Спосіб одержання комплексного добрива з висококарбонатної фосфатної сировини

Спосіб одержання гранульованого комплексного добрива з висококарбонатної фосфоритної муки родовищ Кизилкума шляхом додавання до фосфоритної муки ретурного матеріалу і приготованої у присутності води суміші хлориду калію і нітрату амонію, грануляції одержаної вологої шихти з подальшим сушінням і класифікацією гранул, 3 Заявл. 21.01.1999, опубл. 17.12.2001, бюл. № 11, 2001 p.]. Недоліком такого способу є те, що він доцільний для випадку використання фосфоритів, що поставляються з країн Північної Африки та Близького Сходу. Фосфатна сировина вказаного регіону, згідно правилам перевезення морськими сухогрузами, повинна містити не більше 10 % частинок розміром менше 0,1 мм. Основна частина такого фосфориту представлена фракцією частинок розміром від 0,2 мм до 0,8 мм. Сировину вказаного фракційного складу гранулювати неможливо, тому в способі-прототипі важливою стадією є подрібнення початкової фосфатної сировини у присутності активізатора - калійвмісної солі. Подрібнення ведуть до отримання в сировині частинок розміром менше 0,1 мм не менше 70 %. Ця стадія способу-найближчого аналога невиправдано ускладнює технологію, якщо в якості фосфатної сировини використовують дрібнодисперсну висококарбонатну сировину фосфоритну муку родовищ Кизилкума (Республіка Узбекистан). Дослідження показали, що переробка висококарбонатної фосфоритної муки за способом-прототипом стикається з додатковими труднощами. Зокрема відзначена помітна втрата аміаку на стадії сушки. Спосіб, що заявляється, направлений на удосконалення способу одержання гранульованого комплексного добрива з висококарбонатної фосфоритної муки, виготовленої з фосфатної сировини родовищ Кизилкума, має високий рівень доступності фосфору для рослин. В порівнянні зі способом-найближчим аналогом спосіб, що заявляється, дозволяє ефективно залучити у виробництво комплексних добрив більш бідну фосфатну сировину, причому апаратурне оформлення технології спрощується, знижуються енерговитрати на подрібнення фосфатної сировини, а одержувані гранули мають підвищену статичну міцність. Спосіб одержання гранульованого комплексного добрива з висококарбонатної фосфоритної муки родовищ Кизилкума шляхом додавання до фосфоритної муки ретурного матеріалу і приготованої у присутності води суміші хлориду калію і нітрату амонію, грануляції одержаної вологої шихти з подальшою сушінням і класифікацією гранул, виділення сухих гранул товарного розміру як готового продукту і повернення зі стадії класифікації дрібних частинок і крупних гранул на стадію грануляції у вигляді ретурного матеріалу відмінний тим, що шляхом регулювання витрат добавок в готовому продукті підтримують масовий вміст кожного поживного компоненту азоту (Nзаг.) і калію (К2О) в інтервалі від 4,6 % до 10 %, а при змішуванні усіх вихідних компонентів і ретурного матеріалу шляхом регулювання витрати додаткової води в шихті підтримують масову частку рідкої фази Мрф в межах від 21 % до 34 %, причому Мрф обчислюють за формулою Мрф=6,12·w, де w - вологість шихти, %. 