'2’4’7+ 661. 63211 разработка технологии получения сложных азотфосфорсерокальдийсодержащих удобрений на основе фосфоритов центральных кызылкумов

2.5. Двухстадийное сернокислотное разложение
фосфоритов
Известно, что фосфатный минерал Кызылкумских фосфоритов представлен в основном фторкарбонатапатитом (франколитом), содержащим 33 % Р₂O₅; 3,5-4 % СО₂ и до 3 % SO₃, изоморфно входящих в его кристаллическую решетку [16]. Из минералов - примесей главным является кальцит (вместе с франколитом они составляют от 75-80 до 93-95 % массы руды); в меньшем количестве присутствуют кварц, полевые шпаты, глинистые алюмосиликаты.
Производство эффективных сложных фосфорсодержащих удобрений из высококарбонатных фосфоритов Центральных Кызылкумов (содержащих 9-10 % и более СО₂) зависит от рационального решения вопроса пенообразования. Пенообразование является следствием разложения карбонатных (в основном кальцита) минералов фосфорита. Диоксид углерода, выделяющийся в большом количестве при кислотном разложении фосфорита, является основной составной частью газовой фазы пены. Кроме того, она содержит фтористые газы и воздух, адсорбированные глинистыми минералами с большой удельной поверхностью.
Для устранения пенообразования и создания нормального технологического процесса разработан оригинальный способ разложения высококарбонатных фосфоритов [179]. Сущность его заключается в декарбонизации фосфатного сырья концентрированной серной кислотой и доразложении полученной массы слабыми растворами серной кислоты.
Для определения оптимальных технологических параметров процесса нами проведены исследования по разложению необогащённой руды и мытого концентрата фосфоритов Ташкура, состав которых приведен в гл. 2, пункт 2.2, стр. 45.
Разложение необогащенной фосфоритной руды в первой стадии проводили концентрированной (90-95 %) серной кислотой при интенсивном перемешивании. Норму серной кислоты принимали 67-75 % от стехиометрии на образование фосфорной кислоты (табл. 2.14). Взаимодействие фосфорита с серной кислотой протекает бурно, с образованием в газовой фазе диоксида углерода и фтористых газов и с выделением большого количества тепла; температура реакционной массы поднимается до 120-130 °С. Практически процесс декарбонизации заканчивается в течение 3-5 минут.
Структурные особенности зернистых фосфоритовых руд Кызылкумов и существование в их составе трех форм карбонатов характеризуют интенсивную реакционную способность этих фосфоритов. Механизм процесса взаимодействия высококарбонатных фосфоритов с серной кислотой достаточно сложен.
При сернокислотной переработке высококарбонатных фосфоритов выделяющийся диоксид углерода способствует ускорению разложения фосфатного минерала - фторкарбонатапатита. Это, очевидно, объясняется тем, что в первый момент взаимодействия в реакцию вступает в основном кальцит цемента – «экзокальцит», который легко разлагается серной кислотой. Образующиеся газообразные продукты реакции ускоряют процесс диффузии водородного иона серной кислоты во внутрь фосфатного минерала, где находится вторая форма карбонатных минералов - «эндокальцит». Он обычно слагает стенки раковин фораминифер, которые снаружи покрыты тончайшей, иногда многослойной фосфатной оболочкой [15]. Вероятно, разложение эндокальцита серной кислотой препятствует образованию плотной корки сульфата кальция, экранирующей поверхность фосфорита. По-видимому, одновременное разложение экзо- и эндокальцитов фосфорита создает благоприятные условия для интенсивного вскрытия фосфатного минерала.
Во время разложения фосфорита удаляется карбонат - ион, изоморфно замещающий фосфат-ион в апатите (входит в кристаллическую решетку фосфатного вещества), это, по-видимому, также способствует быстрому разложению фосфорита.
Коэффициент разложения фосфорита в зависимости от нормы серной кислоты достигает 88-9 %. Полученный рассыпчатый декарбонизированный продукт с содержанием до 2,2 % СО₂ в основном состоит из монокальцийфосфата и безводного гипса.