Технология переработки пылевидных калийсодержащих продуктов в комплексные NK-удобрения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Тимаков, Максим Владимирович

• Тимаков, Максим Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тимаков, Максим Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. Аналитический обзор литературы.

1.1 Утилизация циклонной пыли хлорида калия.

1.1.1 Галургическая переработка пылевидного хлорида калия.

1.1.2 Прессование пылевидного хлорида калия.

1.1.3. Гранулирование экструзией хлорида калия с упрочняющими добавками.

1.1.4 Укрупнение пылевидного хлорида калия методом кристаллизационной агломерации.

1.1.5. Агломерирование пылевидного хлорида калия в роторно-вихревом аппарате.

1.1.6. Гранулирование пылевидного хлорида калия методом окатывания.

1.1.7. Использование пылевидного хлорида калия для гранулирования комплексных минеральных удобрений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология переработки пылевидных калийсодержащих продуктов в комплексные NK-удобрения»

В настоящее время на предприятиях калийной промышленности Российской федерации в процессе сушки и кондиционирования хлорида калия образуется до 8% пылевидной фракции некондиционного КО -циклонной пыли (ЦП). Циклонная пыль представляет собой тонкодисперсный порошок класса менее 100 мкм, имеет низкое содержание основного вещества (92-94%) и повышенное количество аминов (до 300 г/т). Из-за высокой пылимости и слеживаемости такой некондиционный продукт трудно транспортировать, перегружать и вносить в почву в качестве удобрения. Из-за высокого содержания аминов и низкой когезии солевых частиц циклонная пыль плохо гранулируется по традиционным технологиям валкового прессования, окатывания и экструзии. В связи с этим проблема утилизации циклонной пыли является актуальной для калийных предприятий. Сходная проблема существует в производстве сульфата калия, получаемого из флотационного или галургического хлорида калия.

Одним из перспективных направлений утилизации указанных полупродуктов, содержащих калий, является их переработка в комплексные удобрения путем смешения с расплавом карбамида при низких температурах и последующей кристаллизацией в виде плитки, которая затем дробится до гранул размером 2-5 мм. Такой способ утилизации калийсодержащих полупродуктов позволяет существенно упростить технологию, исключив операции растворения, выделения и сушки продукта, повысить товарные качества удобрений за счет гранулирования и расширить ассортимент удобрений за счет варьирования соотношения питательных компонентов.

В данной работе проанализированы основные направления переработки циклонной пыли КС1 и сульфата калия в удобрения. На основании анализа литературы сформулирована цель работы: разработка эффективной технологии утилизации некондиционных калийсодержащих полупродуктов в комплексное азотно-калийное NK-удобрение с высокими товарными качествами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- изучить растворимость основных и примесных солевых компонентов NK-удобрения в расплаве карбамида;

- определить влияние состава смеси расплава карбамида с солевыми компонентами (циклонной пылью флотационного хлорида калия и сульфатом калия) на температуру кристаллизации смеси;

- исследовать кинетику разложения карбамида в процессе сплавления с циклонной пылью KCl;

- изучить физико-химические свойства гранул полученных NK-удобрений различного состава;

- разработать технологию и определить основные параметры технологического оборудования для производства NK-удобрения.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты исследований растворимости веществ KCl, K2SO4, CaSOj, KBr, KJ и KN03 ПРИ температуре плавления в расплаве карбамида и гипотеза о встраивании кристаллической решетки солей в «пустоты» кристаллической решетки карбамида, сопровождаемое увеличением механической прочности кристалл изата.

2. Результаты исследований температуры кристаллизации смесей различного состава расплава карбамида с циклонной пылыо хлорида калия и сульфатом калия.

3. Кинетические закономерности термического разложения карбамида и расплава карбамида с хлоридом калия и циклонной пылыо КС1, влияние на процесс температуры и примесей.

