Производство сложных удобрений на основе ЭФК. Свойства фосфатов аммония. Физико-химические особенности производства аммофоса и фосфатов аммония.

Процессы получения сложных удобрений из фосфорной кислоты можно разделить на 3 типа:

1) Процессы двухступенчатой аммонизации, в которых вначале аммонизируется фосфорная кислота до МАФ. Затем полученный раствор для выравнивания мольного отношения N : Р₂О₅ смешивается с плавом нитрата аммония до карбамида и аммонизируется газообразным аммиаком до ДАФ. Доаммонизация осуществляется в аммонизаторе-грануляторе, в который одновременно подаются КСl и ретур. Поскольку процесс требует большого количества ретура (3,5-10- кратного), то доаммонизация осуществляется в тонком слое на поверхности гранул.

2) Малоретурные процессы, в которых получение пульпы необходимого состава осуществляется в реакторах, а грануляция и сушка совмещаются в сушилке типа РКГС (с распылением и кипящим слоем материала сушилка-гранулятор). В этом аппарате пульпа распыляется форсунками на завесу падающих гранул или просто в объем, в котором происходит высушивание капель и формирование гранул. Отношение количества ретура к количеству продукта для этой схемы от 0,3 до 1.

3) Расплавные процессы – в которых нейтрализуется смесь кислот с использованием теплоты нейтрализации. Затем полученный раствор выпаривается до состояния плава под вакуумом в выпарных аппаратах, смешивается с КСl и гранулируется в башне и в барабанных грануляторах (в этом случае в гранулятор поступает ретур и КСl). По этой схеме получаются очень прочные стекловидные гранулы.

Сущность производства сложных удобрений из ЭФК заключается в нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком и затем в добавлении к полученным фосфатам аммония нитрата аммония и хлорида калия с целью получения тройных удобрений, уравновешенных по содержанию азота, Р, К. Если хлорид калия не добавляется, на основе Фосфорной к-ты получают двойные азотно – фосфорные удобрения. При нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком образуются моно-, ди- и триаммонийфосфаты:

Н₃РО₄ (ж)+ NH₃ (г) = NH₄H₂PO₄ (тв), ∆H=-133,67кДж;МАФ (дигидрофосфат аммония)

Н₃РО₄ (ж)+2NH₃ (г) = (NH₄)₂HPO₄ (тв), ∆H=-210,45кДж;ДАФ (гидрофосфат аммония)

Н₃РО₄ (ж)+ 3NH₃ (г) = (NH₄)₃PO₄ (тв), ∆H<0 кДж.ТАФ

В производстве сложных удобрений фосфорную кислоту нейтрализуют аммиаком до моно- или диаммонийфосфата. На основе моноаммонийфосфата получают азотно – фосфорное удобрение аммофос, а при нейтрализации кислоты до диаммонийфосфата – диаммофос. Для производства удобрений с более высоким относительным содержанием азота, чем в моно- или диаммонийфосфате, к фосфатам добавляют чаще всего плав ам. селитры (или азотную кислоту и аммиак). Такие фосфорные удобрения наз-ся нитроаммофос (на основе МАФ) и диаммонитрофос (на основе ДАФ). Если в состав подобных удобрений входит хлорид (или сульфат) калия, тройные удобрения называют нитроаммофоска и диаммонитрофоска. Технологические схемы производства сложных удобрений включают операции выпаривания растворов или сушки продуктов, гранулирования, сортировки гранул по размерам, охлаждения, опудривания и омасливания гранул. Различия в схемах зависят от условий нейтрализации кислоты аммиаком, от способов удаления воды из растворов для получения твёрдых удобрений и от способов образования гранул. Выбор вида и марки азотнофосфорных удобрений базируется на физико – химических свойствах фосфатов аммония.

МАФ представляет собой устойчивую соль хорошо растворимую в воде. Cоотношение N:Р₂О₅=5,1

Говорит о преобладании Р. Т-ра плавл-ия 190,5⁰С. ДАФ хорошо растворимая термически нестойкая соль. При нагревании до 70 град.С легко разлагается с потерей аммиака: (NH₄)₂HPO₄ (тв) → NH₄H₂PO₄ (тв) + NH₃ (г). При растворении в воде частично гидролизируется:

(NH₄)₂HPO₄ (кр)+Н₂О(ж)=NH₄OН (р) + NH₄H₂PO₄ (р).

МАФ представляет собой кислую среду (рН=4,4), ДАФ (8,0)и ТАФ (9,4) – щелочную. МАФ и ДАФ мало гигроскопические соли. Гигроскопич. точка чистого МАФ при 50 град. С=88%, при 15-97%.

ТАФ неустойчив и разлагается при 30 – 40град. С. с выделением аммиака, поэтому несмотря на хорошую сбалансированность азот и фосфор в качестве удобрения не применяется. При нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком величина рН возрастает по мере связывания водородных ионов при полном связывании первого иона (М=1 (М.О. аммиак: фосфорная кислота) рН=3,5) при полном связывании М=2 рН=8,2. Минимальной растворимостью обладают индивидуальные соли МАФ и ДАФ, поэтому пульпу при М=1 и низких Т перекачивать сложно из-за возможности выпадения МАФ в осадок. Т существенно увеличиает растворимость солей.

Физико-химические особенности

На рисунке показаны изотермы растворимости в системе аммиак – фосфорная кислота – вода при 25 и 75 ºС.