книги из ГПНТБ / Вишнякова А.А. Фосфорные удобрения из каратауских, гулиобских и других фосфоритов

П Р Е Д И С Л О В И Е

Многолетними научными исследованиями доказано, что если все факторы, способствующие повышению урожайности сельскохО' зяйственных культур, принять за 100%, то 50% их придется на долю применения удобрений.

В условиях социалистического земледелия потребность сельско­ го хозяйства в удобрениях все более возрастает. Если в 1963 г. производство их составляло 19 млн. 935 тыс. т, то в 1970 г. оно воз­ росло до 55 млн. 435 тыс. т. К 1975 г., Директивами XXIV съезда предусмотрено увеличение производства удобрений до 90 млн. т.

В комплексе питательных веществ, необходимых для жизнедея­ тельности растений, важное место занимают фосфорные удобрения [1, 2]. Основное их количество в СССР выпускается в виде простого суперфосфата, получаемого путем разложения фосфатного сырья серной кислотой. Исходным сырьем служит главным образом апа­ титовый концентрат Кольского месторождения.

В Средней Азии и Казахстане работа действующих суперфос­ фатных заводов и дальнейшее развитие фосфатнотуковой промыш­ ленности базируется на использовании фосфоритов месторождения Каратау. В последующие годы удельный вес фосфатного сырья Хибиногорска в общем балансе производства фосфорных удобре­ ний в стране будет снижаться, а фосфоритов Каратау—расти.

Между тем, по данным Кокандского, Самаркандского и Джамбульского суперфосфатных заводов, суперфосфат, полученный из фосфоритов Каратау (даже при добавке значительного количества апатита), по сравнению с суперфосфатом из апатитового концент­ рата, характеризуется не только пониженным содержанием усвояе­ мых форм фосфора (в среднем 14,0% против 18,7%), но и неудов­ летворительными физико-химическими свойствами: он сильно гиг­ роскопичен, легко пластифицируется, комкуется, плохо рассеива­ ется и поэтому без предварительной нейтрализации не пригоден к механизированному внесению в почву и смешению с другими удоб­ рениями. Причины этому следует искать, по-видимому, в составе исходного сырья и свойствах продуктов, получаемых при серно­ кислотной его переработке. От других природных фосфатов, при­ меняемых в СССР и за рубежом, фосфориты Каратау отличаются прежде всего повышенным содержанием магниевых солей. Так, в

апатитовом концентрате магний почти отсутствует (0,1—0,2% Mg'O), в фосфоритах других месторождений СССР содержание его колеблется от 0,2 до 0,8%, а в главной пачке фосфоритов Каратау количество окиси магния достигает 5, 7, а иногда и 10%.

Автор предлагаемой читателю книги кандидат химических наук лауреат республиканской Государственной премии им. Беруни Анастасия Александровна Вишнякова, систематически исследовав влияние магниевых соединений на состав и физико-химические свойства кислого и аммонизированного суперфосфата, теоретиче­ ски обосновала целесообразность аммонизации для коренного улуч­ шения качества суперфосфата из фосфоритов Каратау. Ею уста­

фосфата. В суперфосфате, полученном из фосфоритов с соотноше­ нием MgO/Pj05= 19,4 и выше, совершенно отсутствуют усвояемые фосфаты кальция.

Найдено также, что гигроскопическая точка кислого суперфос­ фата из фосфоритов Каратау с увеличением мономагнийфосфата сильно падает; сорбционная влагоемкость суперфосфата также не­ посредственно зависит от содержания магния в исходных фосфори­ тах. Слеживаемость суперфосфата из апатитового концентрата во всех случаях ниже, чем у продукта, полученного из каратауских фосфоритов, причем у последнего она увеличивается с повышением содержания магния. Таким образом, неудовлетворительные физикохимические свойства суперфосфата из фосфоритов Каратау объяс­ няются повышенным содержанием соединений магния в исходном сырье, а следовательно, и в полученном суперфосфате. Это разли­ чие в составе удобрений необходимо учитывать при сравнительной оценке агрохимических свойств суперфосфата из апатитового кон­ центрата и из фосфоритов Каратау, при изучении превращенич форм фосфора в почве и других вопросов.

Нейтрализация суперфосфата газообразным аммиаком значи­ тельно улучшает его свойства: находящийся в жидкой фазе супер­ фосфата высокогигроскопичный мономагнийфосфат при аммониза­ ции практически полностью превращается в негигроскопичный димагнийфосфат, а фосфорная кислота нейтрализуется до моноаммонийфосфата. В процессе аммонизации (до рН 4,2—4,5) про­ дукт подсушивается, при этом удаляется 5—6% воды, а количество усвояемого фосфора остается таким же, как в кислом удобрении. По гранулометрическому составу аммонизированный суперфосфат близок к гранулированному и содержит 2—2,5% азота.

Гигроскопичность аммонизированного суперфосфата значитель­ но ниже, чем простого, и не зависит от содержания в нем соедине­ ний магния, так как устранено отрицательное влияние не только фосфорной кислоты, но и мономагнийфосфата.

Процесс сорбции влаги простым суперфосфатом из фосфоритов

Каратау полностью обратим, а изотермы сорбции аммонизирован­ ного продукта имеют ясно выраженный гистерезис почти на всем протяжении, что говорит об образовании устойчивых кристалло­ гидратов кальция, магния, полуторных окислов и других соедине­ ний, которые не разрушаются даже при малых относительных влажностях воздуха.

