n = 98[l/56 – (m/142 – p/40 – q/160 – r/102)].
Bu yerda: l, m, p, q, r – xomashyo tarkibidagi (mos holda) CaO, P2O5, MgO, Fe2O3 va Al2O3 larning massa bo’yicha % miqdorlari; 56, 142, 40, 160 va 102 – tegishlicha ularning molekulyar massalari.
Sulfat kislotaning aniq (real) me’yori uning hisoblangan me’yoridan birmuncha kichik bo’ladi, chunki Ca2+ ionining bir qismi F- SiF62- ionlari bilan ham birikadi. Boshqa qo’shimchalar esa uning miqdorini oshirishi mumkin. Shuning uchun har bir turdagi xom ashyo uchun sulfat kislotaning amaliy me’yori tajriba yo’li bilan belgilanadi.
Apatitni davriy sharoitda 63% H2SO4 dan yuqori kontsentratsiyali sulfat kislota eritmasi bilan parchalanganda kalsiy sulfatning yarimgidrat va angdrit shaklining uzunligi 5-7 va eni 1-2 mkm bo’lgan mayda ignasimon kristallari hosil bo’ladi. Ignasimon kristallar fosfat donachalari sirtida qalin quyqali parda hosil qiladi. Bu esa reaktsiyani to’xtatadi, natijada superfosfat massasi yomon qorishadi, undagi suyuq faza qattiq zarracha sirtida qoladi va fizik xossasi yomon bo’lgan – sochiluvchanligi kam ho’l «ifloslangan» mahsulot olinadi. Parchalanish jarayonini 63% H2SO4 dan quyi kontsentratsiyali sulfat kislota eritmasi bilan o’tkazilganda esa kalsiy sulfatning nisbatan yirik (10-15 mkm) kristallari hosil bo’ladi. Ular fosfat sirtida unga kislotaning diffuziyalanishini kam darajada qiyinlashtiradigan yoriqli g’ovak qobiq hosil qiladi; shuning uchun reaktsiya tezroq ketadi va quruq sochiluvchan mahsulot olinadi [9].
Boshlang’ich sulfat kislotaning kontsentratsiyasi qanchalik katta bo’lsa, mahsulotning namligi ham shunchalik kam bo’ladi va undagi P2O5 miqdori ortadi. Lekin, sulfat kislota kontsentratsiyasining yetarli darajadan yuqori bo’lishi yuqorida izohlangan holatni keltirib chiqaradi. Shunday qilib, kislota kontsentratsiyasining o’timal doirasi bo’lib, uning chegarasi harorat va aralashtirish sharoitiga bog’liqdir. O’timal kontsentratsiya, harorat va sulfat kislota me’yori fosfat xomashyosining xar bir navi uchun tajriba sharoitidan kelib chiqib aniqlanadi.
Ishlab chiqarish jarayonida reagentlarning uzluksiz aralashtirishda qisman ta’sirlashgan reaktsion aralashma – sus’enziya (bo’tqa) kiritiladi, bunda 50-60OC haroratdagi 68-69% li sulfat kislota ishlatiladi. Bu holda suyuq fazada sulfat va fosfat kislotalarning ma’lum nisbati o’rnatiladi, kalsiy sulfatning kristallanishi yaxshilanadi va qorishuvchi (qotuvchi) massa g’ovak holatda hosil bo’ladi.
Suspeziyaning oquvchanligini yo’qotishi va qotib qolishini oldini olish maqsadida uning aralashtirgichda bo’lish vaqti qisqa muddatli bo’ladi, ammo bu vaqtda xomashyoning parchalanish darajasi belgilangan darajaga yetib borishi kerak. Boshlang’ich sulfat kislota kontsentratsiyasi kanchalik katta bo’lsa, aralashtirgichdan chiqadigan suspeziyadagi apatitning parchalanish darajasi shunchalik yuqori darajada ushlab turiladi va fosfat zarrachalari sirtiga suyuqlik o’tkazmaydigan kalsiy sulfat qobig’ining hosil bo’lmasligi uchun H2SO4:H3PO4 nisbat ham shunchalik kichik darajada bo’lishi kerak. Agar boshlang’ich sulfat kislota kontsentratsiyasi 68% li bo’lsa, optimal sharoit uchun aralashtirgichda suspenziyaning bo’lish vaqti 5-7 min, uning aralashtirgichdan chiqish harorati 110-115OC bo’ladi [10].