60812 4 Прийоми і параметри способу, що заявляється, обґрунтовуються наступними аргументами. При вмісті в готовому продукті К2О менше 4,6 % комплексне добриво не може бути декларовано як калійвмісне згідно вимогам Регламенту Європейського Парламенту і Ради (ЄР), № 2003/2003 від 13 жовтня 2003 року щодо добрив. При підтримці в готовому продукті вмісту К2О більше 10 % на стадії грануляції спостерігається підвищений вихід гранул розміром менше 2 мм, статична механічна міцність одержуваних сухих гранул нижча за допустиме значення. При підтримці в готовому продукті вмісту азоту менше 4,6 % затрудняється процес грануляції, сирі гранули легко руйнуються при передачі їх з гранулятора до сушильного апарату, а після сушки в грануляті знаходиться висока частка незгранульованої сировини, а одержані гранули мають неприпустимо низьку статичну механічну міцність. При підтримці в готовому продукті вмісту азоту більше 10 % на стадії сушки спостерігається помітне розм'якшення гранул і їх злипання. У висушеному грануляті висока частка крупних гранул і агломератів, що підвищує ретурність способу. Дослідження показали також, що при високій величині добавки нітрату амонію починає інтенсивно протікати побічна реакція: 2NH4NO3+СаСО3=Ca(NO3)2+2NH3+СО2+Н2О (1) Реакція супроводжується не тільки втратами аміаку, але і накопиченням у продукті небажаних домішок нітрату кальцію. Наявність нітрату кальцію в гранульованому продукті істотно підвищує гігроскопічність продукту. Сушку гранул доводиться вести при зниженні нагріву гранул до 70 °С, що призводить до зниження інтенсивності сушки. В результаті цього продуктивність сушильного агрегату падає і спосіб стає економічно не вигідним. В ході реалізації способу при змішуванні всіх компонентів одержують вологу шихту, яку гранулюють і направляють для сушки в сушильний апарат. Рідка фаза вологої шихти є в основному розчином нітрату амонію. Від кількості рідкої фази залежать механічні властивості гранул. Важливо щоб на початковому етапі сушки, при нагріві приблизно до 90 °С, кількість рідкої фази в матеріалі гранул була обмежена. В цьому випадку і гранули мають певну механічну міцність, не деформуються і не злипаються до завершення стадії сушки. Міцність гарячих гранул буде достатньою і при русі гранул в сушильному апараті руйнування гранул буде незначне. Після виходу з сушильного апарату гарячі гранули охолоджують, їх статична міцність зростає. Згідно способу, що заявляється, такі умови досягаються, якщо при змішуванні всіх компонентів шляхом регулювання витрати додаткової води підтримувати в шихті масову частку рідкої фази Мрф в межах від 21 % до 34 %, причому масову частку рідкої фази Мрф розраховують за формулою Мрф=6,12·w, де w - вологість шихти, %. 5 При підтримці масової частки рідкої фази в шихті менше 21 % процес грануляції погіршується, при грануляції утворюється багато дрібних частинок, вихід гранул товарного розміру знижується, росте ретурність виробництва, продуктивність сушильного апарату стає неприпустимо низькою. При підтримці масової частки рідкої фази в шихті більше 34 % гранули при сушці розпливаються, злипаються в крупні агломерати. Вихід з сушильного апарату гранул товарного розміру повністю припиняється. В цей час сам сушильний апарат швидко заростає і забивається матеріалом, що переробляється. Експериментально показано, що при приготуванні суміші хлориду калію і водного розчину нітрату амонію за рахунок конверсійного процесу, що протікає за реакцією (2), розчинність солей дещо знижується: NH4NO3+КСl=KNO3+NH4Cl (2) При приготуванні з вихідних сировинних компонентів шихти для грануляції вводять також зі стадії класифікації ретурний матеріал; у складі ретурного матеріалу вміст нітрату амонію знижений. В процесі грануляції шихту підігрівають, наприклад гострою парою, щоб вже на виході з гранулятора гранули мали підвищену температуру. Проведення реакції (2) і реалізація прийомів змішування сировинних компонентів, згідно заявленого способу, розширюють область складу гранул і температур, в якій фізико-механічні властивості гарячих гранул стабільні. Гранули при нагріві в сушильному апараті менше розпливаються