Описание технологического процесса и технологической схемы производства

Сущность процесса получения минеральных удобрений заключается в нейтрализации фосфорной кислоты, получаемой из апатитового концентрата, жидким аммиаком по следующим основным реакциям:

Н₃РО₄ + NН₃ = NН₄Н₂РО₄ (моноаммонийфосфат), (1)

NН₄Н₂РО₄ + NН₃ = (NН₄)₂НРО₄ (диаммонийфосфат), (2)

Н₃РО₄ + 2NН₃ = (NН₄)₂НРО₄ (3)

На стадии выпаривания фосфорной кислоты в производстве экстракционной фосфорной кислоты (ПЭФК) выпадают осадки сульфата кальция, ортофосфатов кальция, железа, алюминия, фториды и кремнефториды кальция, образуя взвеси - твердый осадок в фосфорной кислоте.

Присутствующие в фосфорной кислоте примеси железа, алюминия, растворимого кальция образуют в основном средние соли.

СаО + Н₃РО₄ = СаНРО₄ + Н₂О, (4)

Fе₂О₃ + 2Н₃РО₄ = 2FеРО₄ + 3Н₂О, (5)

Аl₂О₃ + 2Н₃РО₄ = 2АlРО₄ + 3Н₂О (6)

Возможно также образование солей типа Fе, Аl NН₄(НРО₄)_{2 *} 0,5Н₂О и других.

Некоторое количество ионов кальция в фосфорной кислоте связано в виде кристаллогидрата сульфата кальция.

СаО + Н₂SО₄ + Н₂О = СаSО_{4 *} 2Н₂О (7)

Серная и кремнефтористоводородная кислоты при аммонизации образуют аммонийные соли, то есть являются носителями азота в удобрениях.

Н₂SО₄ + 2NН₃ = (NН₄)₂SO₄ + Q, (8)

Н₂SiF₆ + 2NН₃ = (NН₄)₂SiF₆, (9)

3SiF₄ + 3Н₂О = 2Н₂SiF₆ + Н₂SiО₃, (10)

НF + NН₃ = NН₄F (11)

При использовании в технологическом процессе фосфорной кислоты с повышенным содержанием магния, образуются нерастворимые соли.

3МgО + 3Н₃РО₄ = 3МgНРО_{4 *} 3Н₂О, (12)

МgО + NН₃ + Н₃РО₄ = МgNН₄РО₄ + Н₂О (13)

За счет образования этих солей снижается содержание азотной части в удобрениях, особенно это заметно при производстве диаммонийфосфата. Кроме того, происходит выпадение осадка на стенках труб и их забивка.

При производстве диаммофоски применяемый в качестве сырья концентрат минеральный «Сильвин» в аммонизаторе - грануляторе и после находится в виде самостоятельной фазы, а часть его вступает в реакцию.

NН₄Н₂РО₄ + КСl = КH₂РО₄ + NН₄Сl (14)

Растворимость диаммонийфосфата описывается уравнением:

L = 36,5 + 0,213t - при 10 ºС - 70 ºС,

где L – растворимость (г/100 г насыщенного раствора), t – температура, ºС

Степень гидролиза диаммонийфосфата зависит от его массовой концентрации в растворе:

Растворимость моноаммонийфосфата описывается уравнением:

L = 17,2 + 0,457t - при 0 ºС – 110,5 ºС,

где L - растворимость, t – температура.

Зависимость растворимости ортофосфатов аммония от температуры приведена на рисунке 2 [3], где 1- NН₄Н₂РО₄, 2 - (NН₄)₂НРО₄, 3 - (NН₄)₃РО₄.

Диаграммы состояния бинарных систем NН₄Н₂РО₄ – Н₂О и (NН₄)₂НРО₄ – Н₂О приведены на рисунке 3 и 4 [3]. На диаграмме рисунка 3 эвтектическая точка соответствует температуре минус 4,4 ºС и отвечает составу 17,4 % NН₄Н₂РО₄. В системе (NН₄)₂НРО₄ – Н₂О на диаграмме рисунка 4 существует метастабильная область в интервале температур от минус 6,5 ºС до 16,5 ºС, в которой образуется кристаллогидрат (NН₄)₂НРО_{4 *} Н₂О.

Диаграмма растворимости NН₄Н₂РО₄ и (NН₄)₃РО₄ в воде в присутствии (NН₄)₂НРО₄ приведена на рисунке 5 [3]. Из диаграммы видно, что в присутствии (NН₄)₂НРО₄ растворимость моноаммонийфосфата увеличивается. При добавлении (NН₄)₃РО_{4 *} 3Н₂О растворимость диаммонийфосфата понижается.

Наиболее устойчивым из фосфатов аммония в твердом состоянии является моноаммонийфосфат, при нагревании которого до 100 ^оС - 110 ^оС не наблюдается существенных потерь аммиака.

Диаммонийфосфат термически малоустойчив и начинает разлагаться уже при температуре 70 ºС с выделением аммиака, превращаясь в моноаммонийфосфат.

(NН₄)₂НРО₄ → NН₄Н₂РО₄ + NН₃ (15)

Данные о давлении паров аммиака (Р) при диссоциации этой соли приведены ниже:

Как видно из приведенных данных, давление паров аммиака при диссоциации диаммонийфосфата велико, что указывает на легкое разложение соли с выделением в газовую фазу аммиака.

Давление паров аммиака при 125 ºС составляет 6,67 Па [3].

Зависимость физико-химических свойств насыщенных растворов моно- и диаммонийфосфатов от мольного отношения NН₃ : Н₃РО₄ при 25 ºС приведены на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Зависимость физико-химических свойств насыщенных растворов моно- и диаммонийфосфатов от мольного отношения NН₃ : Н₃РО₄ при 25 ºС 1 – растворимость, 2 – плотность, 3 – вязкость, 4 – рН раствора

Физико-механические свойства минеральных удобрений являются важными показателями, характеризующими их устойчивость к воздействиям внешней среды при транспортировке и хранении. При большой гигроскопичности удобрения слеживаются, ухудшается сыпучесть, теряется прочность. ДАФ и аммофос слабо гигроскопичны и относятся к слабо слеживающимся и слабо уплотняющимся удобрениям.

Гигроскопическая точка для ДАФ удобрительного из кислоты, полученной на основе апатита, составляет от 72 % до 74 % [7], для аммофоса по экспериментальным данным от 73 % до 79 %.

Угол естественного откоса диаммонийфосфата при влажности от 1,3 % до 1,5 % составляет от 34 до 36 °.

Процесс производства гранулированных минеральных удобрений состоит из следующих стадий:

· Прием, хранение и снабжение производства основным сырьем и технологическими добавками

· Получение пульпы фосфатов аммония

· Доаммонизация и гранулирование удобрений

· Получение топочных газов и сушка удобрений

· Рассев высушенных гранул и дробление крупной фракции

· Охлаждение готового продукта

· Кондиционирование продукта и транспортировка готового продукта на склад

· Дообработка продукта

· Очистка пылегазовоздушной смеси, выбрасываемой в атмосферу

1.5 Прием, хранение и снабжение производства основным
сырьем