Fosfat parchalanishining birinchi bosqichida sulfat kislota bilan fosfatning mayda zarrachalari ta’sirlashadi, reaktsiya nihoyatda shiddatli kechadi va fosfat kislota hosil bo’ladi. Ikkinchi bosqichda esa fosfatning yirik zarrachalari bilan fosfat kislota va reaktsiyaga kirishmagan sulfat kislota ta’sirlashadi. Bunda suyuq fazadagi eritmaning neytrallanib borishi tufayli reaktsiya tezligi birmuncha ‘asayadi. Kamerada superfosfat massasining suyuq fazasining monokalsiyfosfatga to’yinib borishi bilan ham parchalanish tezligi yanada pasayadi. Ikkinchi fazada parchalanish tezligining pasayishini suyuq fazanining neytrallanib borishi, yirik fosfat zarrachalarining parchalanishi va fosfat sirtida kag’tsiy sulfat qobiqlarining hosil bo’lishi bilan izohlanishi mumkin.
Qoratog’ fosforiti asosidagi superfosfat. Qoratog’ fosforitidan superfosfat olish jarayoni – unda dolomit va magnezial silikatlar qo’shimchalarining bo’lishligi tufayli o’ziga hos xususiyatga egadir. Magniy birikmalari ishtirok etadigan fosfatlarning sulfat kislota bilan parchalanishi uchta bosqichda amalga oshadi. Birinchi bosqichda quyidagi reaktsiyalar sodir bo’ladi:
Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 = 3H3PO4 + 5CaSO4 + HF
CaMg(CO3)2 + 2H2SO4 = MgSO4 + CaSO4 + 2CO2 + 2H2O
Mg2SiO4 + 2H2SO4 = 2MgSO4 + SiO2 + 2H2O
Buning natijasida tarkibida fosfat kislota va magniy sulfat bo’lgan eritma hosil bo’ladi. Ikkinchi bosqichda fosfatni fosfat kislota bilan parchalanadi, ammo eritmada magniy sulfat bo’lganligi uchun monokalsiyfosfat o’rniga monomagniyfosfat hosil bo’ladi:
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5MgSO4 = 5Mg(H2PO4)2 + 5CaSO4 + HF
Ikkinchi bosqich MgSO4 ning Mg(H2PO4)2 ga to’la aylanishi bilan yakunlanadi. Uchinchi bosqichda esa qolgan fosfatli xom ashyo tarkibida monomagniyfosfat tutgan fosfat kislota bilan parchalanadi va monokalsiyfosfatga aylanadi:
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 = 5Sa(H2PO4)2 + HF
Ikkinchi bosqich oxirida fosfatli kompleks MgO, P2O5 va H2O dan iborat bo’ladi. MgO – P2O5 – H2O sistemadagi eruvchanlik diagrammasidan ko’rinadiki, monomagniyfosfatning eruvchanligi CaO – P2O5 – H2O sistemadagi monokalsiyfosfatning eruvchanligidan nisbatan katta bo’ladi. Mono- va dimagniyfosfatlar to’yingan suvli eritmalarga nisbati bo’yicha inkongruent bo’lishiga qaramay, yani qattiq fazaga kislotaliligi kam bo’lgan fosfatlar holatida o’tish bilan parchalanadi; magniy fosfatning parchalanish darajasi kalsiy fosfatning parchalanish darajasidan (tuz va suvning nisbati bir xil bo’lganda) nisbatan kichik bo’ladi. 25-80OC harorat va Mg(H2PO4)2 : H2O < 0,287 nisbatda monomagniyfosfat parchalanmasdan eriydi; bu nisbat katta bo’lganda monomagniyfosfat parchalanadi va dimagniyfosfat qattiq fazaga o’tadi; monokalsiyfosfatning parchalanishi esa Ca(H2PO4)2 : H2O > 0,01 dan sodir bo’la boshlaydi.
Xuddi kalsiy tuzlaridagi kabi P2O5 kontsentratsiyasi ortishi bilan dimagniyfosfat eruvchanligi ortadi, monomagniyfosfatning eruvchanligi esa kamayadi (4–rasm), ammo monokalsiyfosfatdan farqli o’laroq monomagniyfosfatning suv ta’sirida parchalanish darajasi haroratga deyarli bog’liq emas [11,12].
