способ получения сложного серосодержащего удобрения

Формула изобретения

1. Способ получения сложного серосодержащего удобрения на основе нитрата аммония и продуктов кислотного разложения апатитового концентрата с массовым соотношением N:P₂ O₅ более 2:1, включающий кислотное разложение апатитового концентрата в условиях избытка ионов водорода сверх стехиометрии на кальций в апатитовом концентрате, использование азотной кислоты и сульфатсодержащего реагента, нейтрализацию аммиаком продуктов кислотного разложения апатитового концентрата, их смешение с нитратом аммония, добавку, при необходимости, соли калия, гранулирование и сушку целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве сульфатсодержащего реагента используют серную кислоту и сульфат аммония при суммарном расходе сульфат-иона в пределах 75÷115% от стехиометрии на кальций, мольном отношении (NH₄)₂SO ₄:H₂SO₄ не менее 0,3:1 и мольном отношении HNO₃:H ₂SO₄ не менее 2,7:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфат аммония вводят при кислотном разложении апатитового концентрата и/или после нейтрализации аммиаком продуктов кислотного разложения и их смешения с нитратом аммония.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суммарный расход азотной и серной кислот по иону водорода поддерживают в пределах 120÷145% от стехиометрии на кальций.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое отношение N:P ₂O₅ в удобрении поддерживают в пределах 2÷6:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства сложных удобрений на основе нитрата аммония и может найти применение в химической промышленности.

В сельском хозяйстве все более широкое применение находят сложные удобрения на основе аммиачной селитры, дополнительно содержащие, кроме азота, другие питательные компоненты, в частности, фосфор, калий, серу.

Известен способ получения сложного азотно-фосфорно-серосодержащего удобрения путем нейтрализации аммиаком азотной кислоты с добавкой экстракционной фосфорной кислоты, содержащей сульфаты, у парки до состояния безводного плава и гранулирования методом приллирования [Пат. РФ №2174970, МПК 7 С05С 1/00, С05G 1/06, опубл. 20.10.2001]. Недостаток способа заключается в низком содержании серы в целевом продукте (0,02÷2,0 мас.% в пересчете на сульфат аммония), что снижает его потребительские свойства.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения сложного серосодержащего удобрения на основе нитрата аммония и продуктов кислотного разложения апатитового концентрата с массовым соотношением N:P₂O₅ более 2:1, включающий разложение последнего азотной и серной кислотами в условиях избытка ионов водорода сверх стехиометрии на кальций в апатитовом концентрате, смешение жидких и твердых продуктов разложения с нитратом аммония, нейтрализацию аммиаком, гранулирование и сушку целевого продукта в сферодайзере. Получаемое удобрение содержит, мас.%: 24÷29 азота, 4÷8 пятиокиси фосфора и 2÷4 сульфатной серы [Пат. РФ №2221758, МПК 7 С05В 11/06, С05С 1/00, опубл. 20.01.2004].

При необходимости в рамках известного способа путем добавки соли калия перед гранулированием может быть получено тройное (азотно-фосфорно-калийное) серосодержащее удобрение.

Недостаток известного способа заключается в повышенной истираемости гранул, приводящей к пылению при транспортировке ленточными конвейерами в местах пересыпки и погрузочно-разгрузочных работах.

Повышенная истираемость гранул обусловлена тем, что гранулы имеют неправильную форму, шероховатую поверхность, что, в свою очередь, связано с особенностями процесса гранулообразования, обусловленными, по-видимому, структурой неплавкой фазы (фосфо-гипса), формирующейся при кислотном разложении апатитового концентрата в условиях известного способа.

