Umumiy va noorganik kimyo

SUPERFOSFAT OLISHNING FIZIK-KIMYOVIY ASOSLARI
Fosfatning parchalanishi. Superfosfat olishda ftorapatitning parchalanishi ikki boskichda sodir buladi. Avval erkin fosfat kislota xosil buladi:
Са₅(Р0₄)₃F Q 5Н₂S0₄ Q 2,5Н₂0 = ЗН₃Р0₄ Q 5СаS0₄*0,5Н₂0 Q НF.
Bu reakkiya 20-40 minut davomida kamerada superfosfat massasining pishitilishi davrida tugaydi. Kalsiy sulfat yarimgidrat shaklida chukmaga tushadi, ammo juda tez, bir necha minutda angidritga aylanadi, uning shakli tayyor superfosfatda saklanib koladi. Buni superfosfat kamerasidati reaksion massa xaroratining yukoriligi (110-120°С) va suyuk fazada (birinchi boskich jarayonining oxirida 42-46%) р₂о₅;)
Sulfat kislot tula sarflangandan sung ikkinchi boskich jarayoni - kolganapatitning tuplangan fosfat kislota bilan reaksiyasi boshlanadi:
Са₅(Р0₄)₃F Q 7НзР0₄ Q 5Н₂0 ⁼ 5Са(Н₂РО₄)₂*Н₂0 Q НF.
Xosil bulgan monokalsiyfosfat dastlab eritmada buladi, uning tuyinishidan kristallanishi boshlanadi. СаО — Н₃Р0₄ — Н₂О sistemasidagi muvozanat diagrammasidan kurinadiki (2.3 — racm), eritmadagi Р₂О₅, mikdori 42-46% va xarorat 100°С dan yukori (bu ikkinchi boskich jarayonining boshlanish sharoitiga muvofik keladi) bulganda monokalsiyfosfat Са(Н₃Р0₄)₂*Н₂О kristallanadi
Stexiometrii nisbatdagi komponentlarning ta’sirlashuvi natijasida sodir buladigan kuyidagi:
2Са₅(РО₄)₃F Q 7Н₂S0₄ Q ЗН₂О = ЗСа(Н₂Р0₄)₂*Н₂0 Q 7СаSO₄ Q 2НF.
tenglama buyicha boradigan reaksiyaning birinchi boskich jarayonida 70%, ikkinchi boskichida esa 30% apatit ta’sirlashadi. Birinchi boskichda kup mikdordagi suyuk fazaga tulgan tur tuzilishli mikrokristallardan iborat kalsiy sulfat xosil buladi. Reakkion massaning kotishi sulfat kislota tuda sarflanguncha sodir buladi, uning ishtirokida monokalsiyfosfatning xosil bulishi mumkin emas; shu boisdan massa kotishining sabibini fakatgina kalsiy sulfatning kristallanishiga boglash mumkin. Ikkinchi boskich kamerali yetiltirish davrida boshlanadi va omborda maxsulotni uzok vakt (xom ashyo naviga, ishlab chikarish tartibiga va pishitish sharoitiga boglik xolda 6-25 sutka) pishitishda yakunlanadi.
Sulfat kislotaning me’yori. Fosfatni parchalashga sarflanadigan sulfat kislotaning stexiometrik me’yori 7Н₂S0₄:ЗР₂О₅-, nisbat orkali aniklanadi va u I kicm Р₂О₅, ga 1,61 kism Н₂S0₄ tugri keladigan mikdorga teng (bu yerda va keyinchalik xam massa nisbatida buladi). Apatit konsentratida 39,4% р₂о₅.-) bulsa, 100 kicm xom ashyoga tugri keladigan N2S04 ning stexiometrik me’yori 39,4x1,61 = 63,4 kismni tashkil kiladi. Parchalanishni tezlashtirish maksadida va begona ko‘shimchalar borligini xisobga olgan xolda kislotaning amaliy me’yori nisbatan yukori — 68 dan 72 kismgacha olinadi.
Fosforitlardan oddiy superfosfat olishda sulfat kislotaning stexiometrik me’yorini xisoblash — xom ashyoning kimyoviy va mineralogik tarkibini xamda reakkion muxit kislotaliligining kamayish darajasi buyicha uning parchalanish jarayonida sodir buladigan ikkilamchi reakkiyalarni xam e’tiborga olingan xolda amalga oshiriladi. Ajralib chikadigan kislotalar (Н₃Р0₄, НF) xam boshlangich xom ashyo komponentlarini parchalaydi. Boshlangich xom ashyo tarkibidagi kalsiyning bir kismigina monofosfatga aylanadi, kolganasosiy kismi esa sulfat kislota sarflanishi xisobiga kalsiy sulfatga aylanadi. Fosfatli anionlarning bir kismi kationli ko‘shimchalar — Мg, Fе^3Q, А1^3Q bilan byrikadi, natijada monofosfatga aylanadigan kalsiyning ma’lum ulushini kamayishiga, ya’ni xosil buladigan SaSO4 mikdorining ortishiga olib keladi;
bu esa sarflanadigan N2S04 me’yorini orttirishni talab etadi.