4. Технологические решения по разработке ЫК-удобрения различного состава из карбамида, циклонной пыли КС1 и сульфата калия, а также по созданию технологии получения гранулированных комплексных ЫК-удобрений с высокими товарными характеристиками.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Тимаков, Максим Владимирович

1.2. Заключение

Анализируя приведенные выше способы переработки пылевидного хлорида калия (т.н. циклонной пыли - ЦП) можно выделить три основных метода:

- галургическая переработка ЦП путем растворения и последующей кристаллизации. Сложность переработки данным способом заключается в высоком содержании аминов на поверхности частиц хлорида калия, что приводит к ухудшению качества готового продукта. Кроме того, высокие энергозатраты и себестоимость ЦП существенно повышают затраты на галургическую технологию;

- непосредственное гранулирование ЦП путем прессования, окатывания или экструзии со связующими добавками. Прессование ЦП затруднено из-за высокого содержания флотореагентов на поверхности частиц, что приводит к получению непрочных гранул.

Недостатком метода окатывания на тарельчатом грануляторе является сложность поддержания заданного технологического режима, что приводит к получению гранул низкого качества полидисперсного фракционного состава;

- получение комплексных удобрений путем гранулирования ЦП с расплавом карбамида в облаке хлорида калия, в результате чего получаются гранулы карбамида, покрытые слоем хлорида калия. Недостатком способа является низкая степень сцепления частиц хлорида калия с поверхностью гранул, что приводит к повышенной пылимости продукта и неравномерное распределение питательных компонентов по объему гранул.

Таким образом сравнение различных методов переработки калийсодержащих мелкокристаллических продуктов позволяет сделать заключение о перспективности разработок по получению комплексного удобрения на основе карбамида и циклонной пыли хлорида калия или мелкокристаллического сульфата калия.

1.3. Обоснование цели и залач исследований

Анализ литературных данных по технологиям переработки солевых полупродуктов и отходов, содержащих хлорид калия, показал, что к настоящему времени в промышленности РФ используется только технология переработки галургической циклонной пыли путем ее полного растворения с введением полученного раствора в галургичский цикл переработки сильвинитовых руд на стадию осветления щелока. Это приводит к повышению затрат на производство хлорида калия.

Циклонная пыль флотационного хлорида калия не перерабатываются ни по одной из известных технологий. В то же время разработаны новые технологии, наиболее перспективной из которых является технология получения комплексных азотно-калийных гранулированных удобрений на основе карбамида.

Недостатком известной технологии является сложность получения гранул высокого товарного качества.

В связи с этим, целью настоящей работы являлась разработка эффективной технологии утилизации некондиционных фракций и отходов, содержащих хлорид калия, в комплексное ЫК-удобрение с высокими товарными качествами.

Для достижения указанной цели была предложена технология, включающая смешение плава карбамида с солевыми продуктами, содержащими хлорид калия, и гранулирование полученной смеси. В процессе разработки технологии необходимо было найти основные параметры технологии и решить следующие задачи:

- изучить растворимость основных и примесных солевых компонентов МК-удобрения в расплаве карбамида;

- определить влияние состава смеси расплава карбамида с солевыми компонентами (циклонной пылыо флотационного хлорида калия и сульфатом калия) на температуру кристаллизации смеси;

- исследовать кинетику разложения карбамида в процессе сплавления с циклонной пылью КС1;

- изучить физико-химические свойства гранул полученных ЫК-удобрений различного состава;

- разработать технологию и определить основные параметры технологического оборудования для производства ЫК-удобрения.

2. Исследование растворимости различных солей в расплаве карбамида и температуры кристаллизации плава смесей карбамида с калийсодержащими компонентами

Комплексные ЫК-удобрения на основе карбамида можно получить по предлагаемому нами способу путем плавления карбамида, используемого в качестве связующего, в смеси с кристаллическими калийсодержащими компонентами. При этом калийсодержащие компоненты могут растворяться в расплаве карбамида или образовывать химические соединения, что существенным образом влияет на физико-химические свойства получаемых ЫК-удобрений. Литературные данные по этому вопросу практически отсутствуют.

Представляло интерес изучить растворимость в расплаве карбамида, как хлорида калия, так и примесных солей, присутствующих в циклонной пыли хлорида калия (хлорида, бромида, иодида калия), а также сульфата калия (на основе которого предложено получать бесхлорные азотсодержащие комплексные удобрения).