Технической задачей, решаемой заявляемым способом, является уменьшение истираемости гранул сложного удобрения.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения сложного серосодержащего удобрения на основе нитрата аммония и продуктов кислотного разложения апатитового концентрата с массовым соотношением N:Р₂ O₅ более 2:1, включающем кислотное разложение апатитового концентрата в условиях избытка ионов водорода сверх стехиометрии на кальций в апатитовом концентрате, использование азотной кислоты и сульфатсодержащего реагента, нейтрализацию аммиаком продуктов кислотного разложения апатитового концетрата, их смешение с нитратом аммония, добавку, при необходимости, соли калия, гранулирование и сушку целевого продукта, согласно изобретения в качестве сульфат содержащего реагента используют серную кислоту и сульфат аммония при суммарном расходе сульфат- иона в пределах 75÷115% от стехиометрии на кальций, мольном отношении (NH ₄)₂SO₄:Н ₂SO₄ не менее 0,3:1 и мольном отношении HNO₃:H₂SO ₄ не менее 2,7:1.

Сульфат аммония вводят при кислотном разложении апатитового концетрата и/или после нейтрализации аммиаком продуктов кислотного разложения и их смешения с нитратом аммония.

Суммарный расход азотной и серной кислот по иону водорода поддерживают в пределах 120÷145% от стехиометрии на кальций.

Массовое отношение N:Р₂О ₅ в удобрении поддерживают в пределах 2÷6:1.

Пример 1

Апатитовый концентрат (39,3% Р ₂О₅, 37,2% Са) в реакторе с мешалкой обрабатывают при температуре 55÷60°С последовательно 58%-ной азотной кислотой, 92%-ной серной кислотой и кристаллическим сульфатом аммония, переманивая реакционную массу по 60 мин после введения каждого реагента.

Расход реагентов составляет (на 1 кг апатитового концентрата), г:

58%-ная азотная кислота	2020
92%-ная серная кислота	396
99%-ный сульфат аммония	868

Это соответствует следующему расходу, % стехиометрии на кальций в апатитовом концентрате:

100%-ная азотная кислота	100
100%-ная серная кислота	40
100%-ный сульфат аммония	70

При этом суммарный расход сульфат-иона составляет 110% от стехиометрии, мольное отношение (NH ₄)₂SO₄:Н ₂SO₄ - 1,75:1, мольное отношение HNO₃:Н₂SO ₄ - 5:1. Суммарный расход кислот по иону водорода составляет 140% от стехиометрии.

К полученным продуктам кислотного разложения апатитового концентрата добавляют 92%-ный раствор нитрата аммония, отобранный в производстве аммиачной селитры, из расчета 1800 г 100%-ного нитрата аммония на 1 кг апатитового концентрата, что соответствует 327 г 100%-ного нитрата аммония на 1 кг сложного азотно-фосфорного серосодержащего удобрения NP(S).

Кислую суспензию нейтрализуют аммиаком до рН 4,0, и нейтрализованную суспензию гранулируют и сушат в лабораторном барабанном грануляторе-сушилке, получая сложное NP(S)-удобрение, содержащее, мас.%:

Nобщ	22,8
в т.ч. Nнитратн	10,4
P 2O5 общ	7,09
P2O 5 усв	7,09
в т.ч. P2O5 вод	5,6
S	5,9
Н 2О	0,5

Массовое отношение N_общ:P₂ O_5усв составляет 3,2:1. Степень извлечения Р₂О₅ из апатитового концентрата - 99,4%.

Полученные гранулы имеют правильную форму и незначительную шероховатость поверхности.

Истираемость гранул определяют по стандартной методике по количеству пыли (фракция менее 0,25 мм), образующейся при соударении гранул в закрытом вращающемся барабане. Количество пыли ("индекс истираемости") составляет 0,1% от массы удобрения, что в 5 раз ниже, чем для сложного NP(S)-удобрения, полученного по известному способу (пример 6).

Пример 2

Проводят опыт по аналогии с примером 1, но к нейтрализованной суспензии перед гранулированием добавляют хлорид калия (60% K ₂O) из расчета 650 г на 1 кг апатитового концентрата. При этом получают сложное азотно-фосфорно-калийное серо-содержащее удобрение, содержащее, мас.%:

Nобщ	20,3
в т.ч. Nнитратн	9,35
P 2O5усв.	- 6,3,
в т.ч. P2O 5вод	5,0
K2O	6,3
S	5,3
Н2О	0,5

Индекс истираемости гранул составляет 0,13% от массы удобрения.

