Фосфаттардың химиялық технологиясы
КІРІСПЕ
Қазақстандағы химия өнеркәсібі -- электрондық жетекші индустриядан кейінгі екінші сала, ол шаруашылықтың барлық салаларына ғылыми-техникалық прогрестің жетістіктерін енгізуді тез қамтамасыз етеді және әрбір елде Өндіргіш күштерді дамытуды жеделдетуге ықпал етеді. Қазіргі заманғы химия өнеркәсібінің ерекшелігі-басты ғылымды қажет ететін өндірістерді (фармацевтикалық, полимерлік материалдар, реагенттер мен аса таза заттар), сондай-ақ парфюмерлік-косметикалық, тұрмыстық химия өнімдерін және т.б. адамның күнделікті мұқтаждықтары мен оның денсаулығын қамтамасыз етуге бағдарлау.
Химия өнеркәсібінің дамуы халық шаруашылығын химияландыру процесіне себепші болды. Ол сала өнімдерін жаппай кеңінен пайдалануды, шаруашылықтың түрлі салаларына химиялық процестерді барынша енгізуді көздейді. Мұнай өңдеу, жылу энергетикасы (АЭС-Тан басқа), целлюлоза-қағаз, қара және түсті металлургия, құрылыс материалдарын (цемент, кірпіш және т.б.) алу, сондай-ақ тамақ өнеркәсібі өндірісінің шағын Қазақстандағы өнеркәсібі сияқты өнеркәсіп салалары бастапқы кезеңнің құрылымын өзгертудің химиялық процестерін пайдалануға негізделген. Бұл ретте олар көбінесе химиялық өнеркәсіп өнімдерін қажет етеді,яғни оның жедел дамуын ынталандырады.
Химия өнеркәсібінің ерекшелігі-өте кең, құрамы әртүрлі шикізат базасы. Ол тау-кен өнеркәсібі (күкірт, фосфориттер, калий тұздары, ас тұзы және т.б. өндіру). Ол әдетте әлемнің көптеген елдерінде (Ресейден басқа) өндіруші болып табылады. Шикізаттың аса маңызды жеткізушілері химиялық өнеркәсіптің (мұнай-химия, коксохимиялық, га-зохимиялық, орман-химия, сланцехимиялық) құрамына кірмейтін салалар болып табылады. Олар тек шикізатты ғана емес (көбінесе көмірсутегі, күкірт және т. б. д.), бірақ жартылай өнімдер (күкірт қышқылы, спирттер және т. б.). XX ғасырдың екінші жартысында ҒТП-ның аса маңызды нәтижесі-мұнайды, ілеспе және табиғи газды химия өнеркәсібі қайта өңдеу өнімдерін пайдалануға хи-микалық өнеркәсіптің жаппай және кең көшуі: олардың ішінен сала өнімінің басым бөлігін алады.
Соның ішінде фосфат шикізатын өңдіру өнеркәсібі-жасау уақыты бойынша ең көне. Оның өнімін алу негізінен табиғи қазба шикізатының екі түрін-шөгінді текті фос-фориттер мен атқыланған және ме-таморфикалық жыныстардың апатиттерін пайдалануға негізделеді. Сапасы бойынша ең жақсы фосфат шикізатының түрі-апатит (оның концентратындағы пайдалы заттың құрамы 40% -- ға жетеді) Ресейде (Хибиндер) әзірленеді, ал оларға фосфориттер (басқа элементтердің қоспасы бар пайдалы заттың 30%-ға дейін) ТМД-ның басқа мемлекеттерінен басқа ҚХР-да, Солтүстік Америкада (АҚШ), Африка елдерінде өндіріледі.
Фосфат шикізатын өндіру игерілген кен орындарының сарқылуына қарай әлемнің жаңа елдері мен өңірлеріне көшірілді. 1995 жылы әлемде 135 млн т фосфор шикізаты өндірілді: Солтүстік Америка шамамен 33%, Азия-29 және Африка-26%. 1990 жылы фосфориттерді ірі өндіру АҚШ-тан кейін ДСҰ-ға орын алған КСРО-да жүргізілді, ал қазіргі уақытта ол қатты қысқарды (КСРО-да 33 млн.т. ТМД-да 11 млн. т. дейін). Бұл жалпы әлемдік құлдырауға (1990 ж.-151 млн. т) және химиялық шикізаттың осы маңызды түрін өндірудегі Вос-дәл Еуропа үлесінің азаюына әкелді.
Фосфат өнеркәсібінде ҒТП жетістіктері айтарлықтай аз болды: олар қарапайым суперфосфатқа (тиісінше 50 және 21%) қарағанда пайдалы заттың жоғары құрамы бар қос суперфосфат, мал шаруашылығы үшін азықтық фосфат өндіруге, сондай-ақ оны экспорттау үшін тауарлық фосфор қышқылын алуды ұйымдастыруға мүмкіндік берді. Бұл ең алдымен кешенді фосфорлы тыңайтқыштардың жаңа түрлерін қайта өңдеу, сақтау және енгізу көрсеткіштерін айтарлықтай жақсартты.
1950-1995 жылдары фосфор тыңайтқыштарын алу құрылымында күшті өзгерістер болды. 1995 ж. әлемде фосфорлы тыңайтқыштардың 66,7% -- ы азот және калиймен үйлескен кешенді тыңайтқыштардың құрамына кірді. Жалғыз тыңайтқыштар (қарапайым және қос су-перфосфат және т.б.) тек қана өндірістің 13 бөлігін құрады, бірақ 1950 ж. олар фосфорлы тыңайтқыштардың жалғыз түрі болды. Осылайша, алынатын тыңайтқыштардың құрамындағы маңызды сапалы өзгерістер олардың тиімділігін арттырды.
Жұмыстың өзектілігі. Қазақстан Республикасының химия өнеркәсібін дамыту жөніндегі бағдарлама бойынша химия өнімдерінің экспорттық әлеуетін ұлғайту қажет етеді. Бұл өз кезегінде фосфат шикізатын өңдеу және өндірудің технологиялық ерекшеліктерінің сапасына әсер етеді. Бұл Қазастандағы фосфат өнеркәсібін қамтиды. Шикізатты өңдеуді ұтымды жоболауға және мақсаты мен міндеттерін тиімді орындауға үлес қосады.
Елдің қазіргі дамыған кезеңінде, Республикамызда шикізатты өңдеудің тиімді жолдарын, құралдарын және әдістерін іздеп, өндірісті жаңғырту жүзеге асырылуда.
Жұмыстың мақсаты. Бұл зерттеу жұмысының пәні мен мақсаты - фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технологиясының ерекшеліктеріне негізделген, шикізатты алудың ресурс үнемдеуші техноологиясын химиялық негіздерін құрасытру болып табылады.
Бұл мақсатқа жету үшін келесі міндеттер анықталады:
* Фосфат шикізатын өңдеудің негізгі әдістерін қарастыру;
* Фосфат шикізатын өндіру технологиясына жағдай жасау;
* Экологияға аз ықпал ететін өңдеу әдістеріне ынталандыру.
Зерттеудің материалдары мен көздері. Қазақстандағы фосфат шикізатын өңдеу өнеркәсіптері.
Зерттеудің әдістемелері мен әдістері. Зерттеудің мақсаттары мен міндеттері, сондай-ақ аталған материалдың ерекшеліктері анықталады.
Зерттеудің алдыңғы қатарлы әдістері - ғылыми сипаттама, салыстырмалы талдау әдісі, статистикалық әдіс.
Магистрлік жұмыстың теориялық мәні. Зерттеу нәтижелері Қазақстанда фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технолгиясының ерекшеліктерін одан әрі дамытуға ықпал етеді.
Магистрлік жұмыстың практикалық құндылығы - Қазақстанда фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технолгиясының ерекшеліктерін қолдану бойынша тәжірибелік әзірлеу.
Бұл саладағы ғылымның жағдайының қысқаша анализі Орталық азия аймағының геоклиматтық ерекшеліктеріне байланысты Қазақстандағы барлық жыртылатын жерлердің 13 бөлігі және сортаңдарға жатады. Қышқыл және сортаң топырақты қайта қалпына келтіру мен емдеу үшін жердің беткі жырту қабатындағы кальцийдің қорын тұрақты түрде толтырып отыру керек. Сонымен қатар, кальций арқылы топырақ ерітіндісінде және өсімдіктердің өзінде сілтілі-қышқылды тепе-теңдік реттеліп, плазманың сіңіргіштігі артып, басқа да физиологиялық және химиялы биологиялық үрдістер реттеледі.
Құрамында кальций бар мелиоранттар өндірісінің болмау себебінен, топырақтар жылдан жылға ушығып келе жатқан шөлдену үрдісіне ұшырауда.
Қазіргі заманғы ғылыми әдебиеттерде негізгі шикізат ретінде фосфор, бор өндірісінің қалдықтары қолданылатын есурс үнемдеуші технологиялар мен техногенді кендерді қолданатын (борогипс пен полигалит) технологиялық үрдістердің мысалы жоқ.
Нақ осы төмен сапалы кендерде элементтердің өсуі үшін қажетті элементтер (калий, магний, бор) бар. Техногенді кендерді өндіріске енгізу Қазақстанда шығарылатын тыңайтқыштардың номенклатурасын көбейтіп, оларды шөлдену үрдісінің алдын алу үшін қолдануға мүмкіндік беретін еді.
Түрлі химиялық өндірістің өндірістік ағынды сулары табиғи су қоймаларына тікелей түсіп, фосфор және бор өндеу зауыттарының орнында экологиялық шиеленісті тудырады. Фосфор шикізатын өндеу кезіндегі технологиялық операциялар суды көп жұмсаумен жүреді. Мұндай ерітінділердегі бағалы компоненттің Р2О5 қалдық мөлшері аз және 1,0-1,5% аралығында тербеледі. Айта кететін жағдай, фосфор өндеу зауыттарындағы технологиялық айналым кезінде түзілетін ағынды сулар тазартылмай делік, су қоймаларына тікелей жіберіледі, ең жақсысы алдын ала бейтарапталуы мүмкін.
Ғылыми негізделген ресурс үнемдеуші технология жасаудың теориялық негізі болып, фосфогипс, борогипс және полигалитті сорбент ретінде қолданудың практикалық іске асатындығы, бірдей зарядты иондарды изоморфты алмасуы: фосфат- иондар сульфат-иондарға, яғни HPO иондарының SO . Қарастырылып отырған иондар иондық радиустардың жақын мәндеріне ие (3,00.10-10; 2,95.10-10м), сонымен қатар кристалдық тордың бір типінде кристализациялануы мүмкін.
Фосфаттың шығаруы үшiн фосфогипстiң таңдауы және полигалитті сорбент ретiнде - ағынды сулардан иондары бiрдей зарядтың иондарының изоморфты орнын басуының мүмкiндiгiмен шартталды:
фосфат сульфат-иондарға (HPO; SO) ыдырайды, қаралатын иондар жақын иондық радиустар мәнiне иеболады. (3,00.10-10; 2,95.10-10м), сонымен бiрге қабiлеттi кристалды тор түріне кристалданады.
Ағатын реакциялардың теңдеуi, ерiтiндi және тұздардың ерiгiштiктiң тепе-теңдік рН-ы осындай:
CaSO4 + 2Н3РО4 = Са(Н2РО4)2 + H2SO4 ;
рН = 2-4; ЕТ CaSО4 = 9,1 . 10[-6];
ЕТ Са(Н2РО4)2 = 1[.] 10[-3]
CaSO4 + НРО = СаНРО4 + SO
рН = 8,0-9,8;
ПР СаНРО4 = 2,7[.]10[-7]
3CaSO4 + 2РО = Са3(РО4)2 + 3SО
рН= 10,0-12,0.
ПР Са3(РО4)2 = 2,0[.]10[-29]
Теңдеулерден қышқыл кальцийдiң жақсы еритiн бiр алмасатын фосфаты құрастыратынын көруге болады.
-ПР Са(Н2РО4)2 = 1[.] 10[-3],
рН 8,0 - 10,0 интервалында тұнбаға дикальцийфосфат түзеді.
(преципи - тат) -ПР СаНРО4 = 2,7.10-7 .
Дикальцийфосфат аммонийдың цитратын жақсы еритiн созылған әсерлердi тыңайтқышқа оңай игерiлетiн өсiмдiктерге жатады. 10, 0 жоғары тұнба ерiтiндiсiнiң саңылаудықтары үлкеюде қиын еритiн фосфаттар түсiп қалады .
- ПР Са3(РО4)2 = 2,0.10-29.
Иониттің бір немесе басқа ионға силиктівтілігі электролит ионының (HPO4-) (SO4-) ионын бекітіп немессе иондық жұп түзу арқылы ассосациялану мүмкіндігімен байланысты. Бұл иониттің ион алмасу топтары тұрақты комплекстер немесе қиын еритін қосылыстар түзіп электролит иондарымен берік байланысқан жағдайда жүреді.
Соңғы жағдай қиын еритін қосылыстардың түзілуіне әкелетін (SO4-) бекітілген иондарының ерітіндідегі электролит иондарымен (HPO4-) әрекеттесуі кезінде орын алады.
Изоморфты алмасу ионды алмасудың бөлек жағдай болып келеді.
Дикальцийфосфаттың аналогы - Австралияда реактивті тұздардан шығарылатын Динакал қышқыл топырақты емдеу үшін кеңінен қолданылады. Бұл тыңайтқышты топыраққа енгізу топырақтың қышқылдығын төмендетіп, топырақтың құнарлығын арттыруға дем болатын ортаның қышқылдығын қалыптыға жақындатады.
Бүгінгі күнге дейін Қазақстанда қышқыл және сортаң топырақты мелиорациялау мәселесі шешілмей келеді, бұл ауыл-шаруашылық егістіктердің, сонымен қатар ауылшаруашылық өнімдердің мөлшерінін төмендеуіне әкеледі.
