Фосфатли хом ашёларни бойитиш

2. Қўшалоқ суперфосфат
6.1. Хоссаси ва ишлатилиши.
Табиий фосфатларни фосфат кислотаси билан парчалаш натижасида оддий суперфосфатдан асосан фосфатли бирикмалар (монокальцийфосфат ва маълум микдордаги эркин фосфат кислотаси) бўлишлиги билан фарқланадиган қўшалоқ суперфосфат олинади. Қўшалоқ суперфосфатдаги кальций сульфат қўшимчаси — фосфатнинг, таркибида сульфат-ион бўлган экстракцион фосфат кислота билан парчаланиши ёки руда таркибида сульфатларни бўлиши хисобидан иштирок этиши мумкин. Чунки қўшалоқ суперфосфат ишлаб чиқариш учун одатда экстракцион фосфат кислотаси ишлатилади, лекин табиий фосфатнинг бир қисми фосфат кислота олиш учун сульфат кислота билан, колган қисми эса тайёр махсулот олиш учун фосфат кислота билан парчаланади.
Қўшалоқ суперфосфат (уни чет элларда, баъзан, учлик суперфосфат номи билан юритилади) таркибидаги Р₂О₅ нинг микдори оддий суперфосфатдагига нисбатан 2-3 марта кўп ва унинг таркибида: Р₂0_5узл. = 42-50% (хом ашё сифатига боғлиқ ҳолда); Р₂0_5умум = 45-56%; Р₂0₅с.э. = 38-42% ва Р₂0_5эркин = 1,5-5% бўлади.
Қўшалоқ суперфосфат концентрланган фосфат кислота (52-54% Р₂О₅) ишлатилган холда камерали (оддий суперфосфатга ўхшаш) усулда ва 28-36% Р₂О₅ ли кислота қўллаган холда оқимли (камерасиз) усулларда олинади. Камерали суперфосфат омборга ташланган холда етилтирилади. Оқимли усулда эса бирданига донадорланган (омборли етилтиришсиз) махсулот олинади. Камера-оқимли усул хам мавжуд бўлиб, унда осон парчаланадиган фосфорит унидан олинган камерали суперфосфат етилтириш босқичисиз тўғридан-тўғри донадорлаш ва қуритишга узатилади.
6.2. Ишлаб чиқаришни физик-кимёвий асослари
Табиий фосфатлар таркибидаги минералларнинг фосфат кислотаси билан парчаланиши қуйидаги асосий реакциялар бўйича содир бўлади:
Са₅(Р0₄)₃F + 7Н₃Р0₄ + 5Н₂0 = 5Са(Н₂Р0₄)₂*Н₂О + НF (1)
СаМg(СО₃)₂ + 4Н₃Р0₄ = Са(Н₂Р0₄)₂*Н₂0 + Мg(Н₂Р0₄)₂*Н₂0 + 2С0₂
R₂0₃ + 2Н₃Р0₄ + Н₂0 = 2[RР0₄*2Н₂0].
Маълум хом ашё учун фосфат кислотанинг стехиометрик меъёри — кўрсатилган реакцияларни ва бошланғич экстракцион фосфор кислота эритмасидаги нейтралловчи (СаО, Мg0, R₂O₃) ва кислотали (Н₂S0₄) қўшимчаларнинг бўлишини эътиборга олган холда хисобланади. Фосфорит ва ЭФК таркибидаги қўшимчаларни хисобга олганда фосфат кислотани стехиометрик меъёри (1) реакция асосида қуйидаги тенглама асосида ҳисобланади.

