Технологическая схема производства простого суперфосфата

Рис 4 - Номограмма для определения фазового состава фосфатного комплекса суперфосфата из апатитового концентрата [1].

 

 

 

1.9. Дозревание суперфосфата

 

         При понижении температуры до 40-50⁰С дозревание суперфосфата, полученного из апатита, ускоряется [1]. Это объясняют кристаллизацией Ca(H₂PO₄)₂^.H₂O  из жидкой фазы  при охлаждении суперфосфата, уменьшением возможности возникновения пассивируемых корок CaHPO₄  и микроперемешиванием жидкой фазы, возникающим в результате кристаллизации Ca(H₂PO₄)₂^.H₂O. Охлаждение суперфосфата проводят распылением камерного продукта дисковыми, дутьевыми или барабанными разбрасывателями и периодическим перелопачиванием суперфосфатных куч грейферами или экскаваторами. С увеличением нормы H₂SO₄ дозревание суперфосфата на складе значительно ускоряется (рис.5) [2].  Это связано с изменением в составе жидкой фазы суперфосфата, т.е. уменьшением степени нейтрализации жидкой фазы и началом кристаллизации Ca(H₂PO₄)₂^.H₂O  с образованием корки при большей общей степени разложения фосфата. При очень большой норме H₂SO₄ и высокой активности жидкой фазы меньше  проявляется или совсем не наблюдается температурная аномалия в процессе дозревания суперфосфата.

 

 

Рис 5 - Зависимость дозревания суперфосфата из апатита от норы H₂SO₄ [1]

                1.10. Гигроскопичность продукта и его нейтрализация

 

            Суперфосфат с высокой свободной кислотность ( более 5% P₂O₅) при 20 ⁰С в тех случаях, когда относительная влажность воздуха составляет 70-100%, поглощает атмосферную влагу. Это объясняется небольшим (1,33-1,81 кПа) давлением водяного пара над насыщенными растворами монокальцийфосфата в фосфорной кислоте (жидкая фаза суперфосфата)-оно ниже парциального давления паров воды при той же температуре и соответствующих значениях влажности атмосферного воздуха (1,63-2,33 кПа). Поглощенная влага растворяет некоторое количество монокальцийфосфата , вызывая его разложения на дикальцийфосфат и фосфорную кислоту. Выделение же дополнительного количества свободной фосфорной кислоты ещё больше увеличивает гигроскопичность суперфосфата [6].

Такой суперфосфат обладает плохими физическими свойствами-слеживается, замазывает посевные устройства, зависает в бункерах механических сеялок; кроме того, он вызывает коррозию механизмов и тары и уменьшает всхожесть семян при совместном внесении. Поэтому свободную кислотность вызревшего суперфосфата нейтрализуют, обрабатывая его добавками, легко разлагаемыми фосфорной кислотой. Обычно нейтрализацию совмещают с гранулированием.

В качестве добавок применяют  костяную или фосфористую муку, известь, мел, известняк, доломит, серпантиниты, обесфторенные фосфаты. Наиболее целесообразно  вводить фосфорсодержащие добавки, несколько обогащающие продукт (при внесении костяной муки или фосфорита снижение содержания свободной P₂O₅ на 1% эквивалентно приросту количества усвояемой P₂O₅ в среднем на 0,4% ).

Свободную кислотность  суперфосфата нейтрализуют также аммиаком (аммонизация)[1]:

При нейтрализации первого иона водорода свободной фосфорной кислоты образуется NH₄H₂PO₄:

H₃PO₄+NH₃= NH₄H₂PO₄+113 кДж. (14.)

Вследствие выделения  тепла при нейтрализации температура  повышается до 80⁰С, и происходит некоторое подсушивание суперфосфата. При этом содержание P₂O₅ (вод.) в суперфосфате не снижается. При более глубокой аммонизации образуется (NH₄)₂HPO₄, который реагирует с CaSO₄:

H₃PO₄+ 2NH₃=(NH₄)₂HPO₄,(15)

(NH₄)₂HPO₄+ CaSO₄=CaHPO₄+ (NH₄)₂ SO_4,(16)

Ca(H₂PO₄)₂^.H₂O+ CaSO₄+2 NH₃=2CaHPO₄+(NH₄)₂ SO₄.(17)

Глубокая аммонизация ведет к большим потерям P₂O₅ (вод.),практически не влияет на содержание P₂O₅ (усв.).

При значительном избытке  аммиака происходит ретроградация P₂O₅, т.е. её переход в неусвояемую форму:

2CaHPO₄+ CaSO₄+2NH₃=Ca₃(PO₄)₂+(NH₄)₂SO₄.(18)

Поэтому при аммонизации  суперфосфата аммиаком получают продукт, содержащий около 2% азота. Для получения продукта с большим содержанием азота применяют жидкие аммиакаты.