4 – rasm. 25, 80 va 130OC haroratdagi MgO – P2O5 – H2O sistemasida eruvchanlik izotermasi: ikkita qattiq fazali muvozanatdagi eritmaning tarkibi nuqtalar bilan belgilangan.
|
Ikkinchi bosqich reaktsiyaning tugallanishi arafasida ham monomagniyfosfatning eruvchanligi katta bo’lganligi uchun suyuq faza uning bilan to’yinmagan holatida qoladi, ammo u to’la eritmada bo’ladi va fosfat kislotaning neytrallanish darajasi kutilganidan ko’ra nihoyatda katta bo’ladi. Monomagniyfosfat fosfat kislota bilan bufer aralashma hosil qiladi, Mg2+ va H2PO4- ionlariga dissotsilanadi, bu esa fosfat kislotaning N+ va H2PO4- ionlariga dissotsilanishini susaytiradi. Shu sababga ko’ra xomashyoning parchalanishini ikkinchi bosqich jarayonidayoq keskin pasaytiradi, uning uchinchi bosqichdagi tezligi esa butunlay kamayadi.
Yuqorida ta’kidlanganlarni, shuningdek monomagniyfosfatning gigrosko’ikligini e’tiborga olinsa, u Qoratog’ fosforitidan olingan superfosfatning fizik xossalarini yomonlashtiradi. Shuning uchun fosforitlarni oldindan magniy birikmalarining bir qismini yo’qotish orqali boyitish maqsadga muvofiqdir. Ishlatiladigan xom ashyoda magniyning miqdori P2O5 miqdorining 6-8% idan ortib ketmasligi lozim. Qoratog’ fosforitidan olinadigan superfosfat uchun ombordagi o’timal harorat (65-80OC) apatit yoki magniy tutmagan fosforitlardan olinadigan superfosfatlarga nisbatan ancha yuqori bo’ladi. Bu holatda superfosfat massasining sovishi parchalanish jarayonini tezlashtirmaydi, balki sekinlashtiradi. Buning sababini yuqorida ko’rsatib o’tilganidek, suyuq fazaning yuqori darajada neytrallanganligi va haroratning pasayishi bilan monomagniyfosfat eruvchanligining kamaymasligi bilan izohlanadi.
Tarkibida 27,5% P2O5, 6,6% CO2 va 2,5% P2O3 bo’lgan Qoratog’ fosforitini 68% li sulfat kislota bilan 64 og’irlik qism stexiometrik me’yorda parchalash yo’li bilan olingan kukunsimon oddiy superfosfatda xom ashyoning parchalanish darajasi 90% ga yetadi va mahsulot quyidagi tarkibga ega bo’ladi: P2O5umum. = 15,6%; P2O5o’zl. = 14,0%; P2O5erkin = 5,0%; H2O = 10,5% [11,12].
Ishlab chiqarish ko’rsatkichlari. Superfosfat ishlab chiqarishda fosfatli xom ashyo parchalanishining to’laligi parchalanish koeffitsienti, ya’ni superfosfatdagi o’zlashadigan P2O5 ning umumiy P2O5 miqdoriga nisbati orqali talqin etiladi. Sulfat kislota me’yori qanchalik katta bo’lsa, parchalanish koeffitsenti ham shunchalik yuqori bo’ladi. 68-72 og’irlik qism me’yorida apatit kontsentratidan olingan kamerali superfosfatdagi parchalanish koeffitsenti 83-88% ga teng va superfosfatda ma’lum miqdordagi (11-12%) erkin fosfat kislota bo’ladi. Superfosfat ning ombordagi yetiltirish jarayonida esa parchalanish koeffitsenti 93-95% ga yetadi, erkin fosfat kislotasi esa 5% gacha kamayadi.
Olingan superfosfat miqdorining uni ishlab chiqarish uchun sarflangan fosfat miqdoriga nisbati superfosfat unumi deyiladi. Vaholanki, fosfatdagi P2O5 to’laligicha superfosfatga o’tadi, shuning uchun unum fosfatdagi P2O5 ning foiz miqdorini mahsulotdagi umumiy P2O5 ning foiz miqdoriga nisbati bilan ifodalanadi. Apatit kontsentratidan yangi hosil qilingan superfosfatning unumi 1,94-2,01 ni, fosforitdan olingan superfosfat unumi esa 1,5-1,9 ni tashkil etadi. Superfosfatni omborda saqlanishi natijasida undan suvning bug’lanishi hisobiga unum ma’lum darajaga pasayadi.
|