Бейорганикалық сорбент гипстың (сусыз және екі сулы) қасиеттері жеткілікті және аса толық зерттеліп, әдебиеттерде [73-80] келтірілген. Фосфор өндеу өндірісінің көп тонналы қалдығы фосфогипстың сорбциялық қасиеттері отандық зерттеушілер Бірімжанов Б.А., Кадушкина Л.А., Қазымбетова М.С., және т.б. зерттелген [85-86].
Дикальцийфосфат өсімдіктермен жеңіл сіңірілетін, ұзартылмалы әсерлі, амоний цитратында жақсы еритін тыңайтқышқа жатады. Біздің жұмыста жүргізілген зерттеулер фосфогипстың құрамына борогипс пен полигалиттің дозалы мөлшерлерін қосу бірнеше падалы компоненттері бар (бор, калий( магний) мелиоранттарды синтездеуге мүмкіндік береді.
Сонымен бірге, борогипс пен полигалит құрамында сульфат иондардың болуы - олардың сорбциялық қасиет көрсететінін білдіреді. Мұндай мәселені шешу үшін фосфор және бор өндеу өндірісінің қалдықтарын химиялық мелиоранттарды алудың ғылыми негізделген ресурс үнемдеуші технологиясына енгізуді қажет етеді.
Әдеби шолу
Еліміздің экономикалық және және социалды дамуы кезеңінде халықты ауылшаруашылық өнімдерімен қамтамассыз етуге көп көңіл бөлінуі қажет. Бұл мәселені шешуде минералды тыңайтқыштарды өндіру мен оларды ауыл шаруашылығында тиімді қолдану болып табылады
Қазақстан фосфат шикізатының ерекше қорына ие. Өзінің қоры бойынша, 12-13 млрд. тоннаға жететін, барлық дүниежүзілік ресурстардың 90% ие бола тұра, алғашқы бес елдің қатарына кіреді. Алайда, фосфатты шикізатты рационалды емес қолдану нәтижесінде, қазіргі таңда Қазақстан қалдықтардың үлкен қоймасына айналып, тыңайтқыштарды, әсіресе өсімдіктерге пайдалы негізгі компоненттер бойынша реттелген химиялық кальций құрамды мелиоранттарды аса қажет етеді. Кеңес одағында қалыптасқан өндірісті территориялық орналастыру кезіңде Қазақстан Республикасы қарапайым сұлбалар бойынша фосфор шикізатын өндеуге бағытталды. Мұнын нәтижесінде біздің еліміздің территориясында көп тонналы, фосфор құрамды сұйық және қатты қалдықтар жиналған.
Жылдан жылға жиналып келе жатқан химиялық өндірістің орасон зор мөлшердегі қалдықтарын утилизациялау мәселесі бүгінгі күнге дейін өршіп, өз шешімін күтуде. Табиғатты қолданудың заманауи концепциясы қоршаған ортаны қорғаудың негізігі құралы минералды шикізатты [1-7] кешенді қолдану және жаңа ресурс үнемдеуші технологияларды жасау болып табылады.
Техногенді кен орындарын анықтау және өндеу - Қазақстанның минералды ресурстарын толтырудың жолдарының бірі. Техногенді обьектілер дәстүрлі кен орындарына қарағанда әдетте, біршама кедей болады, алайда бірқатар артықшылықтары да бар. Бұл кен орындар ертеден зерттелген, оларды құрастыру кезінде қажетті инфрақұрылым жасалған.
Сонымен қатар, Қазақстан Республикасының территориясының және және ондағы шикізаттың ерекшелігі, басқа аймақтарда қолданысқа ие технологиялар қазақстандық шикізатты өндеуге жарамсыз болып қалады. Осыған орай, отандық техногенді қалдықтарды өндеу бойынша ресурс үнемдеуші, сонымен қатар экологиялық бағытталған технологияларды енгізу аса қажет.
ХХ ғасырдың ортасына дейін, қандай өндірістің экономикалық пайдасын анықтау кезінде тек соңғы мақсат көзделді - мақсатты өнімді алу. Өндірістік қалдықтар ескерілмеді, немесе биосфераның өз өзін қалпына келтіру мүмкіндігімен салыстырғанда өте аз болып саналды. Қазіргі кезде биосфераның өз өзін тазалау мүмкіндігінен қалдықтардың мөлшері анағұрлым көп. Қалдықтарды бақылаусыз тастау, әсіресе улы, экологиялық мәселені ушықтырады және белгілі технологиялардың жетілмегендігінің тура дәлелі болып саналады [8-12].
Бұл біріншіден, Қазақстанның химиялық өндеу өндірісі амофос, қарапайым суперфосфатты көп тоннажды алуға бағғыталуымен байланысты. Жердің құнарлығын арттыруға аса қажет тыңайтқыштардың басқа түрлері - аммиакты селитра, қос суперфосфат, дикальцийфосфат, полифосфат Қазақстанға Өзбекстан мен Ресейден әкелінетін еді.
Химиялық өндірістің көптеген зиянды нәтижелерін жаңа технологияларды енгізу арқылы бақылау болатыны анықталған. Бірақ, халық санының өсуі және өмір дәрежесінің жоғарлау себебінен, қоршаған ортаның өндірістік ластану және қалдықтарды күнделікті жойып отыру мәселелерін дәстүрлі түрде шешу тиімсіз болып саналады.
Жаңа технологияларда қалдықтардың шығарылуы минимумға жетуі керек. Сонымен қатар, бір өндірістің қалдықтары еінші өндірістің шикізаты болатын жағдайда болу керек. Бұл белгілі бір шамада өндірістің қоршаған ортаға зиянын азайтады. Мұндай ресурс үнемдеуші, экологиялық бағытталған жүйеде энергия мен материалдарды қолдану оптимизацияланған, яғни мұндай жүйе табиғи биологиялық экожүйеге аса жақын болып келеді [13].
Қазақстанда химиялық мелиоранттар өнделмейтін еді, сондықтан жыртылған жердің орасан көп аймақтары шөлге айналу үрдісіне ұшыраған. Сонымен қатар, 1993 жылдан бастап бағасының жоғары болу себеінен тукты тыңайтқыштарды әкелу тоқтатылды. Қалдықтарды жою химиялық технологиялы кешеннің басты мәселесіне айналды. Фосфор құрамды қалдықтарды кальций құрамды химиялық мелиоранттарға екіншілік шикізат ретінде қолдану Қазақстан Республикасының сауда саттық қауіпсіздігін қаматмассыз ету жағынан қосымша өзектілікке ие болады.
Бұл жұмыстың зерттеу пәні - Қазақстандағы фосфат шикізатын өңдеу және өндіру.
Зерттеу жұмысында фосфат шикізатын өндіру және өңдеудің технологиясының ерекшеліктері қарастырылады.
1 Фосфаттардың химиялық технологиясы
1.1 Фосфаттардың жалпы сипаттамалары
Фосфаттар тотығу күйінде фосфордың оттегі қышқылдарының тұздары +5. Ортофосфаттар - ортофосфор қышқылының H3PO4 тұздары және конденсирленген фосфаттар - полифосфор қышқылдарының тұздары бар. Орташа, қышқылдық және негізгі фосфаттар, көп қабатты (қосарлы және үш еселенген тұз) және түрлі анионды (аралас тұз), оксифосфаттар, сондай-ақ органикалық емес туындылар (мысалы, тиофосфаттар) бар. Қышқыл фосфаттар H3PO4 немесе полифосфор қышқылдарын негіздер бойынша ішінара бейтараптандыру арқылы қалыптасады. Бір немесе бірнеше металдардың гидроксидтерімен толығымен бейтараптандырылған кезде орта фосфаттар алынады. Аралас тұздар қышқылдар қоспасын бейтараптандыру арқылы жасалады, мысалы дифференциалды және трифосфорлы, бір гидроксиді (қарапайым әртүрлі аниондар фосфаты) немесе бірнеше гидроксидтер (көп қабатты және әр түрлі анионның фосфаттары). NH3 де бейтараптандырушы агент ретінде қызмет етеді. Қысқартылған бейорганикалық фосфаттар қышқыл фосфаттардың, фосфаттардың қоспаларын термиялық өңдеу жолымен алынған. Бастапқы өнімнің құрамы (тотықтары бойынша) синтезделген қосылыстардың құрамына сәйкес болуы тиіс. Кейбір фосфаттардың сипаттамалары 1-суретте келтірілген.
1 сурет - Кейбір фосфаттардың жалпы сипаттамалары
1.1.2 Фосфат құрылымы
Фосфор қышқылдарының, ортофосфаттардың және полимерлі (немесе конденсацияланған) фосфаттардың тұздары арасында бөлінеді. Соңғысы фосфат аниондарының сызықты құрылымы бар полифосфаттарға, фосфатты анионның тармақталған, тармақталған құрылымымен сақиналы (циклдық) фосфат анионы бар метафосфаттарға (5-сурет) және улафосфаттарға бөлінеді.
Орфофосфаттар, белгілі болғандай, бір, екі және үш алмастырылған.
Екі және үш алмастырылған ортофосфаттардан, тиісінше, HPO42- және PO43- аниондарын қамтитын суда еритін H2PO4 анионы бар моносызды ортофосфаттар тек сілтілік металл тұздары мен аммонийді ерітеді. Үш ортофосфат қалдықтарының әрқайсысы тетраэдралық құрылымға ие. Фосфор атомы тотығу күйінде әрқашан +5 болып табылады, барлық үш жағдайда sp3 гибридтелген, спектрлік тетраэдрлық құрылымды анықтайтын атомдық орбитальмен сипатталады
2 сурет - Метафосфат құрылымының схемалық көрінісі
1.1.3 Фосфаттардың физикалық және химиялық қасиеттері
Сулы ерітінділерде фосфаттар гидролизденеді. Барлық суда еритін дигидрофосфат. Судағы гидрофосфаттар мен фосфаттардан тек сілтілі металдар мен аммоний тұздары еритін болады. 3-суретте балқу нүктесінің мәндері, молекулярлық жылу сыйымдылығы және кейбір фосфаттардың қалыптасуының стандартты энтальпиясы берілген.
3 сурет - Кейбір фосфаттардың жылу қасиеттері
Орташа фосфаттар. Сусыз тұздардың жалпы қасиеті - балқу нүктесіне қызған кездегі тұрақтылық. Ортофосфаттар М(II)3(РО4)2 1,375 (M = Mg), 1777 (Ca), 1600 (Sr), 1605 (Ba), 1152 (Mn), 1345 (Ni), 1060 (Zn), дифосфаттар: (Mg), 1355 (Ca), 1375 (Sr), 1430 (Ba), 1195 (Mn), 1400 (Ni), 1020 (Zn), 830 (Pb) градуста балқиды. Ерекше жағдай тұрақсыз фосфаттар (NH+4, Hg2+ катиондары). мысалы, Hg3(PO4)2, оның құрамында сынаптың бір бөлігі балқу температурасынан төмен температурада булануда. Көптеген ортофосфаттар мен кристалданған фосфаттардың кристалдық гидраттары қыздырылған кезде, анионның құрамын өзгертпестен, кристалданудың суспензиясын жоғалтады. Бұл қасиет сусыз тұздарды синтездеудің топохимиялық әдісіне негізделген, ол басқа әдістермен алынуы мүмкін емес. Осылайша, (NH4)5P3O10·xH2O мұндағы х = 1,2, кристалдық (NH4)5P3O10 топохимиялық газ NH3 ортада алынған. Жоғары дәрежелі тотығу кезінде орташа метал фосфаттар суда ерітінді емес, сілтілі металдар мен аммоний еритін, олардың су ерітіндісінде рН7 бар. Конденсирленген бейорганикалық фосфаттардың анондары су ерітіндісінде тұрақты емес, олар тұрақты түрде төменгі фосфаттардың аниондарына айналады.
Қышқыл және негізгі фосфаттар. Қышқылдық және негізгі фосфаттардағы судағы ерігіштігі орташа мәндерден жоғары, тіпті жоғары дәрежелі тотығу кезінде кейбір металл тұздары ерітіндіге түседі. Бұл қасиеттің арқасында қышқыл фосфаттар тыңайтқыш ретінде қолданылады. РН 7 күрделі аниондарда жылдамырақ (pH 7 салыстырғанда) ыдырайды. Конденсация нәтижесінде қыздырылған кезде қышқыл тұздары анионның құрамын балқу нүктесінен төмендетеді, сондықтан олар көптеген конденсирленген фосфаттардың дайындалуы үшін бастапқы қосылыстар ретінде қызмет етеді. Сілтілік металдардың гидро- және дигидроортофосфаттарынан басқа кристалдық қышқылдық ортофосфаттар белгілі: M(II)HPO4, мұнда M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn, Cd, Sn, Pb, Hg, олардың кристалгидраттары бір су молекуласымен M = Be, Mg, Cu, Zn), екі (Ca, Co, Ni), үш (Mg, Mn, Zn) және жеті (Mg); M = Mg, Sr, Ba, Cu, Cd, Sn, Pb олардың бір кристалдық гидраты, бір су молекуласы (M = Ca, Sr), екі (Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd) және төрт (Mg); құрамында бірнеше анионды формалар бар: Co (H2PO4)2·2H3PO4, NaH2PO4·Na2HPO4 (Na tripolyphosphate препаратында пайдаланылады). MnHPO4 · 3H2O олардың көлеміндегі ылғалды ортада бастапқы қышқыл тұзының аз протондалған тұзға және еркін қышқылға ыдырайтын өнімдердің сұйық және қатты қосындылары пайда болады және өседі. Химиялық қасиеттерге қатысты фосфаттар басқа тұздар сияқты әрекет етеді. Жалпы айтқанда, олар өзара алмасу механизмі арқылы тұздар, сілтілер, оксидтер және қышқылдармен реакциялармен ерекшеленеді, олар диссоциацияланбайтын немесе нашар диссоциацияланатын зат қалыптастырады [6], [7], [8]
1.1.4 Фосфаттың қолданылуы
Фосфор қышқылының тұздары (фосфаттар) түрлі салаларда, атап айтқанда, мұнай өндіру және электротехникада, құрылыс материалдарын, лактар, бояулар мен түрлі арнайы жабындарды, сондай-ақ тіс пастасы мен стоматологиялық цемент өндірісінде кеңінен қолданылады.