Бу ерда 2,33 кислотадаги Р₂О₅ ни фосфатдаги ҳар бир бирлик Р₂О₅ га тўғри келадиган стехиометрик миқдори; Р₂О₅ ФК Р₂О_5эркин - Р₂О₅ ни мос ҳолда фосфат хом ашёсидан ва фосфор кислотадаги оғирлик улуши.
Хом ашёлар таркибидаги қўшимчаларни хисобга олганда стехиометрик миқдор қуйидагича топилади:

Бу ерда: [Н⁺] – Н₃PO₄ даги водород ионларини оғирлик улуши, 1; а, в, с, d, e – CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃, Р₂О₅ ларни мос ҳолда фосфорит таркибидаги оғирлик улушлари;

56,1; 40,3; 159,7; 102; 142 – мос ҳолда 1 моль CaO, MgO, Fe₂O₃, Al₂O₃, ва Р₂О₅ ларни оғирлиги.
Қўшалоқ суперфосфат олишни икки асосий босқичга ажратиш мумкин. Биринчи босқичда фосфат ва фосфат кислотанинг узлуксиз аралаштирилишидан харакатчан суспезияда таъсирлашув жараёни содир бўлади, ундаги суюқ фаза таркибида фосфат кислота, мококальцийфосфат ва бошқа эрувчан реакция махсулотлари бўлади. Уларнинг суюқ фазадаги концентрацияси жараённинг хароратига, фосфат кислотанинг концентрацияси ва сарфланиш меъёрига боғлиқдир. Бошланғич пайтда тез, аммо фосфат кислотанинг нейтралланиши хисобига мунтазам секинлашадиган парчаланишнинг бу босқичи суюқ фазанинг кальций фосфатлари билан тўйиниши натижасида тўхтайди. Ишлаб чиқариш шароитида унинг давомийлиги бир неча секунддан (камера-оқимли усулда) 3-10 минутгача (камерали жараёнда) ва хаттоки 1-1,5 соатгача (оқимли усулда) чўзилиши мумкин.
Фосфат парчаланишининг иккинчи босқичи монокальцийфосфатнинг кристалланиши билан бир вақтда содир бўлади, бунинг натижасида реакцион масса суюқ ва қаттиқ фазаларининг таркиби доимо ўзгариб туради. Фосфат заррачалари сиртини қисман қамраб оладиган кристалларнинг ажралиши, фосфат заррачалари сиртига Н⁺ ионларининг киришини қийинлаштиради ва парчаланиш жараёнини кескин пасайтиради. Суспензиянинг суюқ фазаси монокальцийфосфат ва дикальцийфосфат билан тўйинган тақдирда, парчаланиш реакцияси тўхтайди. Таркибида фосфор кислота тутган ва реакция махсулотлари билан тўйинмаган эритмаларда фосфатларнинг эриш тезлиги — фосфат заррачалари сиртидан ажралиб чиқадиган нисбатан кам ҳаракатчан кальций ионларининг суюқ фазада диффузияланиши билан белгиланади. Бундай мулохаза учун СаО — Р₂О₅, — Н₂О системасидаги эрувчанлик ва апатитнинг эриш эгри чизиқларига мос маълумотлар асос бўлади (6.1 — расм). Оз даражадаги нейтралланиш, яъни жараённинг биринчи босқичида апатитнинг максимум эриш тезлиги эрувчанлик диаграммасидаги В нуқтага тўғри келади. В нуқтада, фосфат заррачалари сиртида хосил бўладиган тўйинган эритмада Са⁺ ионларининг концентрацияси энг катта қийматли, шундай экан, эритмада бу ионлар диффузиясининг характалантирувчи кучи хам катта бўлади. Шунинг учун жараённинг биринчи босқичида юқори парчаланиш даражасига эришиш учун шундай бошланғич концентрацияли фосфаткислота қўлланилиши мақсадга мувофиқки, қайсики у Са(Н₂РО₄)₂*Н₂О ва СаНР0₄ лар билан мувозанатдаги нуқтага мос келувчи таркибга яқин бўлган тўйинган эритма хосил бўлишига олиб келиши керак. Масалан, 75°С да суюқ фаза тўйиниш пайтида апатитнинг максимал парчаланиши учун — фосфат кислотадаги Р₂О₅ нинг бошланғич миқдори 33,6% га эга бўлиши лозим. Хаттоки бу холда хам кислота меъёри стехиометрия бўйича 110% бўлишига карамай, апатитнинг парчаланиш даражаси — 36,5% га тенг бўлади. Маълумки, тайёр махсулотдаги фосфатнинг юқори даражадаги парчаланиш даражасига эришиш, жараённинг иккинчи босқичини амалга ошириш шароити орқали аниқланади. Шунга мувофиқ холда, 30-75°С харорат оралиғида таркибида 46-47% Р₂О₅ тутган монокальцийфосфат билан мувозанатдаги эритмаларда апатитнинг парчаланиш тезлиги энг юқори даражага эришиши аниқланди.
Қўшалоқ суперфосфат олишнинг ишлаб чиқариш тартиби (режими) кўрсатиб ўтилган шароитларни хисобга олган холда танланади. Масалан, камерали усул билан апатит концентратидан қўшалоқ суперфосфат олишда фосфат кислотанинг оптимал концентрацияси шундай танланадики, бунда парчаланиш коэффиценти -60% га етган пайтда камерали суперфосфат суюқ фазасининг таркибида 46-47% Р₂О₅, бўлиши керак. Бу шартга бошланғич таркиби 55% Р₂О₅, ли бўлган кислота жавоб беради. Биринчи босқич охирида 75-100°С да ундаги хом ашёнинг максимал (мувозанатли) парчаланиш даражасини 10% га кўтариш мумкин эмас ва парчаланиш тезлиги хам нисбатан кам бўлади. Қачонки, иккинчи босқичда апатитнинг парчаланиш коэффиценти -60% га етса, суюқ фазанинг таркиби максимал парчаланиш тезлигига мувофиқ келади, суперфосфат суспензияси кета бошлайди ва реакция кескин пасаяди. Бундан кейинги парчаланиши, омборда, камерали суперфосфатнинг узоқ вақт (15-30 сутка) ётишида содир бўлади. Бу вақтда етилтиришнинг оптимал харорати 40-60°С ни ташкил этади, унинг пасайиши ёки ортиши апатитнинг кейинги парчаланишини секинлаштиради. Доломитли Қоратоғ, Қизилқум ва Кингисепп фосфоритларини камерали жараёнда 45-50% Р₂О₅, тутган кислота билан парчаланади. Улар апатит концентратига нисбатан тез ва тўла парчаланади, чунки уларнинг структураси зич эмас ва карбонатларнинг парчаланиши натижасида хосил бўладиган СО₂ хисобига парчаланмаган фосфатлар сиртидаги қуйқали қобиқнинг бузилиши таъминланади.