Fosforitda kalsiydan tashkari erimaydigan sulfatlar xosil kiluvchi boshka elementlar yuk bulganda, sulfat kislotaning stexiometrik me’yori (p) kuyidagi formula bilan aniklanadi:
п = 98[lғ56 - (mғ142 - рғ40 - gғ160 -rғ102)]. Bu yerda: l, m, р, g, r — xom ashyo tarkibidagi (moc xolda) СаО, Р₂О₅, Мg0, Fе₂О₃;) va А1₂0₃; larning massa buyicha % mikdorlari; 56, 142, 40, 160 va 102 — tegishlicha ularning molekulyar massalari.
Sulfat kislotaning anik (real) me’yori uning xisoblangan me’yoridan birmuncha kichik buladi, chunki Са^2Q ionining bir kismi F- va SiF₆^2- ionlari bilan xam birikadi. Boshka ko‘shimchalar esa uning mikdorini oshirishi mumkin. Shuning uchun xar bir turdagi xom ashyo uchun sulfat kislotaning amaliy me’yori tajriba yuli bilan belgilanadi.
Apatitni davriy sharoitda 63% Н₂S0₄ dan yukori konsentratsiyali sulfat kislota eritmasi bilan parchalanganda kalsiy sulfatning yarimgidrat va angdrit shaklining uzunligi 5-7 va eni 1-2 mkm bulgan mayda ignasimon kristallari xosil buladi. Ignasimon kristallar fosfat donachalari sirtida kalin kuykali parda xosil kiladi. Bu esa reakkiyani tuxtatadi, natijada superfosfat massasi yomon korishadi, undagi suyuk. faza nattin zarracha sirtida koladi va fizik xossasi yomon bulgan — sochiluvchanligi kam xul «ifloslangan» maxsulot olinadi. Parchalanish jarayonini 63% N2S04 dan kuyi konsentratsiyali sulfat kislota eritmasi bilan utkazilganda esa kalsiy sulfatning nisbatan yirik (10-15 mkm) kristallari xosil buladi. Ular fosfat sirtida unga kislotaning diffuziyalanishini kam darajada k.iyinlashtiradigan yorikli govak kobik xosil kiladi; shuning uchun reakkiya tezrok ketadi va kuruk sochiluvchan maxsulot olinadi.
Boshlangich sulfat kislotaning konsentratsiyasi kanchalik katta bulsa, maxsulotning namligi xam shunchalik kam buladi va undagi R2O5 mikdori ortadi. Lekin, sulfat kislota konsentratsiyasining yetarli darajadan yukori bulishi yukorida izoxlangan xolatni keltirib chikaradi. Shunday kilib, kislota konsentratsiyasining optimal doirasi bulib, uning chegarasi xarorat va aralashtirish sharoitiga boglikdir. Optimal konsentratsiya, xarorat va sulfat kislota me’yori fosfat xom ashyosining xar bir navi uchun tajriba sharoitidan kelib chikib aniklanadi.
Ishlab chikarish jarayonida reagentlarning uzluksiz aralashtirishda kisman ta’sirlashgan reakkion aralashma — suspenziya (bo‘tka) kiritiladi, bunda 50-60°С xaroratdagi 68-69% li sulfat kislota ishlatiladi. Bu xolda suyuk fazada sulfat va fosfat kislotalarning ma’lum nisbati o‘rnatiladi, kalsiy sulfatning kristallanishi yaxshilanadi va korishuvchi (kotuvchi) massa govak xolatda xosil buladi.
Suspeziyaning okuvchanligini yo‘kotishi va kotib kolishini oldini olish maksadida uning aralashtirgichda bulish vakti kiska muddatli buladi, ammo bu vaktda xom ashyoning parchalanish darajasi belgilangan darajaga yetib borishi kerak. Boshlangich sulfat kislota konsentratsiyasi kanchalik katta bulsa, aralashtirgichdan chikadigan suspeziyadagi apatitning parchalanish darajasi shunchalik yukrri darajada ushlab turiladi va fosfat zarrachalari sirtiga suyukdik utkazmaydigan kalsiy sulfat kobigining xosil bulmasligi uchun N2S04:N3R04 nisbat xam shunchalik kichik darajada bulishi kerak. Agar boshlangich sulfat kislota konsentratsiyasi 68% li bulsa, optimal sharoit uchun aralashtirgichda suspenziyaning bulish vakti 5-7 min, uning aralashtirgichdan chikish xarorati 110-115°С buladi.
Fosfat parchalanishining birinchi boskichida sulfat kislota bilan fosfatning mayda zarrachalari ta’sirlashadi, reaksiya nixoyatda shiddatli kechadi va fosfat kislota xosil buladi. Ikkinchi boskichda esa fosfatning yirik zarrachalari bilan fosfat kislota va reakkiyaga kirishmagan sulfat kislota ta’sirlashadi. Bunda suyuk fazadagi eritmaning neytrallanib borishi tufayli reakkiya tezligi birmuncha pasayadi. Kamerada superfosfat massasining suyuk fazasining monokalsiyfosfatga tuyinib borishi bilan xam parchalanish tezligi yanada pasayadi. Ikkinchi fazada parchalanish tezligining pasayishini suyun fazanining neytrallanib borishi, yirik fosfat zarrachalarining parchalanishi va fosfat sirtida kalsiy sulfat kobiklarining xosil bulishi bilan izoxlanishi mumkin.