Фосфаттар әртүрлі әйнек, соның ішінде оптикалық және фарфор алу үшін қолданылады. Ауыр өнеркәсібінде олар құю өндірісінде және металл өңдеуде, жеңіл өнеркәсіпте тоқыма және былғары өндірісінде қолданылады.
Химия өнеркәсібінде фосфаттар жуғыш заттар мен тазалағыш құралдарды, өрт сөндіргіш заттарды, фотоматериалдарды және қағазды өндіруде кеңінен қолданылады.
Ауыл шаруашылығында әртүрлі металдардың фосфаты тыңайтқыштар мен жануарларға арналған жемді өндіру үшін қолданылады. Төменде техникалық мақсаттар мен олардың химиялық формулалары үшін ең жиі пайдаланылатын фосфаттардың атауы берілген.(4 сурет)
4 сурет - Техникалық бағытта жиі қолданылатын фосфаттар
Фосфаттар - бұл ет және балық өңдеу, кондитерлік және сүт өнеркәсібіндегі дәстүрлі және кеңінен қолданылатын ылғалмен
байланыстыратын агенттердің бірі.
Тамақ өнеркәсібінде қолдануға арналған фосфаттарға моно-, ди-, три-, пиро- және полифосфаттар рұқсат етіледі.
Тамақ өнеркәсібінің түрлі салаларында фосфаттардың нақты пайдаланылуы айтарлықтай өзгереді. Мысалы, ет пен балықты өндіруде суда және тұзды ерітінділерде жоғары ерігіштігі бар тағамдық фосфаттар пайдаланылады:
1. ди - немесе пирофосфаттар E450, пирофосфор қышқылының H4P2O7 тұздары;
2. E451 трифосфаты, H5P3O10 триполифосфор қышқылы тұзы;
3. полиофосфаттар Е452, желілік конденсацияланған полифосфор қышқылдарының тұздары.
Фосфаттар қышқылды, бейтарап және сілтілі болып табылады. Жалпы алғанда, 7.0-ден 8.3-ге дейінгі рН-ға ие фосфаттар эмульгирленген ет өнімдері үшін қолайлы, ал бұлшық ет өнімдерінің барлық түрлеріне арналған тұзды ерітінділерді дайындау кезінде 8.3-ден 9.3 дейін рН-ға ие фосфаттар қолданылады.
Монофосфаттар бұрын фосфор қышқылынан және алкалаттардан тамақ түрлеріне дейін тазартылады. Пирофосфаттар мен фосфосфаттар - сутегі фосфатын, полимер полифосфатын құрғату арқылы - моно- және дифосфаттардың конденсациясы арқылы.
Дифосфаттардың ATФ-ге ұқсас қасиеттері бар және протеиндердің ылғалдылықты байланыстырудың табиғи қабілеттілігін қалпына келтіре алады Дифосфаттар актин мен миозин арасындағы кристалдық байланыстарды бейтараптандырады және қатаң болған кезде қалыптасады және актомиозин кешенін жекелеген талшықтарға бөледі.
Фосфаттар актомиозин кешеніндегі электростатикалық өзара әрекеттестікті әлсіретеді. Тек фосфаттар актин мен миозинді бұзуы мүмкін, бұл фосфаттардың таралуының негізгі себебі.
Ет өңдеу және балық шаруашылығында қолданылатын барлық тамақ фосфаттары мен олардың қоспалары сілтілі реакцияға ие. Ет және балыққа сілтілік фосфаттардың қосылуы рН-нің өсуіне және ақуыздардың ылғал-байланыстырушы қабілетін арттыруға алып келеді.
Қышқыл фосфаттар дәнекер тіндердің белоктарын жұмсартады және ширатады және түс қалыптастыруды жақсартады.
Фосфаттар бұлшықет тінінің ионикалық беріктігін арттырады және белсендірілген және ісінген ақуыздардың арақатынасын өзгертеді, қосымша суды иммобилизациялауға және майдың эмульсиясына ықпал етеді.
Жоғарыда көрсетілген әрекеттердің арқасында тағамдық фосфаттар дайындаған өнімдердің өнімділігін жоғарылатады, жібіту, термиялық өңдеу, тұздану ұзақтығын қысқарту, дайын текстураның және текстураның, дайындалған ет және балық өнімдерінің түсі мен дәмін жақсартуға және майларды жағуды бәсеңдетуге көмектеседі.
Азық-түлік фосфаттарымен өңделген ет, балық және теңіз өнімдері азық-түлік тұрғысынан шырынды, нәзік және құнды. Ет, балық және теңіз өнімдерін фосфатты өңдеу термиялық өңдеу алдында ғана жүзеге асырылады, яғни тағамдық фосфаттар отандық, денатуратталмаған ақуыздармен өзара әрекеттеседі.
1.2 Фосфат өндірісінің технологиясы
Мал шаруашылығының қазіргі заманғы өндірістік әдістеріне минералды азық қоспаларын кеңінен қолданумен сипатталады, бұл өнімділікті арттыру, мал шаруашылығының қауіпсіздігін және жемшөпті тұтынуды азайтуға мүмкіндік береді.
Мал мен құстың азық-түлік рационының маңызды құрамдас бөлігі - фосфор. Сүйектің қалыптасуы үшін, ол нуклеин қышқылдарының, фосфидтердің, фосфоропротеиндердің және басқа қосылыстардың бөлігі болып табылады. Ауыл шаруашылық жануарларының диеталарында фосфордың болмауы ет пен сүт өнімділігін төмендетеді, сүйек ауруларына және көбею функцияларының бұзылуына әкеледі.
Фосфор тапшылығын жою және ауылшаруашылық жануарларының диеталар сапасын жақсарту үшін малшаруашылығында натрий, магний, аммоний және басқа да элементтерді қосатын кальций фосфатына негізделген фосфорлы минералды қоспалар кеңінен қолданылады.
Кальцийдің жем фосфаттарының тиімділігі организмдегі метаболикалық процестерге қатысатын негізгі элементтердің фосфор (Р) және кальций (Ca) құрамымен анықталады. Кальцийдің жем фосфаттарының сапасы фтор, қорғасын, мышьяк, кадмий, сынап сияқты зиянды қоспалардың ең аз концентрациясы бар қоректік қоректік заттардың құрамымен есептеледі.
Фосфатты өндіру технологиясы фосфоритті фосфор қышқылымен өңдеуден тұрады. Негізгі бөлшектеу кезеңі миксерде және суперфосфат камерасында жүзеге асырылады, содан кейін пісіп-жетілу бар. Қос суперфосфатты алғаннан кейін, келесі қадам - еркін қышқыл мен түйіршіктен бейтараптандыру, содан кейін кептіру.
Монокалций фосфатын кептіру процесі қоймада пісіп болғаннан кейін жүзеге асырылады. Технологиялық режим: 50-55% P2O5 температурасы 80 ° -100 ° C.
Өнімнің дефлуциялануының жоғары дәрежесін қамтамасыз ету үшін, температураны 130 ° -150 ° C температурасында кептіру.
Ca3PO4+4H3PO4+3H2O=3Ca( Н2РО4)2 *H2O
CaF+ H3PO4= Ca(Н2РО4 )2 *H2O+2HF
CaCO3+2H3PO4=Ca (СаН2РО4)2 *H2O+CO2
MgCO3+2H3PO4= Mg (Н2РО4)2 *H2O+CO2
AL2O3 +2H3PO4= 2ALPO4+3H2O
Fe2O3+2 H3PO4=FePO4+3H2O
Фторлы сутегі газ фазасына шығарылады немесе өнімде кремнофторлық қышқыл бар.
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O
2HF + SiF2 = H2SiF6
Монокалцийфосфат моногидраты оны фосфор қышқылының және кальций карбонатының өзара әрекеттесуінде пайда болады.
CaCO3 + 2H3PO4 = Ca (H2PO4) 2 * H2O + CO2
Бастапқыда сусыз монокалций фосфаты тұнбаға түседі, содан кейін белгілі бір жағдайларда моногидратқа қайта кристаллданған болады.
Монокалций фосфатын түзілу үрдісінің жылдамдығы сұйық фазадағы біріктірілген фосфор қышқылының болуымен байланысты. Неғұрлым еркін фосфор қышқылы және аз кальций фосфаты, реакция тезірек жүреді. Шығарылған көмірқышқыл газы және процестің температурасының жоғарылауы қышқыл ерітінділерде монокальций фосфатының ерігіштігін арттырады. Алайда, ерітіндінің қайнау нүктесін арттыру монокальций фосфатының аморфты негіз (суда ерімейтін) және қышқыл (суда ерітілген) тұздарымен ыдырауына әкеледі. Ерітіндінің қанығуына қарай монокальций фосфаты кристалдана бастайды.
Екінші кезеңде фосфаттың ыдырауы монокалций фосфатының кристаллизациясымен бірге жүреді, соның салдарынан реакция массасының сұйық және қатты фазаларының композициялары бірте-бірте өзгереді. Ішінара фосфат дәніне қойылған кристалдардың тұнбасы H + иондарына жетуді қиындатады және ыдырау процесі күрт төмендейді. Суспензияның сұйық фазасы монокалций фосфаты мен дикальций фосфатымен қаныққан кезде, ыдырау реакциясы тоқтатылады.
Монокальций фосфатын алудың өндіріс режимдері көрсетілген жағдайларды ескере отырып таңдалады. Мысалы, камералық әдіспен апатит концентратынан монокальций фосфатын алу кезінде фосфор қышқылының оңтайлы концентрациясы таңдалған кезде ыдырау коэффициенті шамамен 60% -ға жетеді, суперфосфатты сұйық фаза құрамында 46-47% фосфор оксиді бар.
Апатиттің ыдырау жылдамдығына жету кезінде -60% монокальций фосфаты суспензиясы қатайтылады және реакция күрт төмендейді. Бұдан әрі ыдырау камералық қоймада (15-30 күн) тұрғанда ұзақ уақытқа созылады, ал пісетін оңтайлы температура 40 ° -60 ° С құрайды, оның төмендеуі немесе жоғарылауы апатиттың ыдырауын бәсеңдетеді.
Қаратау және Кигисепп кен орындарындағы доломит фосфориттері камералық процесте 45-50% фосфор тотығы бар қышқылмен бөлінеді. Олар апатит концентратына қарағанда тезірек және толықтай ыдырайды, көмірқышқылдан шыққан көмірқышқыл газының шикізатының ашылмаған дәндеріндегі шөгінділердің қақпақтарын азайтады.
Түтіксіз процестерде фосфориттер фосфор қышқылымен 50-100 ° C температурада өңделеді, ол 28-40% фосфор оксидінен тұрады, бұл көбінесе процестің бірінші кезеңінің оңтайлы шарттарына сәйкес келеді. Бірақ мұндай төмен бастапқы концентрациясы ыдыраудың екінші сатысы үшін қолайсыз. Процесс реакция массасын кептіру арқылы аяқталады. Судан суды алу жүйенің тепе-теңдік аймағына монокалгия фосфатымен, ал апатиттің одан әрі ыдырауына ықпал етеді. Кептіру процесінде монокалгия фосфаты реакция массасынан кристалданып, сұйық фазаны бейтараптандыру дәрежесі төмендейді және оның белсенділігі артады. Сондықтан шикізаттың ыдырау дәрежесінің жоғары дәрежесіне жетеді, ал оның бірінші сатысында оның ыдырауы аз дәрежеде болады. Еркін қышқылдылықты жою үшін тауар суперфосфаты бейтараптандырылады. Оны фосфор қышқылын оңай ыдырататын қоспалармен емдеу арқылы әдетте бейтараптандыру түйіршіктеумен біріктіріледі. Қоспалар фосфат, сүйек, әк, бор, әктас қолданды.
Суперфосфаттың сапасын жақсартудың бірі оның аммонизациясы, яғни еркін қышқылдың аммиакпен бейтараптандыруы.
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 + Ԛ
Түтіксіз процестерде фосфориттер фосфор қышқылымен 50-100 ° C температурада өңделеді, ол 28-40% фосфор оксидінен тұрады, бұл көбінесе процестің бірінші кезеңінің оңтайлы шарттарына сәйкес келеді. Бірақ мұндай төмен бастапқы концентрациясы ыдыраудың екінші сатысы үшін қолайсыз. Процесс реакция массасын кептіру арқылы аяқталады. Судан суды алу жүйенің тепе-теңдік аймағына монокалгия фосфатымен, ал апатиттің одан әрі ыдырауына ықпал етеді. Кептіру процесінде монокалгия фосфаты реакция массасынан кристалданып, сұйық фазаны бейтараптандыру дәрежесі төмендейді және оның белсенділігі артады. Сондықтан шикізаттың ыдырау дәрежесінің жоғары дәрежесіне жетеді, ал оның бірінші сатысында оның ыдырауы аз дәрежеде болады. Еркін қышқылдылықты жою үшін тауар суперфосфаты бейтараптандырылады. Оны фосфор қышқылын оңай ыдырататын қоспалармен емдеу арқылы әдетте бейтараптандыру түйіршіктеумен біріктіріледі. Қоспалар фосфат, сүйек, әк, бор, әктас қолданды.
Суперфосфаттың сапасын жақсартудың бірі оның аммонизациясы, яғни еркін қышқылдың аммиакпен бейтараптандыруы.
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 + Ԛ
Суперфосфатты бейтараптандыру процесінде алынған өнімде 2% азот жоқ. Аммонизация үрдісі үздіксіз ағып жатқан суперфосфат газына аммиак түзілуін енгізетін айналмалы барабан-аммонаторда жүзеге асырылады. Бейтараптандыру әдетте түйіршіктеу үдерісімен біріктіріледі. Гранулирленген, аммонийлі, кептірілген фосфат мазмұны бөртпейді және піспейді, төмен ылғалдылыққа ие және фосфор оксидінің көп мөлшері бар, ол тұқымдық жаттығулардың көмегімен топыраққа қолданылуы мүмкін, бұл біркелкі үлестіруге және жақсы пайдалануға әкеледі. Ондағы құрамында азот пайдалы қоректік заттар болып табылады.
