальцийфосфат (двойной и простой суперфосфаты, преципитат).Варьируя соотношения исходных фосфорсодержащих компонентов, можно получить удобрения с различным соотношением водорастворимых и нерастворимых форм фосфора; содержание водорастворимых форм фосфора можно регулировать с изменением степени аммонизации при использовании монокальцийфосфата по реакции:

Ca(H2PO4)2+NH3→ CaHPO4+NH4H2PO4,

приводящий к переходу части монокальцийфосфата в нерастворимый в воде дикальцийфосфат.

              Подача серной и фосфорной кислот преследует две цели – получение удобрения определенной марки и поддержание оптимального влажностно-температурного режима (учетом выделения тепла при нейтрализации кислот аммиаком). Эту же цель преследует и подача в гранулятор острого пара. Из сравнения рис. I-2,б и рис. I-1 видно, что основные стадии производства сложно-смешанных удобрений не отличаются от аналогичных стадий в производстве сложных удобрений.

Заключение.

Минеральные удобрения  – источник различных питательных  элементов для растений и свойств  почвы, в первую очередь азота, фосфора  и калия, а затем кальция, магния, серы, железа. Все эти элементы относятся  к группе макроэлементов („Макрос” по-гречески – большой), так как они поглощаются растениями в значительных количествах. Кроме того, растениям необходимы другие элементы, хотя и в очень небольших количествах. Их называют микроэлементами („Микрос” по-гречески – маленький). К микроэлементам относятся марганец, бор, медь, цинк, молибден, иод, кобальт и некоторые другие. Все элементы в равной степени необходимы растениям. При полном отсутствии любого элемента в почве растение не может расти и развиваться нормально. Все минеральные элементы участвуют в сложных преобразованиях органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза. Растения для образования своих органов – стеблей, листьев, цветков, плодов, клубней – используют минеральные питательные элементы в разных соотношениях.

В почвах обычно имеются  все необходимые растению питательные  элементы. Но часто отдельных элементов  бывает недостаточно для удовлетворительного  роста растений. На песчаных почвах растения нередко испытывают недостаток магния, на торфяных почвах – молибдена, на черноземах – марганца и т. д. Недостаток элементов восполняется при помощи удобрений. Почвенную  кислотность устраняют при помощи углекислых солей кальция и магния.

Применение минеральных  удобрений – один из основных приемов  интенсивного земледелия. С помощью  удобрений можно резко повысить урожаи любых культур на уже освоенных  площадях без дополнительных затрат на обработку новых земель. При  помощи минеральных удобрений можно  использовать даже самые бедные, так  называемые бросовые земли.

Всем живым организмам необходимы вещества, регулирующие скорость биохимических реакций. Микроэлементы  и входят в состав таких веществ, например ферментов. Действие их многообразно. Например, железо, марганец и цинк входят в состав некоторых ферментов – катализаторов окислительно-восстановительных реакций. Железо способствует образованию хлорофилла. При внесении ничтожных количеств молибдена урожайность бобовых резко возрастает. Соединения молибдена повышают каталитическую активность ферментов, участвующих в реакциях связывания атмосферного азота бактериями.

 

Информация о работе Технология производства азотных удобрений