2.5.2 Технология производства нитроаммофоски

Прогрессивным направлением в переработке фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения апатитов и фосфоритов. Этот метод позволяет использовать азотную кислоту не только как средство для разложения нерастворимых средних фосфатов в растворимую форму, но и как дополнительный источник питательных элементов. На основе азотнокислотного разложения фос­фатов обычно получают сложные NP- или NPK-удобрения.

Сырье.

Сырьем являются: апатитовый концентрат, азотная кислота, жидкий аммиак, углекислота, хлористый калий, карбамид.

Кольский апатитовый концентрат – лучшее в мире фосфатное сырье. Апатитовый концентрат должен содержать: Са₅F(РО₄)₃ в пересчете на Р₂О₅ более 39.4%; воды – менее 1.0%; оксиды железа и алюминия менее 3.0%; оксида магния менее 0.23%; крупность концентрата не должна превышать 11.5% остатка на сите № 016 (размер ячеек 16мм); плотность – 3.1 т/м³; насыпная плотность – 1.5–1.8 т/м³; молекулярная масса 504.3.

Азотная кислота – бесцветная жидкость, сильный окислитель, молекулярная масса – 63.02. Применяют азотную кислоту с концентрацией н/м 57% (высший сорт) и н/м 56% (1-й сорт); с содержанием NО_х в пересчете на N₂О₄ н/б 0.07%.

Жидкий аммиак технический. Применяется двух марок: 99.6% (марка Б) и 99.96% (марка А); с содержанием масла н/б 8 мг/л, воды н/б 0.4%, железа н/б 2 мг/л. Аммиак при нормальной температуре и атмосферном давлении находится в газообразном состоянии.

Хлористый калий – кристаллический порошок серовато-белого или красно-бурого цвета. Массовая доля КСl н/м 95%, в пересчете на К₂О н/м 60%; воды н/б 1.0%; молекулярная масса 74.55.

Диоксид углерода – бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха в 1.5 раза, плохо растворяется в воде. Объемная доля СО₂ н/м 98.5%; СО н/б 0.05%; плотность – 1.977г/дм³

Карбамид – гранулы белого цвета, хорошо растворимы в воде. Молекулярная масса 60.05. Добавляется на стадии разложения апатита азотной кислотой для уменьшения выделения оксидов азота в газовую фазу.

Характеристика продуктов и полупродуктов.

В процессе производства нитроаммофоски образуется 4-хводный нитрат кальция, из которого получают полупродукт – раствор аммиачной селитры концентрацией 92% в количестве 0.47 т (в пересчете на 100% аммиачную селитру) и побочный продукт – карбонат кальция в количестве 0.34 т на 1т нитроаммофоски. 92%-ный раствор аммиачной селитры имеет следующий состав: N общий н/м 31.5%, аммиак свободный – 0.2-0.25%, вода н/б 8%, Са растворимый н/б 0.02%, Р₂О₅ н/б 0.01%. Этот раствор направляется на агрегат аммиачной селитры для переработки в гранулированную аммиачную селитру. Карбонат кальция (мел) имеет состав: СаСО₃ н/м 93%, N аммиачный н/б 0.8%, N нитратный н/б 0.6%, Р₂О₅ н/б 1.0%, фтор н/б 0.3%. Мел применяется в сельском хозяйстве, в промышленности для получения извести, при производстве стекла.

Нитроаммофоска – высококонцентрированное трехкомпонентное удобрение (N:Р₂О5: К₂О)=1:1:1. Реакция в почвенных водах – слабокислая. Основные физико-химические свойства: насыпная плотность – 1.0-1.05 т/м³; температура плавления 170 –190⁰С

Нитроаммофоска не токсична, не взрывоопасна, способна к очаговому терморазложению от источников тепла, имеющих температуру более 190⁰С. Так как терморазложение не переходит в горение, нитроаммофоска относится к трудно горючим веществам. Ориентировочный состав: моно и диаммоний фосфаты NН₄Н₂РО₄, (NН₄)₂НРО₄ –23.2%; дикальций фосфат СаНРО₄ –4.5%; аммиачная селитра NН₄NО₃ –39%; хлористый калий КСl –27.5%; СаF₂ –5.3%; вода –0.5%.

Продукт должен удовлетворять следующим требованиям:

Массовая доля питательных веществ в сумме более 49%; N более 16%, Р₂О5 более 16%, в том числе водорастворимый Р₂О₅ более 13.5%, К₂О более 16%, Н₂О менее 0.6%. Прочность гранул на раздавливание более 20 кгс/см². Грансостав – от 1 до 4мм более 94.0%.

Нитроаммофоска гигроскопична, для уменьшения слеживаемости ее обрабатывают 45% раствором диспергатора НФ.

Технология получения.

В основе процесса разложения фосфатов азотной кислотой лежит реакция

Ca₅F(PO₄)₃ +10HNO₃ = 3H₃PO₄+ 5Ca(NO₃)₂+ HF (2.5.6),

в результате проведения которой образуется азотнокислотная вытяж­ка — раствор, содержащий нитрат кальция и свободную фосфорную кислоту. Существует ряд методов дальнейшей обработки азотнокислотной вытяжки. Во многих процессах вытяжку нейтрализуют аммиаком, получая фосфаты аммония (NP-удобрения). Если перед гранулиро­ванием нейтрализованной пульпы к ней добавляют соли калия (КС1, K₂SO₄), то получают тройное NPK-удобрение — нитроаммофоску.

Во многих процессах азотнокислотной переработки фосфатов ни­трат кальция Ca(NO₃)₂, образующийся по реакции (6), удаляют из реакционной смеси вымораживанием. Разработка таких схем дает воз­можность комплексной переработки фосфатного сырья и создания практически безотходного производства, исключающего сброс от­ходов, в частности фосфогипса. Азотнокислотный метод разложения фосфатов позволяет наряду с получением NPK-удобрений попутно выделить из сырья такие ценные вещества, как стронций, редкозе­мельные элементы и т.д., находящие применение в различных отрас­лях народного хозяйства (электронике, металлургии и т. д.).

На рисунке приведена функциональная схема получения нитроаммофоски азотнокислотным разложением фосфатов.