Бейтараптану кезінде жылудың босатылуына байланысты температура 80-90 ° C дейін көтеріледі, суперфосфат бірнеше кептіріледі. Ол үшін күкірт суперфосфат күнделікті сақтау мерзімі аяқталғаннан кейін аммиак суы (аммиак 25%) бейтараптандырылады және 70-75 o С кезінде кептіріледі. Үлгілерді гранулау құрғату процесінде илемдеу арқылы жүзеге асырылады. Осылайша, қышқыл суперфосфат массасын және кептіруді аммонизациялау өнімдегі фосфордың оксидінің жалпы формасын ұлғайтуға әкеледі, ал фосфор оксидінің сіңімді түрінің азаюына және ең бастысы, суда еритін монокалций фосфатының мазмұнының күрт төмендеуіне әкеледі. Мұның суперфосфат массасын аммонизациялау процесінде фосфор оксидінің ретроградизациясы пайда болады және суда еритін монокалгия фосфаты литрозаның еритін дикальций фосфатына айналады.
Ca (H2PO4) + NH3 = CaHPO4 + NH4H2PO4
Күкірт қышқылының стандарттарында аммоний суперфосфат үлгілерінде 80-100% азот мазмұны 0.10-1.74% аралығында болады. Бұл аммондау процесінде төменгі еритін кальций сульфаты реакция арқылы ерімейтін аммоний ион сульфатына өтеді деп түсіндіріледі:
Ca (H2PO4) 2 * H2O + CaSO4 + 2 NH3 = 2 CaHPO4 + (NH4) 2SO4 + H2O
Аммонизациядан кейін суперфосфат түйіршіктерінің беріктігі 2,08-3,18 МПа, бұл көрсеткіш қышқыл суперфосфатта 0,3 МПа-дан аспайды. Ең құнды фосфорлы тыңайтқыштар фосфор тотығының жалпы формасына қатысты фосфор оксидінің суда еритін формасының салыстырмалы мазмұны кемінде 50% құрайды. Сондықтан минералды массаны өңдеу үшін 80% күкірт қышқылының оңтайлы жылдамдығы және 60% концентрлі күкірт қышқылы 10,84% фосфор тотығы бар (жалпы) құрамында аммонийлі, түйіршіктелген суперфосфатта кездеседі.
Осылайша, қарапайым аммиактивті суперфосфат технологиясы ірі тоннажды қалдықтарды - бір фосфатты тыңайтқыштарды өндірудегі минералды массаны тартуға және шикізатты, азық базасын кеңейтуге мүмкіндік береді. Минералданған масса негізінде суперфосфатты кеңінен пайдалану - бұл егістің шығымдылығының оң факторы, мал шаруашылығының өнімділігі мен қауіпсіздігін арттыру, жемшөптерді азайту.
1.2.1 Ақтөбе және Қаратау кен орындары фосфориттерінің сипаттамасы
Ақтөбе фосфорит кен орны белгілі фосфорлық шикізат көзі болып табылады.Фосфорит жуу арқылы байытылады, соның өзінде құрамында 18,2% Р2О5 концентраталынады. Ал құрғақ байыту əдісі арқылы 17% Р2О5 алынады, бірақ құрамында кремнидің диоксиді артық мөлшері болғандықтан пайдаланады.
Элементарлы фосфор өндірісіндегі шекті мөлшерге дейін қышқыл модулін төмендету үшін Ақтөбе концентраты Қаратау концентратымен бірге 50:50 қатынасына сəйкес өңделу қажет немесе вятск - камскии фосфориттерінің 65:35 қатынасында кварцит қоспай өңделеді. Фосфор құрамдас шикізаттарды өңдеудің белгілі əдістерінде құрамындағы қоспалардың қатаң шектелуіне қарамастан, сонымен қатар шихтаның анықталған қышқыл модулі, шикізатты алдын-ала дайындау кезіндегі шығын мөлшері 40% құрайды. Сонда айтарлық фосфорит мөлшері үйіліп-төгіліп жатады. Осы қалдықтарды өңдеп қоршаған ортаға экологиялық ауырлық тигізбеу үшін өңдеп пайдалы термофосфаттар алу қажет [1].
Қаратау фосфоритінің фосфатты құрамының минералогиялық табиғатты кейбір еңбектерде суреттелген [1-3]. Кремнидің диоксиді 0,9-10% шамасында бар сирек, жоғары мөлшерде, басым шамада кварц түрінде, біршама халцедон жəне сазды құрам түрінде кездеседі. Мөлшері 41-53% аумағында өзгеретін кальций тотығы, барлығы фосфатты құрамымен байланысты. Mgf 0,5% болғанда үнемі доламит табылады. Фтордың мөлшері 2,89-дан 3,88% шамасында вариациаланады. F:Р2О5, 0,08-0,1-ге тең болатын қатынас франколит пен фторапатитке əдеттегідей болады. СО2-ның болуы негізінен фосфаттардың минералогиялық табиғатына жəне карбонаттар қоспасына тəуелді. СО2-ның ең төмен мөлшері метаморфозданған фосфоритте, мұнда фосфатты құрам фторапатит қалпында. Органикалық көміртегінің шамасы 0,07%-тен аспайды.
П.Л. Безруковтың жүргізген рентгенографикалық зерттеулерінің көрсеткіштері бойынша, Қаратаулық фосфориттердің фосфатты құрамы фторапатит қалпына ие. Мынадай тұжырым бар, барлық фосфориттердің фосфаттары фторапатиттен құралған. Ал, көмір қышқыл болса, жұқа дисперсті карбонаттардың қоспасы түрінде орын алған.
А.Б. Бектуров былай есептейді, Қаратаулық фосфориттерде фторапатит гидроксилапатитті - изоморфты қоспа түрінде орналасқан.
Г.И. Бушинский жəне басқа авторлар өте тамаша тұжырымдарға келді.
Фосфориттерді (сонымен бірге Қаратау фосфориттері) зерттеу негізінде авторлар былайша қорытынды жасайды, көміртегі фосфатты торға фосфорды ығыстыра отырып орналасады.
Фосфат құрамы негізінен курснит жəне франколит түрінде болады, себебі фторапатитке күшті немесе əлсіз метаморфиздік түрлер тəн. Жоғарыда келтірілген мысалдардан көрінетіні, апатит тобының карбонатты минералдарының құрылымдарын анықтау көптеген зерттеушілердің назарын аударады. Ван Везер көрсетуінше, алғашқы апатиттердің эмперикалық суреттемелерінде мынадай болжам айтылған болатын, карбонат гидроксил немесе фторид ионды ығыстырады, бұл болжам рентгеноқұрылымдық зерттеумен анықталған жоқ. Шетелдік ғалымдар карбонаттық апатитке қосылуының екі түрлі сипаттама түсініктеме ұсынылды. Олардың бірі сұйықтардағы неорганикалық құрамдағы көміртегінің екі тотығының жағдайымен аналогты, ол мынадай болжаммен негізделген, карбонат ол болмаса, мүмкін, бикарбонат иондар беткі қабатта негізінен фосфатпен ауысу кезінде сорбцияланады. Тағы да басқаша түсініктеме алғашында доронкалиттің құрылымына жатқызылған, кристалдың бүкіл торында орын ауыстыруды шамалайды. Долиттер жəне сфералиттер Қаратау фосфориттерінде көрсеткіштер бойынша СО2 шамамен 2,46-2,48% құрайтын болған, бірақ та микроскоп астында бұл фосфаттарда карбонаттардың көрінерлік қоспалары кездеспейді. Барынша таза тірліліктердің сыну көрсеткішінің орташа мəні 1,615-1,622-ге тең, ал құрайтыны 9,34с-6,88 кХ.
Осы барлық көрсеткіштерді фторапатиттің көрсеткіштерімен салыстыра отырып Г.И. Бушинской мынадай қорытынды жасайды. "Қаратаудың метаморфизленген емес массасының негізін құрайтын аморфты жəне болу қайта кристаллизацияланған фосфатты құрам, химиялық-құрамы бойынша, кристалдық торының өлшемімен жəне сыну көрсеткіштерімен фронколиттің талаптарына сай". Сынақтарда пайдаланылған, Қаратаулық кен орнының фосфоритінің концентратының фосфатты құрамы концентрациялы зоналы текстурасы бар фронколит оалиттері түрінде болады.
Кварц мөлдір пластиналар түрінде кездеседі. Үлгі органикалық құрамы бар метаморфизделген емес түрліліктерге тəн қара-сұр түске ие болған. Ақтөбе кен орнының фосфоритті концентратын бөлінуге зерттеу үшін, бірінші байытудан соң Багдановский учаскісінің фосфориті алынған болатын. Ақтөбе кен орындары топтарының фосфориттері кедей кен орындарына жатады, сонымен бірге, құнды типті (30%-тен астам SiO2), дамыған дəрежеде кремниленген (фосфатты дəндерді жəне фосфатты цементті - хальцедонның жəне кварцтың ығыстыруы). Көрсеткіштер бойынша, бұл фосфориттен алынған концентратта бірінші байытудан соң 15-18% Р2О5 болады. Химиялық жəне рентгенографиялық анализдердің көрсеткіштері бұл фосфориттің фосфатты құрамына франколит есебінде идентификация жасауға мүмкіндік берді.
Апатитті сілтіні ерітінділермен бөліктеуді зерттеу сынақтарында Кольский апатитті концентратты қолданған. Кристалло-оптикалық жəне рентгенографиялық анализдер фосфатты құрамының негізгі минералы фторапатит екендігін көрсетті. Микроскоп астында ол дисперсті бөлшектер фонында сынықты контурлы, ірі, мөлдір пластикалық кристалдар түрінде көрінеді. Фторапатиттің оптикалық қасиеттері: əлсіз екілік сыну (сұр, қара-сұр интерференция түстері), тура өту, қашар ұзару. Жарық сыну коэффициенттері:
Nm=1,633 +- 0,003 жəне Np=1630 +- 0,003.
Қаратау бассейнінің фосфатты серияларының барлық қораптары минералогиялық көзқарасты үш негізгі ингредиенттермен: фосфатпен, кремний оксидімен жəне карбонатпен қосылған. Əртүрлі кен орындарының фосфоритті рудаларының құрамы мен сапасы жеке бөлімшелерінде, тіпті бір пласттың ішінде, əсіресе минералдардың сандық айырымы мен негізгі минералдар фосфаттар, карбонаттар жəне кремний оксидінің өзара əсері бойынша тұрақты емес.
Кесте 1 - фосфориттердің химиялық құрамы
Фосфориттердегі фосфатты заттың минералогиялық табиғатын көптеген авторлар зерттеген. Фосфориттердің фосфатты минералдарының кристалды торына көміртектің изоморфты кіруі туралы ұсыныстар кең тараған. Фосфат ионының карбонат ионға жəне оттегі фтор мен гидроксил ионының орнын басуы фтор корбонатапатиттер тобының минералдарының түзілуіне əкеледі:
Көрсетілген минералдардың изоморфизмімен ауыспалы құрамды күрделі қоспалартүзілуі шартталған. Жалпы И.Д. Борнеман-Старынкович фосфатты минералдың формуласын мына түрде береді: , мұнда А - элементтер: Са, Mg, Sr, Ba, Mn, Na; B-P, Si, S, C; X-Cl, F, OH, O.
Қаратау фосфоритті рудалары құрамының көптүрлілігімен күрделілігімен өзгешеленетіндігі белгілі, сондықтан оларды алты негізгі өнеркəсіптік типтерге бөледі:
1) субмономинералды руда;
2) карбонатты фосфоритті руда;
3) кремнийлі - карбонатты фосфоритті;
4) пелитоморфті - кремнийлі фосфоритті;
5) кремнийлі - сланецті фосфоритті руда;
6) метаморфизделген руда. Фосфор пентоксиді бойынша біршама бай - бірінші рудалар типі (25-28%-тен артық Р2О5).
Қалған рудалар типінде фосфор, біраз немесе едəуір карбонатты, кремнийлі - фосфатты, кремнийлі - карбонатты - фосфатты
құрастырушылармен араласқан. Өнімдік қораптардың құрамына кіретін фосфоритті рудалар түрлері өте əртүрлі болғандықтан, фосфориттердің химиялық құрамы өте біртекті емес.фосфориттердің химиялық құрамын фосфатты заттардың негізгі компоненттері кремний оксиді мен карбонаттардың құрамына кіретін оксидтермен жəне элементтермен
анықтау қабылданған. Жалпы массаның 90%-тен көбін Р2О5, СаО, СО2, MgO, SiO2 құрайды. Қалғандарын FeO, Fe2O36 MnO6 Al2O3 құрайды. Қаратау фосфориттеріндегі күкірт сульфаттар мен пирит (марказита) түрінде болады. сульфатты күкірттің біршама бөлігі фосфориттердің фосфатты зат құрамына кіреді.
Органикалық текті көміртегі фосфатты зат құрамына кіріп, азғантай мөлшерде болады. Қаратау фосфориттерінде ылғи азғантай мөлшерде сирек жер элементтер мен стронций (0,1-0,3%), қоғасын (проценттің мыңдық үлесінде) болады.
Бастапқы рудалық масса түйіршік жəне химиялық құрамы бойынша өте бір текті емес. Əртүрлі сипатты, тұрақты емес фосфатты шикізаттың жарамдылығын бағалау үшін шихта жасалғанда шикізат құрамын бағалауға мүмкіндік беретін көрсеткіштер жүйесі жете зерттелген. Формулалар бойынша анықталатын фосфатты - кремнийлі көрсеткіш (ФКК) жəне əмбебап комплексті көрсеткіш (ƏКК) енгізілген.