і не злипаються в агломерати. Сушку гранул ведуть в умовах зниженої інтенсивності динамічних навантажень на гранули в початковій частині сушильного апарату. Це також запобігає руйнуванню або злипанню висушуваних гранул. Спосіб реалізується таким чином. В змішувач, наприклад шнекового типу, подають порошкоподібний технічний хлористий калій, переважно що містить від 58 % до 61 % К2О, і розчин нітрату амонію, переважно з концентрацією (80±5) % NH4NO3. Кількість компонентів, що вводяться, залежить від планованого складу готового продукту. Найбільш оптимальним за складом і за технологією одержання є комплексне добриво, що містить 5 % N і 5 % К2О. При змішуванні розчину нітрату амонію і хлориду калію частково проходить реакція конверсії (2). Потім в одержану суміш подають в дозованих кількостях фосфоритну муку і ретурний матеріал. При реалізації способу економічно доцільним є таке ведення процесу, коли утворюється від 500 в.ч. до 750 в.ч. ретуру на 1000 в.ч. одержуваної продукції. Повернення ретуру на стадію отримання шихти сприяє нормалізації процесу грануляції, зокрема ретур сприяє підвищенню температури шихти на стадії грануляції. Порушення технології грануляції призводить до утворення підвищеної 60812 6 кількості ретурного матеріалу, що негативно впливає на економічні характеристики способу. Для забезпечення переробки підвищеної кількості ретуру необхідно зменшувати подачу на грануляцію основних видів сировини. Це призводить до зниження продуктивності стадії сушки. Одночасно з ретуром подають додаткову кількість води. Регулюючи витрату додаткової води, в шихті підтримують масову частку рідкої фази Мрф в межах від 21 % до 34 %, причому Мрф розраховують за формулою Мрф=6,12·w, де w - вологість шихти, %. Одержану вологу шихту, що містить суміш всіх вихідних сировинних компонентів, направляють на грануляцію, наприклад в гранулятор барабанного типу. В грануляторі грануляцію шихти ведуть методом обкачування. Причому процес формування гранул ведуть переважно при температурі (50-60) °С. Якщо тепло вносять з ретуром недостатньо, шихту в грануляторі підігрівають гострою парою. Вологі гранули з гранулятора по тічці подають в сушильний апарат, наприклад, барабанного типу з низькою швидкістю обертання. Сушку гранул ведуть до вмісту вільної вологості менше 1 %, не підвищуючи температуру гранул більше 90 °С. Сухий гранулят з сушильного апарату передають на стадію класифікації, наприклад на інерційний грохот. Після грохоту дрібні частинки гранулята розміром менше 2 мм і крупні гранули розміром більше 5 мм направляють в бункер ретурного матеріалу, звідки його в дозованій кількості передають на стадію приготування шихти для грануляції. Гранули товарної фракції розмірами від 2 мм до 5 мм із вмістом не більше 1 % вільної вологи направляють на охолодження до температури не більше 50 °С, а потім відвантажують споживачу, переважно упакованими в контейнери типу «біг-бег». Одержуване гранульоване комплексне добриво не злежується і не потребує покриття препаратами - антизлежувачами. Готовий продукт оптимального складу містить 5 % N, 5 % К2О і (12 -16) % Р2О5 залежно від вмісту Р2О5 в початковій фосфоритній муці. В добриві знаходиться більше 95 % Р2О5 в засвоєній формі від всієї кількості Р2О5, яка визначається розчинністю в мурашиній кислоті. Статична міцність гранул комплексного добри2 ва знаходиться в межах (10-40) кгс/см , переважно 2 в інтервалі (20-30) кгс/см . Нижче наводиться приклад № 1 реалізації способу, що заявляється, в оптимальній області параметрів, що заявляються. Приклади реалізації способу В прикладі № 1 і прикладах, наведених у таблиці 1, використовують висококарбонатну фосфоритну муку, приготовану з фосфориту Кизилкумського родовища, Республіка Узбекистан, в сухій речовині якої масові частки основних компонентів наступні: Р2О5 - 16,0 %, СаО - 47,0 %, MgO - 0,7 %, Sзaг - 0,8 %, СО2 - 16,5 %, R2O3 - 1,8%. 