Способ получения сложных водорастворимых удобрений

 

Изобретение относится к технологии производства сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве для различных видов почв. В качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор, полученный нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92% до соотношения N:Р₂O_{5водорастворимый}, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей. Полученные удобрения обладают хорошими физико-механическими характеристиками, содержат фосфаты только в водорастворимой форме, количество водонерастворимых соединений не превышает 0,2%. Сумма питательных веществ в полученных удобрениях не менее 36% при соотношении N:P₂O_{5водорастворимый}=(2,3-11,3):1. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области химической технологии, в частности технологии производства сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений, применяемых в сельском хозяйстве для различных видов почв.

В качестве аналогов выбраны способы получения сложных азотно-фосфорных удобрений методом приллирования, так как предлагаемый способ включает стадию получения гранул из расплава азотофосфорсодержащих солей методом приллирования (диспергирования и охлаждения расплава в полой грануляционной башне) как наиболее целесообразного и дешевого для удобрений, отличающихся малой вязкостью плава и не содержащих твердой фазы, на существующем оборудовании производства аммиачной селитры.

Известен способ производства сложных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры, полученной в результате нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, и фосфорной кислоты, включающий аммонизацию фосфорной кислоты различной концентрации (52-54% или 30-42 мас.% в пересчете на P₂O₅) газообразным аммиаком, смешение образовавшегося раствора аммонийфосфата с раствором аммиачной селитры концентрацией 89-92 мас.% с последующими донейтрализацией нитратно-фосфатного раствора, выпариванием, гранулированием полученного плава и обработкой гранул поверхностным антислеживающим веществом [патент 2171795, RU, 2001.08.10].

Недостатками данного способа являются:

- использование экстракционной фосфорной кислоты, содержащей фтористые соединения в количестве до 0,4 мас.% (в пересчете на F^-), а также примеси сульфатной серы, кальция, железа, нерастворимого остатка; фтор создает агрессивную среду и вызывает коррозию оборудования до 0,4 мм/год, частично переходит в состав удобрения, что является нежелательным фактором;

- увеличение расхода аммиака на связывание SO^--₄; F^-, SiF^--₆; содержащихся в виде примесей в экстракционной Н₃РO₄;

- выделение и потери аммиака в результате экзотермических реакций при нейтрализации кислоты;

- необходимость в дополнительном оборудовании для процессов нейтрализации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения азотно-фосфорного удобрения методом приллирования, включающий в себя смешение аммиачной селитры с фосфорсодержащим компонентом, выпаривание и последующее гранулирование полученной смеси. По этому способу в качестве фосфорсодержащего компонента используют аммофос, который растворяют в слабом отработанном растворе аммиачной селитры с получением концентрации 20-30%, а в качестве азотсодержащего компонента применяют раствор аммиачной селитры концентрации 85-90%. Растворы смешивают, смесь аммонизируют, выпаривают и гранулируют с последующей обработкой гранул [патент 2169720, RU, 2001.06.27].

Полученное по данному изобретению удобрение содержит P₂O₅ в готовом продукте 4-7 мас.%.

Недостатками данного изобретения являются:

- наличие в фосфорсодержащем компоненте (аммофосе) водонерастворимых примесей, фторсодержащих соединений [Кочетков В.Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. - М.: Химия, 1972, стр.133-135, 143], что обуславливает их неизбежное присутствие в готовом продукте и снижает его агрохимическую ценность;

- частичное содержание в аммофосе и, как следствие, в получаемом удобрении фосфора в усвояемой (цитраторастворимой) форме [Кочетков В.Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник. - М.: Химия, 1972, стр.11];

- наличие иона фтора вызывает коррозию оборудования до 0,2 мм/год;

- примеси нерастворимых соединений кальция, железа, алюминия, сульфатов способствуют забивке технологического, в первую очередь выпарного, оборудования;

- потери газообразного аммиака на стадии получения концентрированных, а именно 85-90%-ных растворов аммиачной селитры;

- потери газообразного аммиака на стадии циркуляции нитратно-фосфатного раствора при температуре 140-150С;

- необходимость наличия стадии получения концентрированных растворов аммиачной селитры.

Данная технология не обеспечивает отсутствия фторсодержащих соединений, нерастворимого осадка в готовом продукте, часть фосфора теряется, так как находится в виде неусвояемых солей (фосфаты Fe, Al, Са, Mg). Наличие нерастворимого осадка является бракующим фактором для удобрения, например, используемого в виде водного раствора и подаваемого через системы дождевания.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения водорастворимых азотно-фосфорных удобрений (далее NP-удобрения) улучшенного качества с высокими физико-механическими характеристиками, содержащих фосфаты только в водорастворимой форме при соотношении N:Р₂O₅=(2,3-11,3):1 и сумме питательных веществ не менее 36%, водонерастворимые соединения в количестве не более 0,2%, а фторсодержащие соединения - не более 0,02%.

При этом не расходуются свободная азотная кислота и аммиак; упрощается процесс в результате исключения стадии получения 85-90%-ного раствора аммиачной селитры; в 3-7 раз снижается или исключается коррозия и забивка оборудования при указанных содержаниях F^- и нерастворимого остатка.

Указанный выше технический результат достигается в способе получения сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры и фосфорсодержащего компонента, включающем смешение фосфорсодержащего компонента и аммиачной селитры, двухстадийное выпаривание, гранулирование смеси методом приллирования с последующей обработкой получаемых гранул кондиционирующими добавками, причем в качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор, полученный нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция при соотношении в растворе N:P₂O_{5водорастворимый}, равном (1,1-3,1):1, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92% до соотношения N:P₂O_{5водорастворимый}, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей, а выделенный при очистке осадок возвращают на стадию разложения апатита. При этом конверсионная аммиачная селитра содержит фтор-иона не более 0,01%, нерастворимого остатка - не более 0,1%.