2.1. Исследование растворимости различных солей в расплаве карбамида

Исследования растворимости проводили на установке, изображенной на рисунке 2.1. Гранулы карбамида помещали в стеклянном стакане в глицериновую баню с температурой 135-140°С. После плавления карбамида, в него при непрерывном перемешивании, высыпали навеску исследуемой соли. Процесс растворения кристаллов соли фиксировали визуально в луче проходящего через расплав света.

Для исследования использовали технический карбамид, выпускаемый Пермским ОАО «Завод минеральных удобрений» соответствующий ГОСТ 2081-75. Цвет белый или желтоватый; температура плавления - 132,7°С; растворимость в воде при 20°С - 104,7 г/100 г воды; насыпной вес колеблется в пределах 0,52-0,64 т/м3; плотность - 1,335 г/см3; содержание азота - 46,3 %; содержание: СО(ЫН2)2 - не менее 95,5 %, Н20 - не более 4,0 %, и.о. - не более 0,1%.

Масса навески карбамида во всех экспериментах составляла 40 г. Результаты изучения растворимости различных солей в расплаве карбамида приведены в таблице 2.1 и на рисунке 2.2. Для сравнения приведены справочные данные по растворимости этих же солей в воде при температуре 100°С.

Рис 2.1 Схема экспериментальной установки для изучения растворимости примесных солевых компонентов в расплаве карбамида.

1 - механическая мешалка; 2 - стакан; 3 - глицериновая баня; 4 - расплав карбамида; 5 - глицерин; 6 - магнитная мешалка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тимаков, Максим Владимирович, 2004 год

1.Н. Кристаллизация из растворов в химическойпромышленности. М.: Химия, 1968. 360с.

2. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. 4-е изд., перераб. и доп.1. Л.: Химия, 1974.376 с.

3. Александрович Х.М. Основы применения реагентов во флотации калийныхруд. Минск.: Наука, 1973. 423с.

4. Проскуряков Н.М., Пермяков Р.С, Черников А.К. Физико-механическиесвойства соляных пород. Л.: Недра, 1973. 272с.

5. Ребиндер П.А., Щукин Е.Ф., Марголис Л.Я. О механической прочностидисперсных тел /Докл. AFI СССР. /Химическая технология. 1964, том 154, №3, с.695-698.

6. Изучить возможность утилизации пылевых фракций хлористого калияметодами агломерирования и прессования: Отчет уфВНИИГ (промежуточный); руководитель Ф.В.Повар: №ГР0184003259. Пермь, 1984, 64с.

7. Кунин В.Т., Блинычев В.Н. О механической прочности брикетов сульфатанатрия // Химия и химическая технология. 1978. №11. с. 1702-1704.

8. Закономерности процесса прессования калийных удобрений. /Шестаков В.И., Турко М.Р., Петренко М.Л., Бояринов H.A. - Исследование процессов грануляции калийных удобрений. Сб. научн. трудов ВННИГ. Л., 1983. с.43-55

9. Тетерина H.H. Переработка калийных руд Верхнекамского месторождения. Пермь, 1987. 140с.

10. Отчет о промышленных испытаниях по грануляции калийных солей Солигорска и Березников в период март-май 1969г. на калийном предприятии «Маркс-Энгельс», г.Унтерайбах. Л., ВИИИГ, 1969. 22с.

11. Положительное решение по заявке №3561786/26 от 26,07,84. Способ гранулирования хлористого калия. (Авторы: Кузнецов Ф.М., Волков В.А. и1. ДР-)

12. Пащенко В.Н., Ложкин А.Ф., Быков В.И., Денисов В.Н. Физико-механические свойства гранулированного хлористого калия с добавкой аммиачной селитры //Химия в сельском хозяйстве. 1974, №3. с.37-38.

13. Белопольский А.П., Шпунт С.Я., Александров H.H. Четверная система при 60°С//Калий. 1936. №3. с. 17-31

14. Кувшинников И.М., Геладзе Л.Б., Грипас А.И. Физико-механические свойства минеральных удобрений /Промышленность минеральных удобрений и серной кислоты Реф. сб. / НИИТЭХИМ. 1976. вып.2. с. 12-14

15. Зимон А.Д., Андианов Е.И., Аутогезия сыпучих материалов. М.: Металлургия, 1978. 288с.

16. Пащенко В.И., Девятков В.А. Опыты по гранулированию хлористого калия с упрочняющими добавакми // Химия и химическая технология. 1968. №44. с.105-111.

17. Вагин A.A., Волошин П.С. и др. Грануляторы /ЦИНИТИ химнефтемаш. М.:1970. 36с.

18. Исследование процесса кристаллизационной агломерации хлористого калия в лабораторных условиях и на опытных установках: Отчет (ВНИИГ); Руководитель Ю.Н. Савватин: №ГР81086667. Л. 1982, 45с.

19. Блинова Н.П., Матусевич Л.Н., Постников В.А. Теоретические основы химической технологии. Л.: Химия, 1972, 169с.

20. Ребиндер П.А. Журнал физической химии, 1930, т1, вып. 1.

21. Вилесов Н.Г., Скрыпко В.Я. и др. Процессы гранулирования в промышленности. Киев: Техника, 1976. 192с.

22. Романенко H.H. Разработка технологии гранулирования комплексных удобрений на основе мочевины, двойного супрефосфата и хлористого калия: Дис. Канд. Наук/ ППИ Пермь., 1983 19с

23. Л.С. 309931 СССР, МКИ С05 С 9/00. Способ получения гранулированных удобрений /Борисов В.М., Абрамова Е.М., Виницкий P.JI. (СССР). Опубл. 26.07.71, Бюл. №23. 1с.

24. A.c. 1013445 СССР, МКИ С05 D1/00 Способ получения калийно-фосфорного удобрения/ Чистяков М.К., М.Е.Позин и др. Опубл 23,04,83Бюл.№15, 2с.

25. A.C. №1058962 СССР, МКИ С05 D1/00. Гранулированное сложно-смешанное удобрение /А.П.Яновская и др. Опубл 07,12,83, Бюл №4528 — Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений. М.: Химия, 1980,288с.

26. A.C. 309131 СССР, МКИ С05С 9/00. Способ получения гранулированных удобрений/ В.М. Борисов, Е.М. Абрамова, P.JI. Винницкий (СССР). Опубл. 26.07.71, Бюл №24, 1с.

27. A.C. 347324 СССР, МКИ С05С 9/00. Способ получения сложных удобрений / В.М. Борисов и др. (СССР). Опубл. 10.01.78. Бюл №24, 1 .с.

28. A.c. 192041 СССР, МКИ С05С 9/02 Способ получения сложно-смешанных удобрений /В.М. Белов и др. (СССР). Опубл. 30.12.72 Бюл №48. 1с.

29. A.C. 197461 СССР, МКИ С05С 9/02 Способ получения гранулированных сложно-смешанных удобрений /В.В. Печковский и др. (СССР) Опубл. 30,10,75 Бюл. №40 1с.

30. A.C. 582238 СССР, МКИ С05С 9/02 Способ получения граннулированного калийного удобрения /W.U. Крутько, Е.В. Воробьёва, Ф.Ф. Можейка, В.Н. Авилов (СССР) Опубл 23.08.89 Бюл №31 1с

31. Пат. 4008763 ФРГ, МКИ C05G1/10; С05С 9/00 / Kühn R., Mässenhausen W (ФРГ) // Изобретения стран мира. Опубл 26.02.92.

32. Сулайманкулов К., Ногаев К. Понижение точки плавления мочевины под влиянием солей. Исследование взаимодействия мочевины с неорганическими соединениями. Фрунзе, 1964 с. 81-87

33. Augo I., Akiyama Т. I. Chem. Soc. Japan v3 168. №71 pp362-36637 — Перельман В.И. Краткий справочние химика. М.: Госхимиздат, 1963, 624 с.

34. Китайгородский А.И. Органическая кристаллохимия. М. 195539 — Л. П а у л и н г. Природа химической связи. М.—Л., Госхимичдлт, 1047, стр. 305, 307.

35. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. М., «Химия», 1975, 352с.

36. Кузнецов В.Д., Кристаллы и кристаллизация, Гостехиздат, 1953

37. Фукс Н., О зарождении кристаллов, Усп. физ. наук, 15, вып. 4, 496 (1935)

38. Бунин К.П., Железоуглеродистые сплавы, Киев, Машгиз, 1949

39. Френкель Я.И., Кинетическая теория жидкостей, Изд. АН СССР, 1945

40. Красильщиков А.И., О механизме гетерогенных процессов, Усп. хим., 5, №3,367(1936).

41. Данков П.Д., Механизм фазовых превращений с точки зрения принципа ориентационного и размерного соответствия, Изв. сектора физ.-хим. анализа, 16, вып. 1, 82 (1943)

42. Stranski I.,Kuleljew, Кристаллизирующиедействие твердых частиц, Z. phys. Chem., 142,457(1933)

43. Данилов В.И., О роли нерастворимых примесей при кристаллизации жидкостей, Сборник науч. трудов лаборатории металлофизики, Изд. АН УССР, 1949, стр. 95.

44. Справочник азотчика: Физико-химические свойства газов жидкостей. - 2-е изд., перераб., М.: Химия, 1986г. -512 с.

45. Янг Д., Кинетика разложения твердых веществ. Пер с англ. /Под. ред. Б.В. Ерофеева. М., Мир, 1969, 263с.

46. Болдырев В.В. Методы изучения кинетики термического разложения твердых веществ. Томск, изд-во Томск. Гос. ун-та, 1958, 332 с.

47. Розовский А.Я. Кинетика топохимических реакций. М., Химия, 1974. 220 с.

48. Ерофеев Б.Н. - ДАН СССР, 1946, т. 52, №6, с.515-518.

49. Сакович Г.В. - ЖФХ, 1959, т. 33, №3, с. 636-641.

50. Сакович Г.В. - Учен. зап. Томск, гос. ун-та, 1955,т. 26, с. 103.

51. Розман Б.Ю. О термической стойкости аммиачной селитры. J1., изд. Ленинградск. ин-та инженеров водного транспорта, 1957. 119 с.

52. Беспалов Г.Н., Филатова Л.Б., Шидловский A.A. - ЖФХ, 1968, т. 42, № 10, с. 2623-2625.

53. Технология аммиачной селитры / Под ред. В.М. Олевского. М., Химия,1978.311 с.

54. Еремин E.H. Основы химической кинетики. Учеб. пособие для университетов и химико-технологических вузов. Изд. 2-е, доп. М., «Высш. школа», 1976. 375 с.

55. Широков Ю.Г., Смирнов H.H., Прокофьев В.Ю. Теоретические основы технологии неорганических веществ. Сборник лаботаторных работ с применением ЭВМ. / Ивановский гос. химико-технологический университет; Иваново. 1999. - 116 с.

56. Хамский Е.В. Кристаллические вещества и продукты. Методы оценки и совершенствования свойств. -М.: Химия, 1986, 224 с.

57. Mullin J.W. Crystallization. Second Ed. London, Butterworths, 1972. 480 p.

58. Пестов H.E. Физико-химические свойства зернистых и порошковых химических продуктов. М.-Л.,Изд-во АН СССР, 1947. 239 с.

59. Кувшинников И.М., Тихонович З.А., Фролкина В.А. -Хим. пром. 1971. №8, с. 39-41.

60. Хамский Е.В. - Ж. прикл. химии, 1963,т. 36, №1, с. 85-90.

61. Jäger L. а.е. - Chem. prom. 1976. v. 26/51, N 11, p. 575-577.

62. Хамский Е.В. Кристаллизация в химической промышленности. М., Химия, 1979. 343 с.

63. Хамский Е.В. и др. Кристаллизация и физико-химическис свойства кристаллических веществ. Л., Наука, 1969. 135 с.

64. Пестов Н.Е., Николаева Н.И. - Хим. пром., 1951, №12, с. 375-377

65. Гуль В.Е. Структура и прочность полимеров. 3 изд., Москва, 1978