7 60812 Таблиця 1 Дисперсний склад фосфоритної муки Розміри частинок фракції, мм більше 1 від 0,63 до 1 від 0,4 до 0,63 від 0,315 до 0,4 від 0,28 до 0,315 від 0,2 до 0,28 від 0,1 до 0,2 від 0,063 до 0,1 менше 0,063 Масова частка, % 1,4 1,4 4,4 5,6 2,5 10,4 10,9 13,0 50,4. Крім того, в прикладах реалізації способу використовують: - технічний хлористий калій сорту дрібний, містить К2О - 60 %; - частинки хлористого калію повністю проходять через сито розміром 0,4 мм; - розчин нітрату амонію, що містить - 85 % NH4NO3; в сухій речовині технічного нітрату амонію масова частка азоту (N) - 34 %. Приклад № 1 Приклад № 1 ілюструє реалізацію способу одержання комплексного добрива, що містить 5 % N, 5 % К2О і 1 % Н2Овільн. при підтримці оптимальних значень параметрів способу, що заявляються. Для одержання комплексного гранульованого добрива беруть 1000 в.ч. висококарбонатної фосфоритної муки, що містить 160 в.ч. Р2О5, 470 в.ч. СаО і 168 в.ч.СО2. Згідно способу, що заявляється, попередньо готують суміш хлориду калію і розчину нітрату амонію. Для цього беруть 109,72 в.ч. порошкоподібного хлориду калію, що містить 65,83 в.ч. К2О і 206,76 в.ч. розчину нітрату амонію, що містить 13,16 в.ч. вільної води і 193,6 в.ч. NH4NO3, у тому числі 65,82 в.ч. N. На стадії приготування шихти для грануляції 1000 в.ч. фосфоритної муки змішують з 650 в.ч. ретурного матеріалу. Ретурний матеріал за своїм складом ідентичний готовому продукту. У складі ретура на змішування з фосфоритною мукою надходить 6,5 в.ч. вільної води. В суміш фосфоритної муки і ретурного матеріалу вводять раніше приготовлену суміш хлориду калію і розчину нітрату амонію. Всі компоненти перемішують. Для підтримки в шихті згідно способу, що заявляється, масової частки рідкої фази 27,5 %, в шихту, що готується, одночасно вводять додатково 51,08 в.ч. води. 8 Вологу шихту в кількості 2038,56 в.ч. гранулюють в барабанному грануляторі. За рахунок підвищеної температури ретурного матеріалу і додаткової гріючої пари, яка вводиться в гранулятор, згранульована шихта має температуру біля 50 °С. Вологі гранули направляють для сушки в сушильний апарат, переважно барабанного типу. Сушку ведуть продуктами згоряння газоподібного палива, причому процес ведуть так, щоб температура висушених гранул не перевищувала 90 °С. Висушений гранулят має широкий фракційний склад, тому його направляють на класифікацію, яку проводять на двохситному інерційному грохоті. Частинки незгранульованої сировини і гранули розміром менше 2 мм проходять сита грохоту і їх направляють в бункер ретурного продукту. Маса дрібних частинок - 400 в.ч. Крупні гранули розміром більше 5 мм з верхнього сита грохоту також направляють через валкову дробарку в бункер ретурного продукту. Маса крупних гранул - 250 в.ч. Ретурний матеріал в сумарній кількості 650 в.ч. направляють з бункера на стадію приготування шихти. Якщо з сушильного апарату виходить недостатня кількість ретурного матеріалу, в бункер ретурного матеріалу спеціально направляють частину гранул товарної фракції. Зі стадії класифікації виводять 1316,48 в.ч. висушеного матеріалу у вигляді гранул товарної фракції з розміром гранул від 2 до 5 мм і температурою (70-90) °С. Гранули товарної фракції направляють в апарат охолодження, де температуру гранул знижують до 50 °С і менше. Охолоджені гранули відправляють на склад як готове комплексне добриво. Добриво містить 5 % N в нітратній і аммонійній формі, 5 % К2О, 12,15 % Р2О5заг., у тому числі 11,65 % Р2О5засв., і 1 % Н2Овільн.. 