Особенности предлагаемого способа и его отличия от способа, выбранного в качестве прототипа, состоят в следующем:

- использование в качестве фосфатного сырья очищенного от водонерастворимых примесей NP-раствора, содержащего моно-, диаммонийфосфат и нитрат аммония;

- использование конверсионной аммиачной селитры как основного источника азота, тем самым исключается расход азотной кислоты и аммиака на собственно получение аммиачной селитры из чистых сред, а также потери аммиака в результате экзотермических реакций при нейтрализации азотной кислоты;

- наличие F^- в сырье не более 0,02% в 3-7 раз снижает или исключает коррозию оборудования при дальнейшей переработке нитроаммофосфатной смеси на стадиях донейтрализации, выпарки и грануляции;

- при наличии водонерастворимых соединений не более 0,2% исключается забивка оборудования, что обеспечивает стабильность процесса, требуемую производительность (проверено в промышленных условиях при выпуске нового удобрения);

- полученное по данному способу удобрение содержит фосфаты только в водорастворимой форме;

- количество нерастворимых примесей не превышает 0,2%, а F^- - 0,02%.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом (см. принципиальные схемы на фиг. 1 и 2).

Из нитроаммофосфатного раствора, полученного в производстве сложных удобрений NPK нейтрализацией азотно-кислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой и последующего отделения тетрагидрата нитрата кальция, по первому способу (см. фиг.1) после разбавления его водой или конденсатом до концентрации солей 55-65 мас.% отделяют водонерастворимые соединения кальция, магния, железа, алюминия, редкоземельных элементов, SiO₂, фторсодержащие примеси. Затем очищенный NP-раствор смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры в соотношении азота общего и водорастворимых фосфатов N:P₂O₅=(2,3-11,3):1. При этом исходный нитроаммофосфатный раствор содержит азот и P₂O₅ общий в соотношении 1:2,8 в виде моно-, диаммонийфосфата и нитрата аммония.

По второму способу (см. фиг.2) нитроаммофосфатный раствор разбавляют водой или конденсатом, смешивают с конверсионным раствором аммиачной селитры в соотношении N:P₂O_{5водорастворимый}=(2,3-11,3):1, а затем очищают. Содержание Н₂O в смеси составляет 35-45%.

Состав и температура перед стадией очистки обусловлены условиями кристаллизации раствора моноаммонийфосфата. С целью предотвращения кристаллизации моноаммонийфосфата и потерь его с твердой фазой температура поддерживается не менее 70С. Очищенный и разбавленный NP-раствор содержит моно- и диаммонийфосфата в сумме 10-24%, нитрата аммония 36-55%, Н₂О 35-45%, нерастворимого осадка не более 0,2%, F^- не более 0,01%.

Концентрация нитрата аммония в растворе селитры составляет 55-92%, F^- - не более 0,01%.

Образующийся осадок возвращают на стадию разложения апатита, что исключает потерю фосфора и других полезных компонентов.

Очищенную смесь нитроаммофосфатного раствора и раствора конверсионной аммиачной селитры упаривают в две стадии: на первой стадии до концентрации 87-92%, осуществляемой в производстве NPK, под вакуумом не более 200 мм рт.ст. и при температуре 125-140С с целью предотвращения разложения солей, сокращения потерь аммиака; на второй стадии под атмосферным давлением при 170-185С до концентрации плава 99,7%. Вторая стадия выпарки раствора, грануляция плава, осуществляется на действующем оборудовании производства аммиачной селитры.

Безопасность выпарки обеспечивается значениями рН поступающего на упаривание раствора 5,0-5,5.

Упаренный плав гранулируют с помощью акустических грануляторов. Гранулы обрабатываются кондиционирующими добавками.

Технология по данному способу проста, легко вводится в эксплуатацию.

Использование действующего оборудования производства NPK и аммиачной селитры значительно упрощает технологический процесс. Не требуются значительные капиталовложения, в процессе отсутствуют отходы.

Полученное удобрение имеет хорошие физико-механические свойства, гранулы сферической формы с диаметром 1-4 мм устойчивы при хранении.

Условия и результаты опытов по предлагаемому способу сведены в таблицу.

Формула изобретения

1. Способ получения сложных водорастворимых азотно-фосфорных минеральных удобрений на основе аммиачной селитры и фосфорсодержащего компонента, включающий смешение фосфорсодержащего компонента и аммиачной селитры, двухстадийное выпаривание, гранулирование смеси методом приллирования с последующей обработкой получаемых гранул кондиционирующими добавками, отличающийся тем, что в качестве фосфорсодержащего компонента используют нитроаммофосфатный раствор с соотношением в растворе N:P₂O_{5водорастворимые}, равном (1,1-3,1):1, который после разбавления водой или конденсатом до концентрации солей 55-65% смешивают с раствором конверсионной аммиачной селитры концентрацией 55-92%, до соотношения N:P₂O_{5водорастворимый}, равного (2,3-11,3):1, при этом нитроаммофосфатный раствор или его смесь с конверсионной аммиачной селитрой очищают от водонерастворимых примесей, а выделенный при очистке осадок возвращают на стадию разложения апатита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитроаммофосфатный раствор получают нейтрализацией азотнокислотной вытяжки, образовавшейся в результате разложения апатита азотной кислотой с отделением нитрата кальция.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нитроаммофосфатный раствор или его смесь с раствором конверсионной аммиачной селитры очищают от водонерастворимых примесей методом центрифугирования, или фильтрации, или отстоя.

4. Сложные водорастворимые азотно-фосфорные минеральные удобрения, приготовленные согласно способу по пп.1-3.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2