Простой суперфосфат

Ведение

Простым суперфосфатом называется фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов серной кислотой, взятой в количестве, недостаточном для связывания всего кальция в сульфат. Образующаяся при смешении кислоты с фосфатом суспензия по мере протекания реакций и кристаллизации из раствора сульфата кальция постепенно загустевает и твердеет (схватывается, «созревает») в сплошную массу, которая затем измельчается. Сульфат кальция остается в продукте в виде балласта. По внешнему виду простой суперфосфат представляет собой порошкообразный или зернистый продукт светло- или темно-серого цвета.

Физико-химические основы получения простого суперфосфата.

Процесс получения простого суперфосфата состоит из двух стадий. В первой стадии фторапатит с серной кислотой образует фосфорную кислоту и гемигидрат сульфата кальция:

2Ca5(P04)3F + 10H2SO4 + 5Н20 = 6Н3Р04 + 10CaS040,5H20 + 2HF

Реакция заканчивается за 20—40 мин в период созревания (твердения) суперфосфатной массы в реакторе. Образующийся гемигидрат в течение нескольких минут превращается в ангидрит

2CaSO4 0,5H2O -► 2CaS04 + Н20

что объясняется высокой температурой реакционной массы в суперфосфатном реакторе (ПО—120° С) и значительным содержанием Р2Об в жидкой фазе (42—46% в конце первой стадии процесса).

После первого периода реакции начинается вторая стадия — разложение оставшегося количества апатита фосфорной кислотой, выделившейся в первой стадии, по реакции

Ca5(P04)3F + 7Н3Р04 + 5Н20 = 5Са(Н2Р04)2Н20 + HF

Образующийся моногидрат дигидрофосфата кальция находится сначала в растворе и начинает кристаллизоваться в процессе его пересыщения. Из диаграммы равновесия в системе CaO—P2Os—Н20 (рис. 1) видно, что при содержании Р203 в растворе 42—-46% и температуре выше 100°С кристаллизуется моногидрат дигидрофосфата кальция [Са(Н2Р04)2 Н20].

При стехиометрическом соотношении реагентов согласно суммарному уравнению:

2Ca5(P04)3F + 7H2S04 + 3H20 = ЗСа(Н2Р04)Н20 + 70aSO4 + 2HF

в первой стадии процесса реагирует 70%, а во второй — 30% исходного апатита. В первой стадии процесса образуется структурная сетка из микрокристаллов сульфата кальция, заполненная значительным количеством воды. Схватывание реакционной массы происходит до полного израсходования серной кислоты, в присутствии которой образование моногидрата дигидрофосфата кальция невозможно. Поэтому причина затвердевания массы объясняется процессом кристаллизации сульфата кальция. Вторая стадия процесса начинается в период камерного созревания и завершения при дозревании продукта на складе товарной продукции в течение 6—25 сут (в зависимости от вида сырья, технологии и условий дозревания).

В процессе получения моногидрата дигидрофосфата кальция стехиометрическая норма серной кислоты и фосфата определяется соотношением 7H2S04:3P20s, равным 1,61 ч. H2SO4 на 1 ч. Р2О5. Например, при содержании в апатитовом концентрате 39,4% Р2О5

[pic 1]

СаО, %

Рис. 1. Система СаО—Р205—Н20. Составы растворов, насыщенных двумя солями (многовариантные равновесия):

В—при 25—132° С — Са(Н2Ю4Ь НгО + СаНРO4, при 0° С — СиОУЮ^-НгО + СаНР04-2Н20; F, — Fs— при 40—132°С — Ca(H2P04VH20 + СаСН2Р04)г; R и Л, —при 0 и 25°С —2Н,Р04Н20 + + СаСНгРО^ НгО. Составы растворов, насыщенных тремя соединениями (инвариантные равновесия): U— при 30° С — Н3Р04 + СаСН2Р04)гН20 + СаСНгРОЖ Е—при 152° С — Catf^PO^HjO + + Са(Н2Р04)2 + СаНР04; £ —при 100° С — 2Н3Р04Н20 + СаСН2Р04)гН20 + лед