2 Статична міцність гранул - 28 кгс/см . Гранули товарної фракції аналізують і при задовільних результатах аналізу направляють на упаковку. Комплексне гранульоване добриво упаковують переважно в контейнери типу «біг-бег» або мішки з поліетилену. Приклади реалізації способу у всьому інтервалі параметрів, що заявляються, наведені в таблиці 2. Спосіб пройшов лабораторну апробацію. З використанням модельного гранулятора напрацьований укрупнений зразок NPK - добрива марки 5:12:5, який під умовним найменуванням «азогранфоска», марка Б переданий для презентації керівництву ОАО «Navayiazot», м. Навої, Республіка Узбекистан. 9 60812 10 Таблиця 2 Приклади реалізації способу, що заявляється Значення параметрів, що заявляються Основні досягнуті Маса сухих Масова дрібних частка частинок Р2О5 в ретуру, продукті, в.ч. на 1 % в.ч. продукту параметри способу Загальна маса реСтатична турного міцність матеріалу, гранул, в.ч. на 1 кгс/см2 в.ч. продукту № прикладу Масова частка N, % Масова частка К2О,% Масова частка рідкої фазиМ„ф, % 1 5 (оптим.) 5 (оптим.) 27,5 (оптим.) 12,15 300 494 28 2 5 (оптим.) 4,6 (мін.) 27,5 (оптим.) 12,26 300 500 29 3 5 (оптим.) 4 (менше мін.) 27,5 (оптим.) 12,42 300 500 30,5 4 4,6 (мін.) 5 (оптим.) 27,5 (оптим.) 12,34 480 750 10 5 4 (менше мін.) 5 (оптим.) 27,5 (оптим.) 12,62 900 1100 7 6 5 (оптим.) 10 (макс.) 27,5 (оптим.) 10,98 600 750 10 7 5 (оптим.) 12 (більше макс.) 27,5 (оптим.) 10,29 900 1100 6,5 Примітка Оптимальні технікоекономічні показники способу. Мінімально допустиме значення К2О в продукті. Значення вмісту К2О в продукті нижче мінімально допустимої величини в комплексному добриві. Мінімально допустима міцність гранул. Максимально допустиме утворення дрібного ретурного матеріалу. Неприпустимо низька міцність гранул. Висока ретурність способу за рахунок одержання великої кількості дрібних гранул після сушки грануляту. Мінімально допустима міцність гранул. Максимально допустиме утворення ретурного матеріалу. Неприпустимо низька міцність гранул. Висока ретурність способу за рахунок одержання великої кількості дрібних гранул після сушки грануляту. 11 60812 12 Продовження табл. 2 1 2 3 4 5 6 7 8 8 10 (макс.) 5 (оптим.) 27,5 (оптим.) 9,96 200 750 38 9 12 (більше макс.) 5 (оптим.) 27,5 (оптим.) 9,02 1000 39 10 5 (оптим.) 5 (оптим.) 21 (мін.) 12,15 650 750 12 11 5 (оптим.) 5 (оптим.) 19 (менше мін.) 12,15 900 1100 8 12 5 (оптим.) 5 (оптим.) 34 (макс.) 12,15 100 750 38,5 13 5 (оптим.) 5 (оптим.) 40 (більше макс.) 12,15 ні Весь матеріал необхідно повторно перероблювати Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Підписне 9 Підплавлення гранул. Максимально допустимий вихід ретуру за рахунок утворення гранул розміром більше 5 мм. Неприпустимо малий вихід товарної фракції продукту. Сильне підплавлення гранул при сушці. Неприпустимо висока ретурність способу. Максимально допустима ретурність технології за рахунок виходу дрібних частинок розміром менше 2 мм. Міцність гранул на рівні мінімально допустимого значення. Незадовільна грануляція з неприпустимо великою кількістю ретурного матеріалу за рахунок збільшеного виходу дрібних частинок. Неприпустимо низька міцність гранул. Максимально допустима ретурність технології за рахунок утворення гранул і агломератів розміром більше 5 мм. Незадовільна грануляція. В грануляторі формуються крупні агломерати, виходу гранул товарного розміру практично немає. Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601