Особенно эффективна аммонизация суперфосфата при получении  последнего из фосфоритов Каратау. В  этом случае происходит почти полное высаливание фосфатов кальция  и магния и при охлаждении до 25⁰С, в отличие от апатитового суперфосфата кристаллизуются  не только Ca(H₂PO₄)₂^.H₂O, но и фосфаты магния и аммония с образованием различных двойных и тройных солей - кристаллогидратов. Поэтому при охлаждении аммонизированный суперфосфат схватывается и превращается в продукт с хорошими физическими свойствами.

 

 

 

 

2. Технологическая схема производства простого суперфосфата

           Современные  способы производства суперфосфата основаны на непрерывном дозировании и смешении реагентов, а также на затвердевании продукта в камерах непрерывного действия. На рис.6[5] представлена схема установки непрерывного действия с горизонтальной кольцевой вращающейся камерой.

 

Рис 6 - Схема производства суперфосфата непрерывным способом [5]:

1-сборник серной кислоты; 2-транспортеры; 3-бункеры; 4-элеватор; 5-шнеки; 6-весовой ленточный дозатор; 7-смеситель; 8-контрольные весы; 9-суперфосфатная  камера; 10- фрезер; 11-разбрасыватель  суперфосфата; 12-напорные баки; 13-кислотосмеситель; 14-газоотделитель; 15-конценратомер; 16- щелевой расходометр.

 

           Серная кислота из сборника 1 непрерывно перекачивается центробежным насосом в напорный бак 12. В смесителе 13 (сосуд с перегородкой, в которой сделаны отверстия диаметром 6-7 мм) концентрированная (75%- или 93%-ная ) серная кислота разбавляется водой до концентрации 68-68,5 H₂SO₄, а в бачке 14 отделяются газообразные оксиды азота, которые попадают в газовую фазу при разбавлении башенной кислоты. Концентратометр 15 служит для автоматического управления разбавлением серной кислоты водой, а с помощью щелевого расходометра 16 автоматически поддерживается заданный расход серной кислоты в единицу времени.

          Фосфатная мука из бункера 3 элеватором 4 и шнеками 5 подается в весовой ленточный дозатор 6. Избыток фосфора с помощью обратного шнека может быть возвращен в большой бункер 3. Правильность дозировки фосфата периодически проверяется на контрольных весах 8. Серная кислота и фосфатная мука в заданных соотношениях непрерывно поступают в вертикальный смеситель 7, из которого суперфосфатная пульпа тоже непрерывно вытекает в кольцевую суперфосфатную камеру 9. Здесь происходит схватывание (затвердевание) суперфосфата, и он непрерывно вырезается фрезером 10 и подается на ленточный транспортер 2. Горячий суперфосфат с ленты попадает на вращающийся разбрасыватель 11. При разбрасывании суперфосфата выделяются пары воды и происходит его частичное охлаждение. Суперфосфат в дальнейшем охлаждается до 40-50⁰С посредством неоднократного переваливания его из одной кучи в другую экскаваторами и грейферными кранами (так называемое перелопачивание)

       На рис.7 [5] показан четырехкамерный вертикальный смеситель, применяемый в производстве суперфосфата.

 

Рис 7 - Вертикальный четырехкамерный смеситель непрерывного действия[5]:

1-корпус смесителя; 2- мешалки; 3-переливная коробка; 4-чугунный шибер; 5-загрузочное отверстие.

        Корпус 1 смесителя футерован кислотоупорным кирпичом и диабазовыми плитками. В первых трех камерах лопатные мешалки 2 вращаются с окружной скоростью 7-9 м/сек, а в последней камере со скоростью около 5 м/сек. Количество пульпы в смесителе регулируют шибером 4.

 

         Кольцевая суперфосфатная камера непрерывного действия (рис.6) [5] представляет собой вертикальный железобетонный цилиндр 1 со стальным кожухом, футерованным диабазовыми плитками. Цилиндр медленно (один оборот за 1,5-2,5 ч) вращается на роликах вокруг неподвижной центральной трубы 5, проходящей через сальниковое уплотнение в днище цилиндра. Железобетонная крышка 9 камеры неподвижна, к ней подвешен вертикальный щит 4, разделяющий зоны загрузки  и  выгрузки. Для вырезки готового суперфосфата служит фрезер 7, вращающийся со скоростью 8-10 оборотов в 1 мин в направлении, противоположном направлению вращения цилиндра 1.

