Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Кафедра общей химической технологии

Курсовая работа на тему:

«фосфорные удобрения - классификация, масштабы производства. Сырье для производства фосфорных удобрений, методы его обогащения»

Выполнила: студентка гр И-44

Милюткина Ю.В.

Проверил: Семенов Г.М.

2014

г. Москва

Содержание:

Введение

1. Классификация фосфорных удобрений.

2. Добыча, обогащение, получение фосфорных удобрений

2.1. Производство фосфорной кислоты.

2.2. Производство фосфорных удобрений.

3. Применение фосфорных удобрений.

4. Функциональная схема.

5. Индивидуальное задание.

Заключение.

Введение

Различные удобрительные средства типа золы, мергеля, органических остатков в практике возделывания культурных растений использовались в течение тысячелетий. Однако лишь в конце XVIII—середине XIX вв. в связи с успехами в развитии естественных наук стало возможным познание сущности корневого и воздушного питания растений, а следовательно, научно обоснованное применение удобрений. Удобрения (туки), предназначены для улучшения питания растений и свойств почв. Удобрения подразделяют на прямые (содержат непосредственно элементы питания растений) и косвенные (улучшают свойства почв; напр., гипс, известь).

Оптимальный рост растений зависит от климатических факторов (световой, тепловой, водный, воздушный режимы), обеспеченности питательными элементами, а также от структуры и кислотности почв, содержания в них гумуса и других свойств. Все почвы обладают значительным запасом питательных веществ, но большая часть их находится в малодоступной форме. Поэтому для оптимизации питания растений в почву вносят удобрения.

В составе растений обнаружено более 70 хим. элементов. Для нормального роста растений нужны только 15: С, О, H, N, P, К, Ca, Mg, S, В, Fe, Mn, Cu, Mo, Zn. Каждый из этих элементов выполняет в растениях свою специфическую роль и не может быть заменен. Ряд исследователей считает Si необходимым элементом (напр., для риса). Для отдельных культур установлена полезность Na, Со и Cl. Вода - являющаяся источником H и О, имеется обычно в достаточных количествах. Углерод и кислород поглощаются растениями из атмосферы в виде CO2; дополнительное обеспечение им требуется лишь в теплицах.

Основатель первой опытной станции Дж. Лооз (Англия) в 1843 г. впервые изготовил промышленное минеральное удобрение суперфосфат, успешное применение которого вместе с селитрой из Чили, а затем и калийными солями из Германии положило начало развитию туковой промышленности.

Область применения соединений фосфора огромна и не представляется возможным дать всеохватывающий ее обзор. Определение А.Е.Ферсмана: «Фосфор – элемент жизни…» находит повсеместное подтверждение. Фосфор – элемент не только биологической жизни, но и повседневной, действительно, фосфорсодержащие соединения используются в сельском хозяйстве, медицине, фармакологии, научных исследованиях, пищевой и химической промышленности, строительстве, металлургии, технике и, наконец, в повседневном быту. Такая ситуация была не всегда, и на протяжении долгого времени после открытия Бранда фосфор оказывался замешанным во многих скверных историях, все началось со спекуляций самого Бранда и его последователей. Далее «таинственные» вспыхивающие надписи на стенах в храмах и «чудо самовоспламенения свечей». Долгое время бытовали предрассудки и суеверия, связанные с «блуждающими» огнями, возникающими иногда над болотами и являющимися следствием самовоспламенения фосфина.

Фосфор - один из важнейших элементов питания растений, так как входит в состав белков. Если азот в почве может пополняться путем фиксации его из воздуха, то фосфаты - только внесением в почву в виде удобрений. Главные источники фосфора - фосфориты, апатиты, вивианит и отходы металлургической промышленности - томасшлак, фосфатшлак. Все фосфорные удобрения - аморфные вещества, беловато-серого или желтоватого цвета. Основные из них - суперфосфат и фосфоритная мука

Характеристика фосфорных удобрений

Фосфорные удобрения – удобрения, содержащие в качестве основного питательного элемента фосфор. Различают три группы: водорастворимые, цитратно-лимоннорастворимые, труднорастворимые фосфорные удобрения. Применяются они в основной прием, при припосевном внесении и при подкормках. Основное сырье для производства – природные фосфаты (апатиты и фосфориты различных месторождений)

Водорастворимые фосфорные удобрения содержат водорастворимые фосфорные соединения, легко доступные растениям.