ƏКК ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қазақстандағы химия өнеркәсібі -- электрондық жетекші индустриядан кейінгі екінші сала, ол шаруашылықтың барлық салаларына ғылыми-техникалық прогрестің жетістіктерін енгізуді тез қамтамасыз етеді және әрбір елде Өндіргіш күштерді дамытуды жеделдетуге ықпал етеді. Қазіргі заманғы химия өнеркәсібінің ерекшелігі-басты ғылымды қажет ететін өндірістерді (фармацевтикалық, полимерлік материалдар, реагенттер мен аса таза заттар), сондай-ақ парфюмерлік-косметикалық, тұрмыстық химия өнімдерін және т.б. адамның күнделікті мұқтаждықтары мен оның денсаулығын қамтамасыз етуге бағдарлау.
Химия өнеркәсібінің дамуы халық шаруашылығын химияландыру процесіне себепші болды. Ол сала өнімдерін жаппай кеңінен пайдалануды, шаруашылықтың түрлі салаларына химиялық процестерді барынша енгізуді көздейді. Мұнай өңдеу, жылу энергетикасы (АЭС-Тан басқа), целлюлоза-қағаз, қара және түсті металлургия, құрылыс материалдарын (цемент, кірпіш және т.б.) алу, сондай-ақ тамақ өнеркәсібі өндірісінің шағын Қазақстандағы өнеркәсібі сияқты өнеркәсіп салалары бастапқы кезеңнің құрылымын өзгертудің химиялық процестерін пайдалануға негізделген. Бұл ретте олар көбінесе химиялық өнеркәсіп өнімдерін қажет етеді,яғни оның жедел дамуын ынталандырады.
Химия өнеркәсібінің ерекшелігі-өте кең, құрамы әртүрлі шикізат базасы. Ол тау-кен өнеркәсібі (күкірт, фосфориттер, калий тұздары, ас тұзы және т.б. өндіру). Ол әдетте әлемнің көптеген елдерінде (Ресейден басқа) өндіруші болып табылады. Шикізаттың аса маңызды жеткізушілері химиялық өнеркәсіптің (мұнай-химия, коксохимиялық, га-зохимиялық, орман-химия, сланцехимиялық) құрамына кірмейтін салалар болып табылады. Олар тек шикізатты ғана емес (көбінесе көмірсутегі, күкірт және т. б. д.), бірақ жартылай өнімдер (күкірт қышқылы, спирттер және т. б.). XX ғасырдың екінші жартысында ҒТП-ның аса маңызды нәтижесі-мұнайды, ілеспе және табиғи газды химия өнеркәсібі қайта өңдеу өнімдерін пайдалануға хи-микалық өнеркәсіптің жаппай және кең көшуі: олардың ішінен сала өнімінің басым бөлігін алады.
Соның ішінде фосфат шикізатын өңдіру өнеркәсібі-жасау уақыты бойынша ең көне. Оның өнімін алу негізінен табиғи қазба шикізатының екі түрін-шөгінді текті фос-фориттер мен атқыланған және ме-таморфикалық жыныстардың апатиттерін пайдалануға негізделеді. Сапасы бойынша ең жақсы фосфат шикізатының түрі-апатит (оның концентратындағы пайдалы заттың құрамы 40% -- ға жетеді) Ресейде (Хибиндер) әзірленеді, ал оларға фосфориттер (басқа элементтердің қоспасы бар пайдалы заттың 30%-ға дейін) ТМД-ның басқа мемлекеттерінен басқа ҚХР-да, Солтүстік Америкада (АҚШ), Африка елдерінде өндіріледі.
Фосфат шикізатын өндіру игерілген кен орындарының сарқылуына қарай әлемнің жаңа елдері мен өңірлеріне көшірілді. 1995 жылы әлемде 135 млн т фосфор шикізаты өндірілді: Солтүстік Америка шамамен 33%, Азия-29 және Африка-26%. 1990 жылы фосфориттерді ірі өндіру АҚШ-тан кейін ДСҰ-ға орын алған КСРО-да жүргізілді, ал қазіргі уақытта ол қатты қысқарды (КСРО-да 33 млн.т. ТМД-да 11 млн. т. дейін). Бұл жалпы әлемдік құлдырауға (1990 ж.-151 млн. т) және химиялық шикізаттың осы маңызды түрін өндірудегі Вос-дәл Еуропа үлесінің азаюына әкелді.
Фосфат өнеркәсібінде ҒТП жетістіктері айтарлықтай аз болды: олар қарапайым суперфосфатқа (тиісінше 50 және 21%) қарағанда пайдалы заттың жоғары құрамы бар қос суперфосфат, мал шаруашылығы үшін азықтық фосфат өндіруге, сондай-ақ оны экспорттау үшін тауарлық фосфор қышқылын алуды ұйымдастыруға мүмкіндік берді. Бұл ең алдымен кешенді фосфорлы тыңайтқыштардың жаңа түрлерін қайта өңдеу, сақтау және енгізу көрсеткіштерін айтарлықтай жақсартты.
1950-1995 жылдары фосфор тыңайтқыштарын алу құрылымында күшті өзгерістер болды. 1995 ж. әлемде фосфорлы тыңайтқыштардың 66,7% -- ы азот және калиймен үйлескен кешенді тыңайтқыштардың құрамына кірді. Жалғыз тыңайтқыштар (қарапайым және қос су-перфосфат және т.б.) тек қана өндірістің 13 бөлігін құрады, бірақ 1950 ж. олар фосфорлы тыңайтқыштардың жалғыз түрі болды. Осылайша, алынатын тыңайтқыштардың құрамындағы маңызды сапалы өзгерістер олардың тиімділігін арттырды.
Жұмыстың өзектілігі. Қазақстан Республикасының химия өнеркәсібін дамыту жөніндегі бағдарлама бойынша химия өнімдерінің экспорттық әлеуетін ұлғайту қажет етеді. Бұл өз кезегінде фосфат шикізатын өңдеу және өндірудің технологиялық ерекшеліктерінің сапасына әсер етеді. Бұл Қазастандағы фосфат өнеркәсібін қамтиды. Шикізатты өңдеуді ұтымды жоболауға және мақсаты мен міндеттерін тиімді орындауға үлес қосады.
Елдің қазіргі дамыған кезеңінде, Республикамызда шикізатты өңдеудің тиімді жолдарын, құралдарын және әдістерін іздеп, өндірісті жаңғырту жүзеге асырылуда.
Жұмыстың мақсаты. Бұл зерттеу жұмысының пәні мен мақсаты - фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технологиясының ерекшеліктеріне негізделген, шикізатты алудың ресурс үнемдеуші техноологиясын химиялық негіздерін құрасытру болып табылады.
Бұл мақсатқа жету үшін келесі міндеттер анықталады:
* Фосфат шикізатын өңдеудің негізгі әдістерін қарастыру;
* Фосфат шикізатын өндіру технологиясына жағдай жасау;
* Экологияға аз ықпал ететін өңдеу әдістеріне ынталандыру.
Зерттеудің материалдары мен көздері. Қазақстандағы фосфат шикізатын өңдеу өнеркәсіптері.
Зерттеудің әдістемелері мен әдістері. Зерттеудің мақсаттары мен міндеттері, сондай-ақ аталған материалдың ерекшеліктері анықталады.
Зерттеудің алдыңғы қатарлы әдістері - ғылыми сипаттама, салыстырмалы талдау әдісі, статистикалық әдіс.
Магистрлік жұмыстың теориялық мәні. Зерттеу нәтижелері Қазақстанда фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технолгиясының ерекшеліктерін одан әрі дамытуға ықпал етеді.
Магистрлік жұмыстың практикалық құндылығы - Қазақстанда фосфат шикізатын өңдеу және өндіру технолгиясының ерекшеліктерін қолдану бойынша тәжірибелік әзірлеу.
Бұл саладағы ғылымның жағдайының қысқаша анализі Орталық азия аймағының геоклиматтық ерекшеліктеріне байланысты Қазақстандағы барлық жыртылатын жерлердің 13 бөлігі және сортаңдарға жатады. Қышқыл және сортаң топырақты қайта қалпына келтіру мен емдеу үшін жердің беткі жырту қабатындағы кальцийдің қорын тұрақты түрде толтырып отыру керек. Сонымен қатар, кальций арқылы топырақ ерітіндісінде және өсімдіктердің өзінде сілтілі-қышқылды тепе-теңдік реттеліп, плазманың сіңіргіштігі артып, басқа да физиологиялық және химиялы биологиялық үрдістер реттеледі.
Құрамында кальций бар мелиоранттар өндірісінің болмау себебінен, топырақтар жылдан жылға ушығып келе жатқан шөлдену үрдісіне ұшырауда.
Қазіргі заманғы ғылыми әдебиеттерде негізгі шикізат ретінде фосфор, бор өндірісінің қалдықтары қолданылатын есурс үнемдеуші технологиялар мен техногенді кендерді қолданатын (борогипс пен полигалит) технологиялық үрдістердің мысалы жоқ.
Нақ осы төмен сапалы кендерде элементтердің өсуі үшін қажетті элементтер (калий, магний, бор) бар. Техногенді кендерді өндіріске енгізу Қазақстанда шығарылатын тыңайтқыштардың номенклатурасын көбейтіп, оларды шөлдену үрдісінің алдын алу үшін қолдануға мүмкіндік беретін еді.
Түрлі химиялық өндірістің өндірістік ағынды сулары табиғи су қоймаларына тікелей түсіп, фосфор және бор өндеу зауыттарының орнында экологиялық шиеленісті тудырады. Фосфор шикізатын өндеу кезіндегі технологиялық операциялар суды көп жұмсаумен жүреді. Мұндай ерітінділердегі бағалы компоненттің Р2О5 қалдық мөлшері аз және 1,0-1,5% аралығында тербеледі. Айта кететін жағдай, фосфор өндеу зауыттарындағы технологиялық айналым кезінде түзілетін ағынды сулар тазартылмай делік, су қоймаларына тікелей жіберіледі, ең жақсысы алдын ала бейтарапталуы мүмкін.
Ғылыми негізделген ресурс үнемдеуші технология жасаудың теориялық негізі болып, фосфогипс, борогипс және полигалитті сорбент ретінде қолданудың практикалық іске асатындығы, бірдей зарядты иондарды изоморфты алмасуы: фосфат- иондар сульфат-иондарға, яғни HPO иондарының SO . Қарастырылып отырған иондар иондық радиустардың жақын мәндеріне ие (3,00.10-10; 2,95.10-10м), сонымен қатар кристалдық тордың бір типінде кристализациялануы мүмкін.
Фосфаттың шығаруы үшiн фосфогипстiң таңдауы және полигалитті сорбент ретiнде - ағынды сулардан иондары бiрдей зарядтың иондарының изоморфты орнын басуының мүмкiндiгiмен шартталды:
фосфат сульфат-иондарға (HPO; SO) ыдырайды, қаралатын иондар жақын иондық радиустар мәнiне иеболады. (3,00.10-10; 2,95.10-10м), сонымен бiрге қабiлеттi кристалды тор түріне кристалданады.
Ағатын реакциялардың теңдеуi, ерiтiндi және тұздардың ерiгiштiктiң тепе-теңдік рН-ы осындай:
CaSO4 + 2Н3РО4 = Са(Н2РО4)2 + H2SO4 ;
рН = 2-4; ЕТ CaSО4 = 9,1 . 10[-6];
ЕТ Са(Н2РО4)2 = 1[.] 10[-3]
CaSO4 + НРО = СаНРО4 + SO
рН = 8,0-9,8;
ПР СаНРО4 = 2,7[.]10[-7]
3CaSO4 + 2РО = Са3(РО4)2 + 3SО
рН= 10,0-12,0.
ПР Са3(РО4)2 = 2,0[.]10[-29]
Теңдеулерден қышқыл кальцийдiң жақсы еритiн бiр алмасатын фосфаты құрастыратынын көруге болады.
-ПР Са(Н2РО4)2 = 1[.] 10[-3],
рН 8,0 - 10,0 интервалында тұнбаға дикальцийфосфат түзеді.
(преципи - тат) -ПР СаНРО4 = 2,7.10-7 .
Дикальцийфосфат аммонийдың цитратын жақсы еритiн созылған әсерлердi тыңайтқышқа оңай игерiлетiн өсiмдiктерге жатады. 10, 0 жоғары тұнба ерiтiндiсiнiң саңылаудықтары үлкеюде қиын еритiн фосфаттар түсiп қалады .
- ПР Са3(РО4)2 = 2,0.10-29.
Иониттің бір немесе басқа ионға силиктівтілігі электролит ионының (HPO4-) (SO4-) ионын бекітіп немессе иондық жұп түзу арқылы ассосациялану мүмкіндігімен байланысты. Бұл иониттің ион алмасу топтары тұрақты комплекстер немесе қиын еритін қосылыстар түзіп электролит иондарымен берік байланысқан жағдайда жүреді.
Соңғы жағдай қиын еритін қосылыстардың түзілуіне әкелетін (SO4-) бекітілген иондарының ерітіндідегі электролит иондарымен (HPO4-) әрекеттесуі кезінде орын алады.
Изоморфты алмасу ионды алмасудың бөлек жағдай болып келеді.
Дикальцийфосфаттың аналогы - Австралияда реактивті тұздардан шығарылатын Динакал қышқыл топырақты емдеу үшін кеңінен қолданылады. Бұл тыңайтқышты топыраққа енгізу топырақтың қышқылдығын төмендетіп, топырақтың құнарлығын арттыруға дем болатын ортаның қышқылдығын қалыптыға жақындатады.
Бүгінгі күнге дейін Қазақстанда қышқыл және сортаң топырақты мелиорациялау мәселесі шешілмей келеді, бұл ауыл-шаруашылық егістіктердің, сонымен қатар ауылшаруашылық өнімдердің мөлшерінін төмендеуіне әкеледі.