          Суперфосфатная пульпа из смесителя непрерывно поступает в камеру, постоянно затвердевает по мере вращения цилиндра и подходит к фрезеру 7 уже готовой для вырезки. Срезанный ножами 6 суперфосфат попадает в центральную разгрузочную трубу 5 через щель и ссыпается на транспортер 3. В зависимости от скорости вращения цилиндра производительность камеры составляет 40-50 т/ч суперфосфата.

Рис 8 - Кольцевая суперфосфатная камера непрерывного действия [5]:

1-вращющийся цилиндр; 2- днище; 3-транспортер; 4- неподвижный поперечный щит; 5- центральная загрузочная труба; 6- срезающие ножи; 7-фрезер; 8-скребки; 9-неподвижная крышка.

 

    2.1. Гранулирование суперфосфата

 

         Наиболее распространенным способом гранулирования суперфосфата является процесс окатывания. Прочность и плотность  гранул зависит от величины сил агломерации, связывающих частицы порошковидного материала в гранулы.

Для выпуска продукта стандартного качества при смешивании порошковидного суперфосфата с ретуром и известняком важно выдерживать определенное соотношение компонентов. При неправильном дозировании нарушается процесс гранулирования. Обычно процесс гранулирования ведут таким образом, чтобы обеспечить максимальный выход товарной фракции. Содержание ретура в шихте, поступающей на гранулирование, составляет всего 15-30%.

        При перемешивании порошковидного суперфосфата в результате механического воздействия жидкая фаза из частиц суперфосфата выступает наружу-происходит принудительный синерезис геля. При этом мельчайшие кусочки суперфосфата склеиваются выступившей на поверхности жидкой фазы, вследствие чего образуются более крупные гранулы. Так постепенно происходит окатка, или гранулирование суперфосфата, до тех пор, пока эти комочки не приобретут форму шарика. В ходе процесса из пор комочков удаляется воздух и выжимается связующая жидкость. Образующаяся жидкостная оболочка увлекает сухие частички, и гранула увеличивается до тех пор, пока поверхность растущей гранулы будет влажной.

       При недостаточной подаче воды получаются мелкие гранулы, при попадании крупных капель воды гранулы получаются крупнее, чем требуется. Чтобы выход гранул требуемых размеров был возможно больше, необходимо точно дозировать воду, добавляемую при гранулировании, и хорошо распылять её до мельчайших капелек. Для того, чтобы успело произойти окатывание частиц и образовались нормальные гранулы, требуется 10-12 мин.

Введение в процессе гранулирования капельно распыленной  воды в большинстве случаев необходимо. Только для суперфосфата свежего или содержащего большой процент жидкой фазы (а следовательно, и влаги) не требуется дополнительное введение воды.  К вызревшему суперфосфату с относительно низким содержанием жидкой фазы добавляют примерно 2-4 % воды от массы продукта , в противном случае гранулирование происходит очень медленно или гранулы совсем не образуются. Из рис. 9 [1] видно, насколько резко уменьшается время, требуемое для получения гранул заданной крупности, с повышением влажности фосфата.

 

Рис 9 –зависимость времени окатывания (а) и прочности (б) от влажности суперфосфата [1].

 

 Схема гранулирования суперфосфата показана на рис.10[2]. Перед гранулированием свободную кислотность нейтрализуют твердыми добавками (аппараты 1-7). Гранулирование происходит в процессе окатывания увлажненного суперфосфата, смешанного с мелким оборотным продуктом (ретуром), в барабанном грануляторе 12. Влажные гранулы высушиваются в сушильном барабане 13, сухие гранулы рассеиваются на грохоте 15, крупная фракция измельчается на валковой дробилке 23. Гранулятор представляет собой вращающийся полый барабан (длина 7,5 м, диаметр 1,4 м) установленный с небольшим углом наклона (1⁰). Барабан вращается со скоростью 7,5 оборотов в мин. Внутри него на расстоянии 1 м от входа гранул расположены направляющие лопасти и подведена труба с тремя форсунками, распыливающими воду под давлением 4-5 ат. В грануляторе продукт смачивается до 16-18 %-ной влажности; при такой влажности суперфосфат  приобретает пластические свойства, т.е. способность окатываться в шарики различных размеров.

Рис 10 - Схема гранулирования суперфосфата [2]:

 

 

1-грейферный кран; 2,8,19-бункеры; 4,7,11,17,18-ленточные транспортеры;

5,15-грохоты; 9-циклон-пылеуловитель; 3,10-шнековые питатели; 6,23-валковые  дробилки; 12-барабанный гранулятор; 13- барабанная сушилка; 14-башня для адсорбции фтора; 16-элеватор; 20- полуавтоматические весы; 21- машина для зашивания мешков; 22- автопогрузчики.

Сушка гранулированного