К этой группе относятся суперфосфаты. По способу производства и содержанию P₂O₅ суперфосфаты делятся на простые и двойные (тройные), по консистенции – на гранулированные и порошковидные.

• Суперфосфат простой (СаН₂РО₄)₂ х Н₂О + 2СаSО₄ х 2Н₂О в порошковидной форме содержит 19 % усвояемого фосфора, а гранулированный – не менее 20 %. Кроме того, удобрение содержит 50–55 % СаSО₄. Наличие серы благоприятно сказывается на урожайности культур, положительно реагирующих на серу (рапса, капусты, брюквы, турнепса и др.), а также картофеля.

• Суперфосфат двойной Са(Н₂РО₄)₂ х Н₂О производится в гранулированном виде, содержит 43 и 49% P₂O_5, в зависимости от марки. Свободная кислота в составе удобрения не превышает 2,5–5 %. Положительно влияет на рост и развитие всех сельскохозяйственных культур.

• Суперфос – удобрение фосфорное концентрированное. Содержание P₂O₅ – 38–40 %. Половина соединений фосфора находится в водорастворимой форме. Получают путем химического воздействия на фосфоритную муку смеси серной и фосфорной кислот. Выпускается в гранулированном виде. По агрономической эффективности превосходит суперфосфаты.

Цитратно- и лимоннорастворимые фосфорные удобрения

содержат фосфорные соединения, не растворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах (2%-ной лимонной кислоте). Применяются для основного внесения. Используются на всех почвах, под все культуры. Особенно эффективны на кислых.

• Преципитат СаНРО₄ х 2Н₂О содержит 27–38 % Р₂О_5. Внешне это порошок светло-серого или белого цвета. Получают путем нейтрализации фосфорной кислоты известковым молоком либо мелом и как отход желатинового производства. Растворим в лимоннокислом аммонии и хорошо усваивается растениями. Применяется для основного внесения.^[5] Используется для добавки в корма.

• Термофосфаты Nа₂О х 3СаО х Р₂О₅ + SiО₂ содержат 20–30 % фосфора в лимоннорастворимой форме. К этой группе удобрений относят томасшлак, мартеновский шлак, обесфторенный фосфат. Возможно производство из природных фосфатов, не пригодных для внесения в почву и трудно поддающихся химическому воздействию, с целью получения водорастворимых фосфорных удобрений. Термофосфаты распространены в Западной Европе. В Германии это ренаний–фосфат, содержащий 25–30 % Р₂О₅. Получают спеканием фосфоритов с содой (20 %) и добавкой доменного шлака. Во Франции фоспаль (27–29 % Р₂О₅). Это плавленый фосфат. Получается из сенегальского алюмокальций фосфата при прокаливании при относительно невысоких температурах (550–600°C).

• Костяная мука – удобрение более эффективное, чем фосфоритная мука. Содержит 30–35 % Р₂О₅ и 1 % азота. Эффективна на кислых почвах, и даже на слабокислых оказывает значительное влияние на урожайность. Является побочным продуктом переработки костей.

Труднорастворимые удобрения содержат фосфорные соединения, не растворимые в воде, плохо растворимые в слабых кислотах и полностью растворимые в сильных кислотах (серной и азотной).

• Фосфоритная мука – тяжелый порошок темно-серого цвета. Получают путем размола фосфоритов. Выпускается четыре марки. Содержание Р₂О₅ – 20, 23, 26 и 29 %. Диаметр частиц – не более 0.18 мм. Это медленно действующее удобрение применяется при основном внесении и фосфоритовании почвы.

• Вивианит (болотная руда) Fe₃(РО₄)₂ х 8 Н₂О – мелкий порошок. Удобен для рассеивания. В чистом виде содержит 28 % Р₂О_5, с примесью торфа (торфовивианит) – 12–26 % Р₂О₅. Залежи вивианита встречаются в виде небольших гнезд или прослоек массы белесого цвета. На воздухе синеет. После добычи массу проветривают и подсушивают.