Бейорганикалық сорбент гипстың (сусыз және екі сулы) қасиеттері жеткілікті және аса толық зерттеліп, әдебиеттерде [73-80] келтірілген. Фосфор өндеу өндірісінің көп тонналы қалдығы фосфогипстың сорбциялық қасиеттері отандық зерттеушілер Бірімжанов Б.А., Кадушкина Л.А., Қазымбетова М.С., және т.б. зерттелген [85-86].
Дикальцийфосфат өсімдіктермен жеңіл сіңірілетін, ұзартылмалы әсерлі, амоний цитратында жақсы еритін тыңайтқышқа жатады. Біздің жұмыста жүргізілген зерттеулер фосфогипстың құрамына борогипс пен полигалиттің дозалы мөлшерлерін қосу бірнеше падалы компоненттері бар (бор, калий( магний) мелиоранттарды синтездеуге мүмкіндік береді.
Сонымен бірге, борогипс пен полигалит құрамында сульфат иондардың болуы - олардың сорбциялық қасиет көрсететінін білдіреді. Мұндай мәселені шешу үшін фосфор және бор өндеу өндірісінің қалдықтарын химиялық мелиоранттарды алудың ғылыми негізделген ресурс үнемдеуші технологиясына енгізуді қажет етеді.
Әдеби шолу
Еліміздің экономикалық және және социалды дамуы кезеңінде халықты ауылшаруашылық өнімдерімен қамтамассыз етуге көп көңіл бөлінуі қажет. Бұл мәселені шешуде минералды тыңайтқыштарды өндіру мен оларды ауыл шаруашылығында тиімді қолдану болып табылады
Қазақстан фосфат шикізатының ерекше қорына ие. Өзінің қоры бойынша, 12-13 млрд. тоннаға жететін, барлық дүниежүзілік ресурстардың 90% ие бола тұра, алғашқы бес елдің қатарына кіреді. Алайда, фосфатты шикізатты рационалды емес қолдану нәтижесінде, қазіргі таңда Қазақстан қалдықтардың үлкен қоймасына айналып, тыңайтқыштарды, әсіресе өсімдіктерге пайдалы негізгі компоненттер бойынша реттелген химиялық кальций құрамды мелиоранттарды аса қажет етеді. Кеңес одағында қалыптасқан өндірісті территориялық орналастыру кезіңде Қазақстан Республикасы қарапайым сұлбалар бойынша фосфор шикізатын өндеуге бағытталды. Мұнын нәтижесінде біздің еліміздің территориясында көп тонналы, фосфор құрамды сұйық және қатты қалдықтар жиналған.
Жылдан жылға жиналып келе жатқан химиялық өндірістің орасон зор мөлшердегі қалдықтарын утилизациялау мәселесі бүгінгі күнге дейін өршіп, өз шешімін күтуде. Табиғатты қолданудың заманауи концепциясы қоршаған ортаны қорғаудың негізігі құралы минералды шикізатты [1-7] кешенді қолдану және жаңа ресурс үнемдеуші технологияларды жасау болып табылады.
Техногенді кен орындарын анықтау және өндеу - Қазақстанның минералды ресурстарын толтырудың жолдарының бірі. Техногенді обьектілер дәстүрлі кен орындарына қарағанда әдетте, біршама кедей болады, алайда бірқатар артықшылықтары да бар. Бұл кен орындар ертеден зерттелген, оларды құрастыру кезінде қажетті инфрақұрылым жасалған.
Сонымен қатар, Қазақстан Республикасының территориясының және және ондағы шикізаттың ерекшелігі, басқа аймақтарда қолданысқа ие технологиялар қазақстандық шикізатты өндеуге жарамсыз болып қалады. Осыған орай, отандық техногенді қалдықтарды өндеу бойынша ресурс үнемдеуші, сонымен қатар экологиялық бағытталған технологияларды енгізу аса қажет.
ХХ ғасырдың ортасына дейін, қандай өндірістің экономикалық пайдасын анықтау кезінде тек соңғы мақсат көзделді - мақсатты өнімді алу. Өндірістік қалдықтар ескерілмеді, немесе биосфераның өз өзін қалпына келтіру мүмкіндігімен салыстырғанда өте аз болып саналды. Қазіргі кезде биосфераның өз өзін тазалау мүмкіндігінен қалдықтардың мөлшері анағұрлым көп. Қалдықтарды бақылаусыз тастау, әсіресе улы, экологиялық мәселені ушықтырады және белгілі технологиялардың жетілмегендігінің тура дәлелі болып саналады [8-12].
Бұл біріншіден, Қазақстанның химиялық өндеу өндірісі амофос, қарапайым суперфосфатты көп тоннажды алуға бағғыталуымен байланысты. Жердің құнарлығын арттыруға аса қажет тыңайтқыштардың басқа түрлері - аммиакты селитра, қос суперфосфат, дикальцийфосфат, полифосфат Қазақстанға Өзбекстан мен Ресейден әкелінетін еді.
Химиялық өндірістің көптеген зиянды нәтижелерін жаңа технологияларды енгізу арқылы бақылау болатыны анықталған. Бірақ, халық санының өсуі және өмір дәрежесінің жоғарлау себебінен, қоршаған ортаның өндірістік ластану және қалдықтарды күнделікті жойып отыру мәселелерін дәстүрлі түрде шешу тиімсіз болып саналады.
Жаңа технологияларда қалдықтардың шығарылуы минимумға жетуі керек. Сонымен қатар, бір өндірістің қалдықтары еінші өндірістің шикізаты болатын жағдайда болу керек. Бұл белгілі бір шамада өндірістің қоршаған ортаға зиянын азайтады. Мұндай ресурс үнемдеуші, экологиялық бағытталған жүйеде энергия мен материалдарды қолдану оптимизацияланған, яғни мұндай жүйе табиғи биологиялық экожүйеге аса жақын болып келеді [13].
Қазақстанда химиялық мелиоранттар өнделмейтін еді, сондықтан жыртылған жердің орасан көп аймақтары шөлге айналу үрдісіне ұшыраған. Сонымен қатар, 1993 жылдан бастап бағасының жоғары болу себеінен тукты тыңайтқыштарды әкелу тоқтатылды. Қалдықтарды жою химиялық технологиялы кешеннің басты мәселесіне айналды. Фосфор құрамды қалдықтарды кальций құрамды химиялық мелиоранттарға екіншілік шикізат ретінде қолдану Қазақстан Республикасының сауда саттық қауіпсіздігін қаматмассыз ету жағынан қосымша өзектілікке ие болады.
Бұл жұмыстың зерттеу пәні - Қазақстандағы фосфат шикізатын өңдеу және өндіру.
Зерттеу жұмысында фосфат шикізатын өндіру және өңдеудің технологиясының ерекшеліктері қарастырылады.
1 Фосфаттардың химиялық технологиясы
1.1 Фосфаттардың жалпы сипаттамалары
Фосфаттар тотығу күйінде фосфордың оттегі қышқылдарының тұздары +5. Ортофосфаттар - ортофосфор қышқылының H3PO4 тұздары және конденсирленген фосфаттар - полифосфор қышқылдарының тұздары бар. Орташа, қышқылдық және негізгі фосфаттар, көп қабатты (қосарлы және үш еселенген тұз) және түрлі анионды (аралас тұз), оксифосфаттар, сондай-ақ органикалық емес туындылар (мысалы, тиофосфаттар) бар. Қышқыл фосфаттар H3PO4 немесе полифосфор қышқылдарын негіздер бойынша ішінара бейтараптандыру арқылы қалыптасады. Бір немесе бірнеше металдардың гидроксидтерімен толығымен бейтараптандырылған кезде орта фосфаттар алынады. Аралас тұздар қышқылдар қоспасын бейтараптандыру арқылы жасалады, мысалы дифференциалды және трифосфорлы, бір гидроксиді (қарапайым әртүрлі аниондар фосфаты) немесе бірнеше гидроксидтер (көп қабатты және әр түрлі анионның фосфаттары). NH3 де бейтараптандырушы агент ретінде қызмет етеді. Қысқартылған бейорганикалық фосфаттар қышқыл фосфаттардың, фосфаттардың қоспаларын термиялық өңдеу жолымен алынған. Бастапқы өнімнің құрамы (тотықтары бойынша) синтезделген қосылыстардың құрамына сәйкес болуы тиіс. Кейбір фосфаттардың сипаттамалары 1-суретте келтірілген.
1 сурет - Кейбір фосфаттардың жалпы сипаттамалары
1.1.2 Фосфат құрылымы
Фосфор қышқылдарының, ортофосфаттардың және полимерлі (немесе конденсацияланған) фосфаттардың тұздары арасында бөлінеді. Соңғысы фосфат аниондарының сызықты құрылымы бар полифосфаттарға, фосфатты анионның тармақталған, тармақталған құрылымымен сақиналы (циклдық) фосфат анионы бар метафосфаттарға (5-сурет) және улафосфаттарға бөлінеді.
Орфофосфаттар, белгілі болғандай, бір, екі және үш алмастырылған.
Екі және үш алмастырылған ортофосфаттардан, тиісінше, HPO42- және PO43- аниондарын қамтитын суда еритін H2PO4 анионы бар моносызды ортофосфаттар тек сілтілік металл тұздары мен аммонийді ерітеді. Үш ортофосфат қалдықтарының әрқайсысы тетраэдралық құрылымға ие. Фосфор атомы тотығу күйінде әрқашан +5 болып табылады, барлық үш жағдайда sp3 гибридтелген, спектрлік тетраэдрлық құрылымды анықтайтын атомдық орбитальмен сипатталады
2 сурет - Метафосфат құрылымының схемалық көрінісі
1.1.3 Фосфаттардың физикалық және химиялық қасиеттері
Сулы ерітінділерде фосфаттар гидролизденеді. Барлық суда еритін дигидрофосфат. Судағы гидрофосфаттар мен фосфаттардан тек сілтілі металдар мен аммоний тұздары еритін болады. 3-суретте балқу нүктесінің мәндері, молекулярлық жылу сыйымдылығы және кейбір фосфаттардың қалыптасуының стандартты энтальпиясы берілген.
3 сурет - Кейбір фосфаттардың жылу қасиеттері
Орташа фосфаттар. Сусыз тұздардың жалпы қасиеті - балқу нүктесіне қызған кездегі тұрақтылық. Ортофосфаттар М(II)3(РО4)2 1,375 (M = Mg), 1777 (Ca), 1600 (Sr), 1605 (Ba), 1152 (Mn), 1345 (Ni), 1060 (Zn), дифосфаттар: (Mg), 1355 (Ca), 1375 (Sr), 1430 (Ba), 1195 (Mn), 1400 (Ni), 1020 (Zn), 830 (Pb) градуста балқиды. Ерекше жағдай тұрақсыз фосфаттар (NH+4, Hg2+ катиондары). мысалы, Hg3(PO4)2, оның құрамында сынаптың бір бөлігі балқу температурасынан төмен температурада булануда. Көптеген ортофосфаттар мен кристалданған фосфаттардың кристалдық гидраттары қыздырылған кезде, анионның құрамын өзгертпестен, кристалданудың суспензиясын жоғалтады. Бұл қасиет сусыз тұздарды синтездеудің топохимиялық әдісіне негізделген, ол басқа әдістермен алынуы мүмкін емес. Осылайша, (NH4)5P3O10·xH2O мұндағы х = 1,2, кристалдық (NH4)5P3O10 топохимиялық газ NH3 ортада алынған. Жоғары дәрежелі тотығу кезінде орташа метал фосфаттар суда ерітінді емес, сілтілі металдар мен аммоний еритін, олардың су ерітіндісінде рН7 бар. Конденсирленген бейорганикалық фосфаттардың анондары су ерітіндісінде тұрақты емес, олар тұрақты түрде төменгі фосфаттардың аниондарына айналады.
Қышқыл және негізгі фосфаттар. Қышқылдық және негізгі фосфаттардағы судағы ерігіштігі орташа мәндерден жоғары, тіпті жоғары дәрежелі тотығу кезінде кейбір металл тұздары ерітіндіге түседі. Бұл қасиеттің арқасында қышқыл фосфаттар тыңайтқыш ретінде қолданылады. РН 7 күрделі аниондарда жылдамырақ (pH 7 салыстырғанда) ыдырайды. Конденсация нәтижесінде қыздырылған кезде қышқыл тұздары анионның құрамын балқу нүктесінен төмендетеді, сондықтан олар көптеген конденсирленген фосфаттардың дайындалуы үшін бастапқы қосылыстар ретінде қызмет етеді. Сілтілік металдардың гидро- және дигидроортофосфаттарынан басқа кристалдық қышқылдық ортофосфаттар белгілі: M(II)HPO4, мұнда M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Mn, Zn, Cd, Sn, Pb, Hg, олардың кристалгидраттары бір су молекуласымен M = Be, Mg, Cu, Zn), екі (Ca, Co, Ni), үш (Mg, Mn, Zn) және жеті (Mg); M = Mg, Sr, Ba, Cu, Cd, Sn, Pb олардың бір кристалдық гидраты, бір су молекуласы (M = Ca, Sr), екі (Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cd) және төрт (Mg); құрамында бірнеше анионды формалар бар: Co (H2PO4)2·2H3PO4, NaH2PO4·Na2HPO4 (Na tripolyphosphate препаратында пайдаланылады). MnHPO4 · 3H2O олардың көлеміндегі ылғалды ортада бастапқы қышқыл тұзының аз протондалған тұзға және еркін қышқылға ыдырайтын өнімдердің сұйық және қатты қосындылары пайда болады және өседі. Химиялық қасиеттерге қатысты фосфаттар басқа тұздар сияқты әрекет етеді. Жалпы айтқанда, олар өзара алмасу механизмі арқылы тұздар, сілтілер, оксидтер және қышқылдармен реакциялармен ерекшеленеді, олар диссоциацияланбайтын немесе нашар диссоциацияланатын зат қалыптастырады [6], [7], [8]
1.1.4 Фосфаттың қолданылуы
Фосфор қышқылының тұздары (фосфаттар) түрлі салаларда, атап айтқанда, мұнай өндіру және электротехникада, құрылыс материалдарын, лактар, бояулар мен түрлі арнайы жабындарды, сондай-ақ тіс пастасы мен стоматологиялық цемент өндірісінде кеңінен қолданылады.