Многолетние агрохимические испытания, проведенные СоюзНИХИ, ВИУА и различными хлопковыми зональными станциями, показали, что применение аммонизированного суперфосфата по сравнению с простым увеличивает урожай хлопка на 2—3 ц/га, картофеля — на 9—56 ц/га и т. п.

Институт химии АН УзССР в тесном содружестве с НИУИФ и Кокандским суперфосфатным заводом создали технологию непре­ рывного метода производства аммонизированного суперфосфата на КСФЗ. В результате этот завод, получавший ежегодно дотацию в 1,6 млн. руб., стал прибыльным предприятием.

Совместно с Самаркандским суперфосфатным заводом Инсти­ тут химии АН УзССР разработал технологический режим произ­ водства аммонизированного суперфосфата на оборудовании цеха грануляции. Со второго полугодия 1962 г. завод полностью перешел

Джамбульскин и Чарджоуский суперфосфатные заводы такж;:-

времени соприкосновения суперфосфата с аммиакатами, и опредеделены физико-химические свойства исходных и полученных про­

получить удобрение, содержащее 5—6% азота и обладающее хоро­ шими физическими и химическими свойствами, без потерь усвояе­ мых форм фосфора. Выявлено, что содержание магниевых солей существенно не влияет на физико-химические свойства аммонизи­ рованных удобрений.

Опыты, проведенные на модельной установке, подтвердили экспериментальные результаты лабораторных исследовании.

Промышленными испытаниями на одной серии оборудования цеха грануляции Самаркандского суперфосфатного завода дока­ зана возможность получения азотно-фосфорных удобрений с отно­ шением азота к фосфору 1 : 2 и хорошими физико-химическими и агрономическими свойствами; установлен оптимальный техноло­ гический режим процесса.

Глава I

Ф О С Ф А Т Н О Е С Ы Р Ь Е § 1. АПАТИТЫ ХИБИНОГОРСКА

кислоты. Большинство из них в природе встречается очень редко. Только апатиты и фосфориты, в состав которых входят минералы так называемой апатитовой группы (фторапатит, гидроксилапатит, франколит, курскит) [3] получили промышленное значение и явля­ ются сырьем для производства элементарного фосфора и его соеди­ нений, в частности, минеральных удобрений. Комплексные соедине­ ния типа апатита кристаллизуются в гексагонально-бипирамидаль-

ляется Хибинское на Кольском полуострове. Эти апатиты — магма­ тического происхождения.

Приводим химический состав некоторых образцов Кольского апа­ тита (вес. % ) :

Небольшие залежи апатитовых руд, разведанные в Джамбульской, Иркутской и др. областях СССР, возникли в отличие от Коль­ ских апатитов метаморфозой осадочных фосфоритов под влиянием высокой температуры и давления.

§ 2. КАРАТАУСКИЕ И ДРУГИЕ ФОСФОРИТЫ

Минералогический состав фосфатного вещества фосфоритов до сих пор не установлен. Некоторые исследователи [6, 7] допускают,

франколитом и курскитом. По мнению Б. М. Масленикова [10], фосфаты образованы изоморфным замещением во фторапатите части фосфора углеродом с одновременной заменой одного кисло­ рода на О Н - или F - и образованием соединений типа xCa.oPeOiMFs + CoPsCCMF, ОН) 3 .

Покажем фосфаты группы апатитов, входящие в состав фосфо­ ритов [82] (вес. % ) :

Для фосфоритов характерны мелкокристаллическая структура, высокая полидисперсность и пористость частиц. Микроструктуры фосфатного вещества различных фосфоритов весьма разнообразны. Фосфат встречается как в виде коагулировавшего геля, близкого к аморфному, так и в явно кристаллической форме; имеются и мно­ гочисленные промежуточные группы. Например, в фосфоритах 1\а- ратау преобладают сравнительно крупные и хорошо кристаллизо­ ванные частицы размером 1—2 мкм, в эстонских и кингисеппских фосфоритах — частицы размером, значительно меньшим 1 мкм, и весьма высокой пористости.

форме залегания месторождения осадочных фосфоритов разделяют [13] на платформенные (Камское, Егорьевское и Ленинградское) и геосииклинальные (Каратау). Руды обоих типов могут состоять из фосфоритов пластовых, желваковых, зернистых и ракушечных (оболовых — Кингисеппское).

Крупнейшим месторождением пластовых фосфоритов геосин­ клинального типа является Каратауское в Джамбульской области. Фосфориты Каратау открыты в 1935 г. И. И. Машкара [15] и систе­ матически исследованы С. PL Вольфковичем [16], А. М. Дубовицким [17], П. Л. Безруковым и Б. М. Гиммельфарбом [18, 19]. В основном

из мелкокристаллического фосфата с примесью кальцита, доломи­ та, кварца, окислов железа и незначительного количества органи­ ческого вещества. Иногда, встречается метаморфизованный фосфат, перешедший в апатит.

По химическому составу месторождение фосфоритов Каратау отличается главным образом высоким содержанием магния, отри­ цательно влияющего как на процесс получения фосфорных удобре­ ний, так и на их физические свойства.