Пример 3

Проводят опыт по аналогии с примерами 1 и 2, но половину сульфата аммония от общего расхода добавляют при кислотном разложении апатитового концентрата, а вторую половину - в нейтрализованную суспензию, перемешивая ее перед гранулированием и сушкой в течение 40 мин. Состав полученных удобрений, как в примерах 1 и 2, индекс истираемости для NP(S) - удобрения 0,11%, для NPK(S)-удобрения 0,14%.

Пример 4

Проводят опыт по аналогии с примерами 1 и 2, но все количество использованного сульфата аммония вводят в нейтрализованную суспензию, перемешивая ее перед гранулированием и сушкой в течение 60 мин.

Состав полученных удобрений, как в примерах 1 и 2, индекс истираемости для NP(S)-удобрения 0,13%, NPK(S)-удобрения 0,15%.

Пример 5

Проводят серию опытов по аналогии с примерами 1 и 2, в которых изменяют суммарный расход сульфат-иона, мольное отношение (NH₄)₂SO ₄:Н₂SO₄, суммарный расход кислот, мольное отношение HNO₃:Н ₂SO₄ и массовое соотношением: Р ₂О₅ в получаемых удобрениях в соответствии с заявляемыми пределами. При этом получают сложные NP(S)- и NPK(S)-удобрения, истираемость гранул которых в 2-5 раз ниже, чем для удобрения, получаемого по известному способу.

Результаты опытов представлены в таблице.

Пример 6 (по прототипу)

Получают сложное NP(S)-удобрение по известному способу. Расход реагентов составляет (на 1 кг апатитового концентрата), г:

58%-ная азотная кислота 1510

92%-ная серная кислота 637

Указанный расход реагентов соответствует дозировке, % от стехиометрии на кальций в апатитовом концентрате:

100%-ная азотная кислота 74,7

100%-ная серная кислота 64,3

Добавка 90%-ного раствора нитрата аммония составляет в пересчете на 100%-ный нитрат аммония 3740 г на 1 кг апатитового концетрата или 577 г на 1 кг удобрения.

Полученное удобрение содержит, мас.%

Nобщ	26,7
в т.ч. Nнитрат	13,1
P 2O5 усв	6,0
в т.ч. P2O 5 вод	2,1
S	3,2
H 2O	0,5

Гранулы удобрения шероховатые, истираемость составляет 0,5% от массы удобрения.

Из представленных данных видно, что предложенный способ, по сравнению с известным, позволяет существенно уменьшить истираемость гранул сложного серосодержащего удобрения, что в промышленных условиях обеспечит снижение пыления при транспортировке ленточными конвейерами и погрузочно-разгрузочных работах.

При суммарном расходе сульфат-иона менее 75% или более 115% от стехиометрии, мольном соотношении (NH₄ )₂SO₄:H ₂SO₄ менее 0,3:1 и HNO ₃:Н₂SO₄ менее 2,7:1 возрастает истираемость гранул получаемых удобрений.

Положительный эффект, как показывают примеры 1÷4, обеспечивается при различных вариантах использования сульфата аммония. Выбор рационального варианта при промышленной реализации способа будет определяться технологической целесообразностью.

Заявленные пределы по суммарному расходу кислот определяются экономическими соображениями: при расходе менее 120% от стехиометрии падает степень извлечения Р₂О₅ из апатитового концентрата, расход более 145% обусловливает неоправданные затраты на реагенты.

Эффективность заявленного способа обеспечивается в широком интервале массового соотношения N:P₂O₅ в получаемых удобрениях. Однако при соотношении менее 2:1 возрастает истираемость гранул, а при соотношении более 6:1 уменьшается термостабильноеть удобрений, то есть возрастает опасность разложения удобрений в процессе гранулирования и сушки.