Фосфаттар әртүрлі әйнек, соның ішінде оптикалық және фарфор алу үшін қолданылады. Ауыр өнеркәсібінде олар құю өндірісінде және металл өңдеуде, жеңіл өнеркәсіпте тоқыма және былғары өндірісінде қолданылады.
Химия өнеркәсібінде фосфаттар жуғыш заттар мен тазалағыш құралдарды, өрт сөндіргіш заттарды, фотоматериалдарды және қағазды өндіруде кеңінен қолданылады.
Ауыл шаруашылығында әртүрлі металдардың фосфаты тыңайтқыштар мен жануарларға арналған жемді өндіру үшін қолданылады. Төменде техникалық мақсаттар мен олардың химиялық формулалары үшін ең жиі пайдаланылатын фосфаттардың атауы берілген.(4 сурет)
4 сурет - Техникалық бағытта жиі қолданылатын фосфаттар
Фосфаттар - бұл ет және балық өңдеу, кондитерлік және сүт өнеркәсібіндегі дәстүрлі және кеңінен қолданылатын ылғалмен
байланыстыратын агенттердің бірі.
Тамақ өнеркәсібінде қолдануға арналған фосфаттарға моно-, ди-, три-, пиро- және полифосфаттар рұқсат етіледі.
Тамақ өнеркәсібінің түрлі салаларында фосфаттардың нақты пайдаланылуы айтарлықтай өзгереді. Мысалы, ет пен балықты өндіруде суда және тұзды ерітінділерде жоғары ерігіштігі бар тағамдық фосфаттар пайдаланылады:
1. ди - немесе пирофосфаттар E450, пирофосфор қышқылының H4P2O7 тұздары;
2. E451 трифосфаты, H5P3O10 триполифосфор қышқылы тұзы;
3. полиофосфаттар Е452, желілік конденсацияланған полифосфор қышқылдарының тұздары.
Фосфаттар қышқылды, бейтарап және сілтілі болып табылады. Жалпы алғанда, 7.0-ден 8.3-ге дейінгі рН-ға ие фосфаттар эмульгирленген ет өнімдері үшін қолайлы, ал бұлшық ет өнімдерінің барлық түрлеріне арналған тұзды ерітінділерді дайындау кезінде 8.3-ден 9.3 дейін рН-ға ие фосфаттар қолданылады.
Монофосфаттар бұрын фосфор қышқылынан және алкалаттардан тамақ түрлеріне дейін тазартылады. Пирофосфаттар мен фосфосфаттар - сутегі фосфатын, полимер полифосфатын құрғату арқылы - моно- және дифосфаттардың конденсациясы арқылы.
Дифосфаттардың ATФ-ге ұқсас қасиеттері бар және протеиндердің ылғалдылықты байланыстырудың табиғи қабілеттілігін қалпына келтіре алады Дифосфаттар актин мен миозин арасындағы кристалдық байланыстарды бейтараптандырады және қатаң болған кезде қалыптасады және актомиозин кешенін жекелеген талшықтарға бөледі.
Фосфаттар актомиозин кешеніндегі электростатикалық өзара әрекеттестікті әлсіретеді. Тек фосфаттар актин мен миозинді бұзуы мүмкін, бұл фосфаттардың таралуының негізгі себебі.
Ет өңдеу және балық шаруашылығында қолданылатын барлық тамақ фосфаттары мен олардың қоспалары сілтілі реакцияға ие. Ет және балыққа сілтілік фосфаттардың қосылуы рН-нің өсуіне және ақуыздардың ылғал-байланыстырушы қабілетін арттыруға алып келеді.
Қышқыл фосфаттар дәнекер тіндердің белоктарын жұмсартады және ширатады және түс қалыптастыруды жақсартады.
Фосфаттар бұлшықет тінінің ионикалық беріктігін арттырады және белсендірілген және ісінген ақуыздардың арақатынасын өзгертеді, қосымша суды иммобилизациялауға және майдың эмульсиясына ықпал етеді.
Жоғарыда көрсетілген әрекеттердің арқасында тағамдық фосфаттар дайындаған өнімдердің өнімділігін жоғарылатады, жібіту, термиялық өңдеу, тұздану ұзақтығын қысқарту, дайын текстураның және текстураның, дайындалған ет және балық өнімдерінің түсі мен дәмін жақсартуға және майларды жағуды бәсеңдетуге көмектеседі.
Азық-түлік фосфаттарымен өңделген ет, балық және теңіз өнімдері азық-түлік тұрғысынан шырынды, нәзік және құнды. Ет, балық және теңіз өнімдерін фосфатты өңдеу термиялық өңдеу алдында ғана жүзеге асырылады, яғни тағамдық фосфаттар отандық, денатуратталмаған ақуыздармен өзара әрекеттеседі.
1.2 Фосфат өндірісінің технологиясы
Мал шаруашылығының қазіргі заманғы өндірістік әдістеріне минералды азық қоспаларын кеңінен қолданумен сипатталады, бұл өнімділікті арттыру, мал шаруашылығының қауіпсіздігін және жемшөпті тұтынуды азайтуға мүмкіндік береді.
Мал мен құстың азық-түлік рационының маңызды құрамдас бөлігі - фосфор. Сүйектің қалыптасуы үшін, ол нуклеин қышқылдарының, фосфидтердің, фосфоропротеиндердің және басқа қосылыстардың бөлігі болып табылады. Ауыл шаруашылық жануарларының диеталарында фосфордың болмауы ет пен сүт өнімділігін төмендетеді, сүйек ауруларына және көбею функцияларының бұзылуына әкеледі.
Фосфор тапшылығын жою және ауылшаруашылық жануарларының диеталар сапасын жақсарту үшін малшаруашылығында натрий, магний, аммоний және басқа да элементтерді қосатын кальций фосфатына негізделген фосфорлы минералды қоспалар кеңінен қолданылады.
Кальцийдің жем фосфаттарының тиімділігі организмдегі метаболикалық процестерге қатысатын негізгі элементтердің фосфор (Р) және кальций (Ca) құрамымен анықталады. Кальцийдің жем фосфаттарының сапасы фтор, қорғасын, мышьяк, кадмий, сынап сияқты зиянды қоспалардың ең аз концентрациясы бар қоректік қоректік заттардың құрамымен есептеледі.
Фосфатты өндіру технологиясы фосфоритті фосфор қышқылымен өңдеуден тұрады. Негізгі бөлшектеу кезеңі миксерде және суперфосфат камерасында жүзеге асырылады, содан кейін пісіп-жетілу бар. Қос суперфосфатты алғаннан кейін, келесі қадам - еркін қышқыл мен түйіршіктен бейтараптандыру, содан кейін кептіру.
Монокалций фосфатын кептіру процесі қоймада пісіп болғаннан кейін жүзеге асырылады. Технологиялық режим: 50-55% P2O5 температурасы 80 ° -100 ° C.
Өнімнің дефлуциялануының жоғары дәрежесін қамтамасыз ету үшін, температураны 130 ° -150 ° C температурасында кептіру.
Ca3PO4+4H3PO4+3H2O=3Ca( Н2РО4)2 *H2O
CaF+ H3PO4= Ca(Н2РО4 )2 *H2O+2HF
CaCO3+2H3PO4=Ca (СаН2РО4)2 *H2O+CO2
MgCO3+2H3PO4= Mg (Н2РО4)2 *H2O+CO2
AL2O3 +2H3PO4= 2ALPO4+3H2O
Fe2O3+2 H3PO4=FePO4+3H2O
Фторлы сутегі газ фазасына шығарылады немесе өнімде кремнофторлық қышқыл бар.
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O
2HF + SiF2 = H2SiF6
Монокалцийфосфат моногидраты оны фосфор қышқылының және кальций карбонатының өзара әрекеттесуінде пайда болады.
CaCO3 + 2H3PO4 = Ca (H2PO4) 2 * H2O + CO2
Бастапқыда сусыз монокалций фосфаты тұнбаға түседі, содан кейін белгілі бір жағдайларда моногидратқа қайта кристаллданған болады.
Монокалций фосфатын түзілу үрдісінің жылдамдығы сұйық фазадағы біріктірілген фосфор қышқылының болуымен байланысты. Неғұрлым еркін фосфор қышқылы және аз кальций фосфаты, реакция тезірек жүреді. Шығарылған көмірқышқыл газы және процестің температурасының жоғарылауы қышқыл ерітінділерде монокальций фосфатының ерігіштігін арттырады. Алайда, ерітіндінің қайнау нүктесін арттыру монокальций фосфатының аморфты негіз (суда ерімейтін) және қышқыл (суда ерітілген) тұздарымен ыдырауына әкеледі. Ерітіндінің қанығуына қарай монокальций фосфаты кристалдана бастайды.
Екінші кезеңде фосфаттың ыдырауы монокалций фосфатының кристаллизациясымен бірге жүреді, соның салдарынан реакция массасының сұйық және қатты фазаларының композициялары бірте-бірте өзгереді. Ішінара фосфат дәніне қойылған кристалдардың тұнбасы H + иондарына жетуді қиындатады және ыдырау процесі күрт төмендейді. Суспензияның сұйық фазасы монокалций фосфаты мен дикальций фосфатымен қаныққан кезде, ыдырау реакциясы тоқтатылады.
Монокальций фосфатын алудың өндіріс режимдері көрсетілген жағдайларды ескере отырып таңдалады. Мысалы, камералық әдіспен апатит концентратынан монокальций фосфатын алу кезінде фосфор қышқылының оңтайлы концентрациясы таңдалған кезде ыдырау коэффициенті шамамен 60% -ға жетеді, суперфосфатты сұйық фаза құрамында 46-47% фосфор оксиді бар.
Апатиттің ыдырау жылдамдығына жету кезінде -60% монокальций фосфаты суспензиясы қатайтылады және реакция күрт төмендейді. Бұдан әрі ыдырау камералық қоймада (15-30 күн) тұрғанда ұзақ уақытқа созылады, ал пісетін оңтайлы температура 40 ° -60 ° С құрайды, оның төмендеуі немесе жоғарылауы апатиттың ыдырауын бәсеңдетеді.
Қаратау және Кигисепп кен орындарындағы доломит фосфориттері камералық процесте 45-50% фосфор тотығы бар қышқылмен бөлінеді. Олар апатит концентратына қарағанда тезірек және толықтай ыдырайды, көмірқышқылдан шыққан көмірқышқыл газының шикізатының ашылмаған дәндеріндегі шөгінділердің қақпақтарын азайтады.
Түтіксіз процестерде фосфориттер фосфор қышқылымен 50-100 ° C температурада өңделеді, ол 28-40% фосфор оксидінен тұрады, бұл көбінесе процестің бірінші кезеңінің оңтайлы шарттарына сәйкес келеді. Бірақ мұндай төмен бастапқы концентрациясы ыдыраудың екінші сатысы үшін қолайсыз. Процесс реакция массасын кептіру арқылы аяқталады. Судан суды алу жүйенің тепе-теңдік аймағына монокалгия фосфатымен, ал апатиттің одан әрі ыдырауына ықпал етеді. Кептіру процесінде монокалгия фосфаты реакция массасынан кристалданып, сұйық фазаны бейтараптандыру дәрежесі төмендейді және оның белсенділігі артады. Сондықтан шикізаттың ыдырау дәрежесінің жоғары дәрежесіне жетеді, ал оның бірінші сатысында оның ыдырауы аз дәрежеде болады. Еркін қышқылдылықты жою үшін тауар суперфосфаты бейтараптандырылады. Оны фосфор қышқылын оңай ыдырататын қоспалармен емдеу арқылы әдетте бейтараптандыру түйіршіктеумен біріктіріледі. Қоспалар фосфат, сүйек, әк, бор, әктас қолданды.
Суперфосфаттың сапасын жақсартудың бірі оның аммонизациясы, яғни еркін қышқылдың аммиакпен бейтараптандыруы.
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 + Ԛ
Түтіксіз процестерде фосфориттер фосфор қышқылымен 50-100 ° C температурада өңделеді, ол 28-40% фосфор оксидінен тұрады, бұл көбінесе процестің бірінші кезеңінің оңтайлы шарттарына сәйкес келеді. Бірақ мұндай төмен бастапқы концентрациясы ыдыраудың екінші сатысы үшін қолайсыз. Процесс реакция массасын кептіру арқылы аяқталады. Судан суды алу жүйенің тепе-теңдік аймағына монокалгия фосфатымен, ал апатиттің одан әрі ыдырауына ықпал етеді. Кептіру процесінде монокалгия фосфаты реакция массасынан кристалданып, сұйық фазаны бейтараптандыру дәрежесі төмендейді және оның белсенділігі артады. Сондықтан шикізаттың ыдырау дәрежесінің жоғары дәрежесіне жетеді, ал оның бірінші сатысында оның ыдырауы аз дәрежеде болады. Еркін қышқылдылықты жою үшін тауар суперфосфаты бейтараптандырылады. Оны фосфор қышқылын оңай ыдырататын қоспалармен емдеу арқылы әдетте бейтараптандыру түйіршіктеумен біріктіріледі. Қоспалар фосфат, сүйек, әк, бор, әктас қолданды.
Суперфосфаттың сапасын жақсартудың бірі оның аммонизациясы, яғни еркін қышқылдың аммиакпен бейтараптандыруы.
H3PO4 + NH3 = NH4H2PO4 + Ԛ
Суперфосфатты бейтараптандыру процесінде алынған өнімде 2% азот жоқ. Аммонизация үрдісі үздіксіз ағып жатқан суперфосфат газына аммиак түзілуін енгізетін айналмалы барабан-аммонаторда жүзеге асырылады. Бейтараптандыру әдетте түйіршіктеу үдерісімен біріктіріледі. Гранулирленген, аммонийлі, кептірілген фосфат мазмұны бөртпейді және піспейді, төмен ылғалдылыққа ие және фосфор оксидінің көп мөлшері бар, ол тұқымдық жаттығулардың көмегімен топыраққа қолданылуы мүмкін, бұл біркелкі үлестіруге және жақсы пайдалануға әкеледі. Ондағы құрамында азот пайдалы қоректік заттар болып табылады.