1 Добыча, обогащение, получение фосфорных удобрений

1.1 Производство фосфорной кислоты

Фосфорные кислоты - кислородные кислоты фосфора, представляющие собой продукты гидратации фосфорного ангидрида. Различают ортофосфорную кислоту (обычно называемую фосфорной кислотой) и конденсированные Ф. к. Наиболее изучена и важна ортофосфорная кислота H₃ PO₄ , образующаяся при растворении P₄ O₁₀ (или P₂ O₅ ) в воде.

Ортофосфорная кислота - бесцветные гидроскопические кристаллы, плотность 1,87 г/см³ , t _пл 42,35 ?С, известен кристаллогидрат H₃ PO₄ ×¹ /₂ H₂ O с t _пл 29,32 ?С. Плотность обычно широко применяемой 85%-ной H₃ PO₄ при 25 ?С 1,685 г/см³ вязкость при 20 ?С 47×10^-3 мн ×сек/м² , удельная теплоемкость в интервале температур 20-120 ?С 2064,1 дж/кг ×К (0,493 кал/г ?С). С водой H₃ PO₄ смешивается в любых отношениях Константы диссоциации при 25 ?С K ₁ = 7×10^-3 , K ₂ = 8×10^-8 , K ₃ = 4×10^-13 . Ортофосфорная кислота трехосновная, средней силы. Образует три ряда солей - фосфатов . При нагревании растворов кислоты происходит её дегидратация с образованием конденсированных фосфорных кислот.

В промышленности ортофосфорную кислоту получают экстракционным (сернокислотным) или термическим способами. Экстракционный способ заключается в разложении фосфатов природных серной и фосфорной кислотами:

Ca₅ F (PO₄ )₃ + 5H₂ SO₄ + nH₃ PO₄ = (n+3) H₃ PO₄ + 5CaSO₄ + HFи последующим разделением на фильтрах образовавшейся кислоты и нерастворимого CaSO₄ . Термический способ основан на сжигании фосфора до фосфорного ангидрида P₄ + 5O₂ ?? P₄ O₁₀ и гидратации последнего P₄ O₁₀ + 6H₂ O = 4H₃ PO₄ . Промышленная ортофосфорная кислота - важнейший полупродукт для производства фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов, широко используется также для фосфатирования металлов, в качестве катализатора в органическом синтезе. Пищевая фосфорная кислота применяется для приготовления безалкогольных напитков, лекарств, зубных цементов и т.д.

Конденсированные (полимерные) фосфорные кислоты подразделяются на полифосфорные с линейным строением фосфатаниона общей формулы H_n+2 P_n O_3n+1 , метафосфорные с циклическим строением фосфатаниона общей формулы (HPO₃ )_n и ультрафосфорные кислоты, имеющие разветвленную, сетчатую структуру. Наибольшее практическое значение имеют полифосфорные кислоты. Из полифосфорных кислот наиболее полно изучена дифосфорная (пирофосфорная) кислота H₄ P₂ O₇ , выделенная в кристаллическом виде в двух формах с температурами плавления 54,3 ?С и 71,5 ?С. Пирофосфорная кислота четырёхосновна, константы диссоциации при 18 ?С K ₁ = 1,4×10^-1 , K ₂ = 1,1×10^-2 , K ₃ = 2,1×10^-7 , K ₄ = 4,1×10^-10 . Три- и тетраполифосфорные кислоты выделены в виде разбавленных растворов. Существование более конденсированных Ф. к., содержащих до 12 атомов в цепи, доказано методом бумажной хроматографии. Полифосфорные кислоты - полиэлектролиты. Циклические метафосфорные кислоты (например, H₃ P₃ O₉ , H₄ P₄ O₁₂ ) представляют собой сильные кислоты. Ультрафосфорные кислоты мало изучены.

Конденсированные Фосфорные кислоты получают дегидратацией ортофосфорных кислот, гидратацией фосфорного ангидрида соответствующим количеством воды, а также путем ионного обмена из соответствующих конденсированных фосфатов. Применяют в основном для производства высококонцентрированных фосфорных удобрений, в качестве катализаторов при получении нефтепродуктов и в органическом синтезе, для производства различных полифосфатов.