	Аралаштиргич	Камера	Омбор
Давомийлиги,мин	3-6	60-90	10080-14400
Харорат, ^0С	70-80	90-100	50-60
парчаланиш даражаси ,α %	36,5	> 70	80-90

6.1-расм. Қисман нейтралланган ЭФК да апатитни эрувчанлик изохроналари (z-нейтралланиш даражаси).
Камерасиз усулларда фосфоритлар 50-100°С хароратдаги 28-40% Р₂О₅, тутган фосфат кислота билан қайта ишланади, бу кўп даражада жараённинг биринчи босқичи учун оптимал шароитга мувофиқ келади. Аммо фосфат кислотанинг бундай кичик бошланғич концентрацияси парчаланишнинг иккинчи босқичи учун ноқулай бўлиб, у Са(Н₂Р0₄)₂*Н₂О + СаНР0₄ билан ёки СаНР0₄ билан мувозанатдаги эритмаларда амалда содир бўлмайди. Жараён реакцион массанииг қуритилишида якунланади. Ундан сувнинг йўқотилиши системанинг монокальцийфосфат билан мувозанатдаги доирасига ўтиш ва апатитнинг кейинги парчаланишини таъминлаш имконини беради. Қуритиш жараёнида реакцион массадаги монокальцийфосфат кристалланади ва суюқ фазанинг нейтралланиш даражаси камаяди, унинг активлиги эса ортади. Шунинг учун биринчи босқичда парчаланиш даражаси кичик бўлсада, жараён охирида хом ашёнинг юқори парчаланиш даражасига эришилади.