Бейтараптану кезінде жылудың босатылуына байланысты температура 80-90 ° C дейін көтеріледі, суперфосфат бірнеше кептіріледі. Ол үшін күкірт суперфосфат күнделікті сақтау мерзімі аяқталғаннан кейін аммиак суы (аммиак 25%) бейтараптандырылады және 70-75 o С кезінде кептіріледі. Үлгілерді гранулау құрғату процесінде илемдеу арқылы жүзеге асырылады. Осылайша, қышқыл суперфосфат массасын және кептіруді аммонизациялау өнімдегі фосфордың оксидінің жалпы формасын ұлғайтуға әкеледі, ал фосфор оксидінің сіңімді түрінің азаюына және ең бастысы, суда еритін монокалций фосфатының мазмұнының күрт төмендеуіне әкеледі. Мұның суперфосфат массасын аммонизациялау процесінде фосфор оксидінің ретроградизациясы пайда болады және суда еритін монокалгия фосфаты литрозаның еритін дикальций фосфатына айналады.
Ca (H2PO4) + NH3 = CaHPO4 + NH4H2PO4
Күкірт қышқылының стандарттарында аммоний суперфосфат үлгілерінде 80-100% азот мазмұны 0.10-1.74% аралығында болады. Бұл аммондау процесінде төменгі еритін кальций сульфаты реакция арқылы ерімейтін аммоний ион сульфатына өтеді деп түсіндіріледі:
Ca (H2PO4) 2 * H2O + CaSO4 + 2 NH3 = 2 CaHPO4 + (NH4) 2SO4 + H2O
Аммонизациядан кейін суперфосфат түйіршіктерінің беріктігі 2,08-3,18 МПа, бұл көрсеткіш қышқыл суперфосфатта 0,3 МПа-дан аспайды. Ең құнды фосфорлы тыңайтқыштар фосфор тотығының жалпы формасына қатысты фосфор оксидінің суда еритін формасының салыстырмалы мазмұны кемінде 50% құрайды. Сондықтан минералды массаны өңдеу үшін 80% күкірт қышқылының оңтайлы жылдамдығы және 60% концентрлі күкірт қышқылы 10,84% фосфор тотығы бар (жалпы) құрамында аммонийлі, түйіршіктелген суперфосфатта кездеседі.
Осылайша, қарапайым аммиактивті суперфосфат технологиясы ірі тоннажды қалдықтарды - бір фосфатты тыңайтқыштарды өндірудегі минералды массаны тартуға және шикізатты, азық базасын кеңейтуге мүмкіндік береді. Минералданған масса негізінде суперфосфатты кеңінен пайдалану - бұл егістің шығымдылығының оң факторы, мал шаруашылығының өнімділігі мен қауіпсіздігін арттыру, жемшөптерді азайту.
1.2.1 Ақтөбе және Қаратау кен орындары фосфориттерінің сипаттамасы
Ақтөбе фосфорит кен орны белгілі фосфорлық шикізат көзі болып табылады.Фосфорит жуу арқылы байытылады, соның өзінде құрамында 18,2% Р2О5 концентраталынады. Ал құрғақ байыту əдісі арқылы 17% Р2О5 алынады, бірақ құрамында кремнидің диоксиді артық мөлшері болғандықтан пайдаланады.
Элементарлы фосфор өндірісіндегі шекті мөлшерге дейін қышқыл модулін төмендету үшін Ақтөбе концентраты Қаратау концентратымен бірге 50:50 қатынасына сəйкес өңделу қажет немесе вятск - камскии фосфориттерінің 65:35 қатынасында кварцит қоспай өңделеді. Фосфор құрамдас шикізаттарды өңдеудің белгілі əдістерінде құрамындағы қоспалардың қатаң шектелуіне қарамастан, сонымен қатар шихтаның анықталған қышқыл модулі, шикізатты алдын-ала дайындау кезіндегі шығын мөлшері 40% құрайды. Сонда айтарлық фосфорит мөлшері үйіліп-төгіліп жатады. Осы қалдықтарды өңдеп қоршаған ортаға экологиялық ауырлық тигізбеу үшін өңдеп пайдалы термофосфаттар алу қажет [1].
Қаратау фосфоритінің фосфатты құрамының минералогиялық табиғатты кейбір еңбектерде суреттелген [1-3]. Кремнидің диоксиді 0,9-10% шамасында бар сирек, жоғары мөлшерде, басым шамада кварц түрінде, біршама халцедон жəне сазды құрам түрінде кездеседі. Мөлшері 41-53% аумағында өзгеретін кальций тотығы, барлығы фосфатты құрамымен байланысты. Mgf 0,5% болғанда үнемі доламит табылады. Фтордың мөлшері 2,89-дан 3,88% шамасында вариациаланады. F:Р2О5, 0,08-0,1-ге тең болатын қатынас франколит пен фторапатитке əдеттегідей болады. СО2-ның болуы негізінен фосфаттардың минералогиялық табиғатына жəне карбонаттар қоспасына тəуелді. СО2-ның ең төмен мөлшері метаморфозданған фосфоритте, мұнда фосфатты құрам фторапатит қалпында. Органикалық көміртегінің шамасы 0,07%-тен аспайды.
П.Л. Безруковтың жүргізген рентгенографикалық зерттеулерінің көрсеткіштері бойынша, Қаратаулық фосфориттердің фосфатты құрамы фторапатит қалпына ие. Мынадай тұжырым бар, барлық фосфориттердің фосфаттары фторапатиттен құралған. Ал, көмір қышқыл болса, жұқа дисперсті карбонаттардың қоспасы түрінде орын алған.
А.Б. Бектуров былай есептейді, Қаратаулық фосфориттерде фторапатит гидроксилапатитті - изоморфты қоспа түрінде орналасқан.
Г.И. Бушинский жəне басқа авторлар өте тамаша тұжырымдарға келді.
Фосфориттерді (сонымен бірге Қаратау фосфориттері) зерттеу негізінде авторлар былайша қорытынды жасайды, көміртегі фосфатты торға фосфорды ығыстыра отырып орналасады.
Фосфат құрамы негізінен курснит жəне франколит түрінде болады, себебі фторапатитке күшті немесе əлсіз метаморфиздік түрлер тəн. Жоғарыда келтірілген мысалдардан көрінетіні, апатит тобының карбонатты минералдарының құрылымдарын анықтау көптеген зерттеушілердің назарын аударады. Ван Везер көрсетуінше, алғашқы апатиттердің эмперикалық суреттемелерінде мынадай болжам айтылған болатын, карбонат гидроксил немесе фторид ионды ығыстырады, бұл болжам рентгеноқұрылымдық зерттеумен анықталған жоқ. Шетелдік ғалымдар карбонаттық апатитке қосылуының екі түрлі сипаттама түсініктеме ұсынылды. Олардың бірі сұйықтардағы неорганикалық құрамдағы көміртегінің екі тотығының жағдайымен аналогты, ол мынадай болжаммен негізделген, карбонат ол болмаса, мүмкін, бикарбонат иондар беткі қабатта негізінен фосфатпен ауысу кезінде сорбцияланады. Тағы да басқаша түсініктеме алғашында доронкалиттің құрылымына жатқызылған, кристалдың бүкіл торында орын ауыстыруды шамалайды. Долиттер жəне сфералиттер Қаратау фосфориттерінде көрсеткіштер бойынша СО2 шамамен 2,46-2,48% құрайтын болған, бірақ та микроскоп астында бұл фосфаттарда карбонаттардың көрінерлік қоспалары кездеспейді. Барынша таза тірліліктердің сыну көрсеткішінің орташа мəні 1,615-1,622-ге тең, ал құрайтыны 9,34с-6,88 кХ.
Осы барлық көрсеткіштерді фторапатиттің көрсеткіштерімен салыстыра отырып Г.И. Бушинской мынадай қорытынды жасайды. "Қаратаудың метаморфизленген емес массасының негізін құрайтын аморфты жəне болу қайта кристаллизацияланған фосфатты құрам, химиялық-құрамы бойынша, кристалдық торының өлшемімен жəне сыну көрсеткіштерімен фронколиттің талаптарына сай". Сынақтарда пайдаланылған, Қаратаулық кен орнының фосфоритінің концентратының фосфатты құрамы концентрациялы зоналы текстурасы бар фронколит оалиттері түрінде болады.
Кварц мөлдір пластиналар түрінде кездеседі. Үлгі органикалық құрамы бар метаморфизделген емес түрліліктерге тəн қара-сұр түске ие болған. Ақтөбе кен орнының фосфоритті концентратын бөлінуге зерттеу үшін, бірінші байытудан соң Багдановский учаскісінің фосфориті алынған болатын. Ақтөбе кен орындары топтарының фосфориттері кедей кен орындарына жатады, сонымен бірге, құнды типті (30%-тен астам SiO2), дамыған дəрежеде кремниленген (фосфатты дəндерді жəне фосфатты цементті - хальцедонның жəне кварцтың ығыстыруы). Көрсеткіштер бойынша, бұл фосфориттен алынған концентратта бірінші байытудан соң 15-18% Р2О5 болады. Химиялық жəне рентгенографиялық анализдердің көрсеткіштері бұл фосфориттің фосфатты құрамына франколит есебінде идентификация жасауға мүмкіндік берді.
Апатитті сілтіні ерітінділермен бөліктеуді зерттеу сынақтарында Кольский апатитті концентратты қолданған. Кристалло-оптикалық жəне рентгенографиялық анализдер фосфатты құрамының негізгі минералы фторапатит екендігін көрсетті. Микроскоп астында ол дисперсті бөлшектер фонында сынықты контурлы, ірі, мөлдір пластикалық кристалдар түрінде көрінеді. Фторапатиттің оптикалық қасиеттері: əлсіз екілік сыну (сұр, қара-сұр интерференция түстері), тура өту, қашар ұзару. Жарық сыну коэффициенттері:
Nm=1,633 +- 0,003 жəне Np=1630 +- 0,003.
Қаратау бассейнінің фосфатты серияларының барлық қораптары минералогиялық көзқарасты үш негізгі ингредиенттермен: фосфатпен, кремний оксидімен жəне карбонатпен қосылған. Əртүрлі кен орындарының фосфоритті рудаларының құрамы мен сапасы жеке бөлімшелерінде, тіпті бір пласттың ішінде, əсіресе минералдардың сандық айырымы мен негізгі минералдар фосфаттар, карбонаттар жəне кремний оксидінің өзара əсері бойынша тұрақты емес.
Кесте 1 - фосфориттердің химиялық құрамы
Фосфориттердегі фосфатты заттың минералогиялық табиғатын көптеген авторлар зерттеген. Фосфориттердің фосфатты минералдарының кристалды торына көміртектің изоморфты кіруі туралы ұсыныстар кең тараған. Фосфат ионының карбонат ионға жəне оттегі фтор мен гидроксил ионының орнын басуы фтор корбонатапатиттер тобының минералдарының түзілуіне əкеледі:
Көрсетілген минералдардың изоморфизмімен ауыспалы құрамды күрделі қоспалартүзілуі шартталған. Жалпы И.Д. Борнеман-Старынкович фосфатты минералдың формуласын мына түрде береді: , мұнда А - элементтер: Са, Mg, Sr, Ba, Mn, Na; B-P, Si, S, C; X-Cl, F, OH, O.
Қаратау фосфоритті рудалары құрамының көптүрлілігімен күрделілігімен өзгешеленетіндігі белгілі, сондықтан оларды алты негізгі өнеркəсіптік типтерге бөледі:
1) субмономинералды руда;
2) карбонатты фосфоритті руда;
3) кремнийлі - карбонатты фосфоритті;
4) пелитоморфті - кремнийлі фосфоритті;
5) кремнийлі - сланецті фосфоритті руда;
6) метаморфизделген руда. Фосфор пентоксиді бойынша біршама бай - бірінші рудалар типі (25-28%-тен артық Р2О5).
Қалған рудалар типінде фосфор, біраз немесе едəуір карбонатты, кремнийлі - фосфатты, кремнийлі - карбонатты - фосфатты
құрастырушылармен араласқан. Өнімдік қораптардың құрамына кіретін фосфоритті рудалар түрлері өте əртүрлі болғандықтан, фосфориттердің химиялық құрамы өте біртекті емес.фосфориттердің химиялық құрамын фосфатты заттардың негізгі компоненттері кремний оксиді мен карбонаттардың құрамына кіретін оксидтермен жəне элементтермен
анықтау қабылданған. Жалпы массаның 90%-тен көбін Р2О5, СаО, СО2, MgO, SiO2 құрайды. Қалғандарын FeO, Fe2O36 MnO6 Al2O3 құрайды. Қаратау фосфориттеріндегі күкірт сульфаттар мен пирит (марказита) түрінде болады. сульфатты күкірттің біршама бөлігі фосфориттердің фосфатты зат құрамына кіреді.
Органикалық текті көміртегі фосфатты зат құрамына кіріп, азғантай мөлшерде болады. Қаратау фосфориттерінде ылғи азғантай мөлшерде сирек жер элементтер мен стронций (0,1-0,3%), қоғасын (проценттің мыңдық үлесінде) болады.
Бастапқы рудалық масса түйіршік жəне химиялық құрамы бойынша өте бір текті емес. Əртүрлі сипатты, тұрақты емес фосфатты шикізаттың жарамдылығын бағалау үшін шихта жасалғанда шикізат құрамын бағалауға мүмкіндік беретін көрсеткіштер жүйесі жете зерттелген. Формулалар бойынша анықталатын фосфатты - кремнийлі көрсеткіш (ФКК) жəне əмбебап комплексті көрсеткіш (ƏКК) енгізілген.
ƏКК ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz