Технология получения кормовых фосфатов кальция в гранулированном виде на основе мела и экстракционной фосфорной кислоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат технических наук Литусова, Наталья Михайловна

• Литусова, Наталья Михайловна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Литусова, Наталья Михайловна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1 .Потребность рынка и характеристика продукции на рынке.

1.2. Основные методы получения кормовых фосфатов кальция.

1.2.1.Физико-химические свойства моно- и дикальцийфосфата.

1.2.2.Технологические процессы получения моно-и дикальцийфосфата.

1.2.3.Характеристика сырья, используемого для получения кормового моно-и дикальцийфосфата.

1.2.3.1. Мел, известняк и их свойства.

1.2.3.2. Экстракционная фосфорная кислота.

Выводы.

Экспериментальная часть.

Глава 2. Изучение влияния примесей на обесфторивание ЭФК и путей глубокого удаления фтора.

Глава 3. Исследование процесса получения кормовых фосфатов кальция с использованием скоростных методов смешения.

Глава 4. Получение гранулированного кормового монокальцийфосфата с использованием турболопастного смесителя - гранулятора ТЛГ-009.

Глава 5. Получение кормовых фосфатов кальция с использованием аппаратов БГС.

Глава 6. Описание технологической схемы получения кормового монокальцийфосфата в ООО «Балаковские минеральные удобрения».

Глава 7. Обоснование выбора принципиальной схемы реконструкции производства МКФ.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология получения кормовых фосфатов кальция в гранулированном виде на основе мела и экстракционной фосфорной кислоты»

Современные индустриальные способы производства животноводческой продукции характеризуются широким использованием минеральных кормовых добавок, которые способствуют увеличению продуктивности, сохранности поголовья, сокращению расходов кормов.

Важнейшей составляющей кормовых рационов домашнего скота и птицы является фосфор [1,2]. Он необходим для построения костной ткани, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфатидов, фосфопротеидов и других соединений. Недостаток фосфора в рационах сельскохозяйственных животных снижает мясную и молочную продуктивность, приводит к возникновению костных заболеваний и нарушению функции воспроизводства.

Для устранения дефицита фосфора и улучшения качества рационов сельскохозяйственных животных широкое применение в животноводстве получили фосфорсодержащие минеральные подкормки на основе фосфатов кальция с добавками натрия, магния, аммония и других элементов.

Эффективность кормовых фосфатов кальция обуславливается содержанием в них основных элементов - фосфора (Р) и кальция (Са), участвующих в обменных процессах организма. Качество кормовых фосфатов кальция оценивается по содержанию усвояемых форм питательных элементов при минимальной концентрации вредных примесей, таких как фтор (F), свинец (РЬ), мышьяк (As), кадмий (Cd), ртуть (Hg).

По данным Всероссийского Государственного научно-исследовательского института животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук (ВИЖ), биологическая усвояемость фосфора из кормовых фосфатов кальция - монокальцийфосфата (МКФ), дикальцийфосфата (ДКФ), монодикальцийфосфата (МДКФ) - составляет не менее 80% [3].

В настоящее время мировое потребление кормовых фосфатов кальция составляет около шести миллионов тонн в год и продолжает ежегодно увеличиваться на 6 % [3].

Фосфаты кальция производятся в порошкообразном состоянии и в гранулированном виде, причем доля гранулированных продуктов продолжает расти и, согласно прогнозу [4], в 2005 году должна достичь 6070%.

В Российской Федерации и бывшем Советском Союзе фосфаты кальция выпускались и продолжают выпускаться исключительно в порошкообразном виде [2], что не отвечает мировым тенденциям перехода к гранулированным минеральным добавкам при получении премиксов и комбикормов.

Технологии получения гранулированных материалов и глубокого обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), как правило, являются собственностью компаний - производителей (Kemira, Tessenderlo и др.), отличаются аппаратурным оформлением и технологическими параметрами, детали которых не раскрываются. Имеющихся данных недостаточно для прямого внедрения современной отечественной технологии производства гранулированных фосфатов кальция с низким содержанием примесей фтористых соединений.

В связи с этим создание и внедрение технологии получения расширенного ассортимента фосфатов кальция (МКФ, ДКФ, МДКФ), соответствующих требованиями мировых стандартов, в гранулированном виде является актуальной задачей.

Постановка данной работы продиктована необходимостью разработки гибкой технологии кормовых фосфатов в гранулированном виде с химическими и гранулометрическими показателями, отвечающими показателям ведущих мировых производителей.

Заключение диссертации по теме «Технология неорганических веществ», Литусова, Наталья Михайловна

Выводы.

1. Выполнен комплекс физико-химических и технологических исследований, результаты которых позволили разработать новый технологический процесс получения кормовых фосфатов кальция в гранулированном виде.

2. Изучено влияние примесей, содержащихся в ЭФК, на её обесфторивание. Показано, что соединения алюминия, железа, кальция, натрия отрицательно влияют на обесфторивание фосфорной кислоты, связывая фтор в комплексные или малорастворимые соединения. При глубоком обесфторивании фосфорной кислоты с добавкой активного диоксида кремния в количестве 5 кг/т кислоты, обеспечиваются условия получения кормовых фосфатов кальция с низким содержанием фтора - 0,11-0,15%. Определен характеристический модуль, необходимый для выдерживания содержания фтора в фосфорной кислоте (P/F).

3. Определена скорость взаимодействия мела и фосфорной кислоты. Показано, что процесс лимитируется диффузией фосфорной кислоты через слой твердого продукта.

4. Установлено, что для интенсификации процессов взаимодействия мела и ЭФК и гранулирования полученной шихты перспективным является применение скоростных методов смешения.

5. На основе исследований кинетики процесса скоростного смешения мела и промышленной фосфорной кислоты в грануляторе TJI-035 обоснованы параметры процесса гранулирования (влажность шихты 11-13% и окружная скорость вращения на концах лопастей ротора 1225 м/с).

6. На основе выполненного комплекса физико-химических исследований и сравнительного анализа оборудования, применяемого для смешения и гранулирования сыпучих материалов, была создана гибкая аппаратурно-технологическая схема с использованием высокоскоростного гранулятора.

7. На опытной установке ООО «БМУ» проведены опытно-промышленные испытания по скоростному смешению мела и экстракционной фосфорной кислоты и гранулированию кормовых фосфатов кальция с использованием аппарата ТЛГ-009. Изучены основные технологические стадии (смешение реагентов, грануляция и сушка) и обоснованы оптимальные параметры технологического режима.

8. На основе изучения реологических свойств суспензий монокальцийфосфата и условий растворения мела в разбавленной фосфорной кислоте разработаны технологические рекомендации по сушке суспензии МКФ в аппарате БГС. Оптимальная влажность пульпы МКФ составляет 50-55%, температура процесса - не более 45°С, концентрация исходной фосфорной кислоты - 25-28% Р2О5.

9. Проведены промышленные испытания по сушке и грануляции суспензии МКФ в аппарате БГС. Выход товарной фракции (0,4-2,0 мм) из БГС составляет 65-80% при производительности системы около 3,54 т/ч по готовому продукту и температуре топочных газов на входе в барабан около 500°С, отработанных газов на выходе - 85°С. Содержание Робщ 23,4-24,2%, Саобщ 14,9-19,7%. Прочность гранул полученных продуктов составляет 36,3 - 80,8 кг/см , пылимость и истираемость - 7-8 мг/кг.

10.Определены химические и физико-механические свойства кормовых фосфатов кальция (содержание Р, Са и примесей, соотношение между водорастворимой и усвояемой формами фосфора, гранулометрический состав, прочность гранул).

11.Методами рентгенофазового анализа, инфракрасной и электронной микроскопии изучен фазовый состав технического монокальцийфосфата, выпускаемого в ООО «Балаковские минеральные удобрения, и показано, что основная фаза - это безводный монокальцийфосфат (40-45%), водный монокальцийфосфат (30-40%), помимо основных компонентов присутствуют фосфат железа Fe(H2P04)3-2H20, кальцит СаСОз , ангидрит CaSC>4. Продукт представляет собой неоднородную по морфологическому строению систему, построенную различными фазами, индивидуальные частички которых имеют размер 0,03-3 мкм.

12.На основании проведенных исследований и опытно-промышленных испытаний разработаны исходные данные для организации промышленного производства кормовых фосфатов кальция по гибкой технологии.

13.Экономический эффект от внедрения скоростного гранулятора в производство кормового монокальцийфосфата составит около 171 руб на 1 тонну выпускаемой продукции, или около 10,3 млн. рублей в год. Окупаемость капиталовложений 1,5 года.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Литусова, Наталья Михайловна, 2004 год

1. Справочник по кормлению сельскохозяйственных животных. М.:

2. Россельмаш, 1983, с. 69-78.

3. Дегтярёв В. Эффективность монокальцийфосфата при кормлении животных. //Молочное и мясное скотоводство. 2003. № 2. с 7-10.

4. Прогноз Kemira Animal Nutrition на рынке кормовых фосфатов до 2005 года.

5. Проспект фирмы Tessenderlo Chemie (продукт Aliphos, monocalcium phosphate), Group EMC/01/12/89/ tel. [phone], Monsanto Bru.

6. Вольфкович В.В., Илларионов А.А. Гидротермическая переработка фосфатов на удобрения и кормовые средства. М.: Химия, 1964.

7. Кармышев В.Ф., Соболев Б.П., Носов В.Н. Производство и применение кормовых фосфатов. М.: Химия, 1987.

8. Соколовский А.А., Яшке Е.В. Технология минеральных удобрений и кислот. М.: Химия, 1979.-384 с.

9. Кармышев В.Ф. Химическая переработка фосфоритов. М.: Химия, 1983.-304 с.

10. Animal Feed Phosphates Technology, by Chuck Snyder and Marten Walters, KEMWorks Technology, Inc. 2002, p. 1-12.

11. Foscalcio 2700 Dicalcium Phosphate Plant By John Sinden, JEATech and Neil Greenwood, KEMWorks Technology, Inc. May 23. 1998. p. 1- 8.

12. Казаков А.И., Классен П.В. Технологические возможности турболопастных смесителей-грануляторов.// Хим. пром. 2001. №6. с 35-38.

13. Гузь М.А. Разработка метода расчета высокоскоростного гранулятора ротационного типа для мелкодисперных материалов: Дис. . .канд. техн. наук М., 1982, с 22-36.

14. Кононов А.В., Стерлин В.Н., Евдокимова. Л.И. Основы технологии комплексных удобрений. -М.: Химия, 1998, с.155-157.

15. Гришаев И.Г. и др. // Материалы Всесоюзного совещания по процессам гранулирования химических продуктов, 1974., Москва: НИУИФ, с.28-35.

16. Комплексная азотнокислотная переработка фосфатного сырья. /Под ред. А.Л. Гольдинова и Б.А. Копылева. Л.: Химия, 1982, с 186-191.

17. Теплов Ю.А., Олифсон А.Л., Максименко Н.Ф. и др. Получение преципитата из апатитового сырья // Хим. пром. 1981. №8. с.473.

18. Технология фосфорных и комплексных удобрений, //Под ред. С.Д. Эвенчика и А.А. Бродского, М.: Химия, 1987, с. 169-176.

19. LIME/LIMESTONE February 2003 p. Lime and Limestone 746.1000 D-F.

20. Зайцев B.A., Новиков A.A., Родин В.И. Производство фтористыхсоединений при переработке фосфатного сырья, М.: Химия, 1982,248 с.

21. Алексеева Л.И., Антонова, Т.Г. Гридасова Л.М.и др. Очистка ЭФК солями щелочных металлов // Хим. Пром. 1976. № 7. с.512-516.

22. Зайцев В.А., Копылов В.А., Репенкова Т.Г., Родин В.И. Очистка фосфорной кислоты от фтора и сульфат иона триалкиламином // Хим. пром. 1977. №3.с.511-513.

23. Борисов В.М., Новиков А.А. Концентрирование и обесфторивание фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов месторождения Кок-Джон // Хим. пром. 1977. №7. с 511-513.

24. Борисов В.М., Новиков А.А., Копылов В.А. и др. Концентрирование и обесфторивание ЭФК // Хим. пром. 1977. №1. с. 28-30.

25. А.С. 1174373 от 23.08.85. Способ получения суперфосфорной кислоты.

26. А.с. 1357349 от 7.12.87. Способ концентрирования фосфорной кислоты.

27. Рысс И.Г. Химия фтора и его неорганических соединений. М.: Химия, 1956.- 192 с.

28. Щегров JI.H., Дзюба Е.Д., Макатун В.Н. Механизм образования Са(Р03)2 при дегидратации Са(Н2Р04)2 • Н20 //Изв. АН СССР. Серия: Неорганические материалы, т. 9, № 11, 1973, с.2022-2025.

29. Щегров JI.H. Фосфаты двухвалентных металлов. Киев: Наукова думка, 1987, с. 57-63.

30. Печковский В.В., Щегров JI.H., Шульман А.С. Исследование состава продуктов термической дегидратации монозамещённых ортофосфатов магния и кальция // Журнал неорганической химии. 1969. т. 14. вып. 1. с. 53-57.

31. Andrts Hallstrom. Drying of porous granular materials. Dissertation, 1985, с 44-45.32.3ycep E.E., Белоконь Л.М.//Тр. НИУИФ. Вып.215. с.122-126.

32. ЗЗ.Зусер Е.Е., Белоконь Л.М. //Хим. Пром. 1971. №1. с.42-43.

33. Классен П.В., Гришаев И.Г., Шомин И.П. Гранулирование. М.: Химия, 1991, с.80-86.

34. Гришаев И.Г. Научное обоснование методов повышения эффективности аппаратов производства комплексных удобрений, разработка и внедрении новых конструкций: Дис. .д-ра техн. наук -М., 1985.-363 с.

35. Ван Везер Д. Фосфор и его соединения. Пер. с англ. /Под ред.А.И. Шершевского. М.: Издатинлит, 1962. -682 с.

36. Шапкин М.А., Завертяева Т.И., Зинюк Р.Ю., Гуллер Б.Д. Двойной суперфосфат: Технология и применив . J1.: Химия, 1987, с.38-41.

37. Fertilizer Technical Data Book by edition SEPEHRI-NIK.Cosulting services to the Fertilizer & related industries. P.O. Box 100, Magna, Utah 840440100 USA, p. 341-354, 604-610.

38. Временный технологический регламент производства кормового монокальцийфосфата в ООО «Балаковские минеральные удобрения». TP 13-27-02.

39. Кувшинников И.М. Минеральные удобрения и соли: Свойства и способы их улучшения. М.: Химия, 1987. - 267с.41 .Кувшинников И.М., Тихонович З.А., Фролкина В.А.// Хим. Пром. 1970. №7. с.507-509.

40. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1984. - 299 с.

41. Широков Ю.Г. Технологические основы технологии неорганических веществ. Иваново, 2000.- 336 с.

42. Кутепов A.M., Бондарева Т.И., Беренгпртен М.Г. Общая химическая технология. М.: Высшая Школа, 1985. - 448 с.

43. Industrial Phosphates. Chemical Economics Handbook. March 2002 p.M-W/

44. Проспект «Смесители грануляторы турболопастные непрерывного действия». Тип «ТЛГ» ЗАО «ДзержинскТЕХНОМАШ», Россия, г. Дзержинск, Нижегородская обл., 2001.

45. А.А.Соколовский, Е.В. Яшке. Технология минеральных удобрений и кислот. -М.: Химия, 1971, с. 280-281.

46. Отношение Са/Р Свовщ. Ро&Ц. РМП рН 1% р-ра Н3Р04 свобода. н/рв НС1 С02 Прочность гранул, Кгс/см0,734 19,1 23,4 22,4 15,4 3.3 1.4 1,1 1,4 36.30669 15,2 24,2 23,1 19,1 2,9 6,5 0,36 отс. 70.190

47. Намеченная программа испытаний выполнена полностью.1. От 000 «БМУ»

48. Kj еничев В.М^—^ Де выденко В.В. Го.лоус В.И.

49. Зрышев Н.И. Шрекрестов В.П.эьянова О Никитин Н.И^-— Литусова Н.М.от ОАО «НИУИФ»

50. Родин В.И. Гришаев И.Г. Терсин В.А. Гриневич В.А. *

51. Испытания проводились с 23 октября по 4 ноября 2003 года по трем различным вариантам:

52. Обработка материала выходящего из двухвального смесителя абсорбционным раствором, при различной влажности 7-13%.

53. Обработка абсорбционным раствором готового продукта при влажности 7-11 %.

54. Смешения мела с суперфосфорной кислотой с определением возможности использования ТЛГ в качестве смесителя и гранулятора. *

55. Место отбора проб Влажность материала,% Коэффициент разложения по мелу,% Коэффициент разложения по кислоте,% Прочность гранул размером 12 мм, кгс/см2 Содержание фракции менее-0,2 мм

56. Двухвальный смеситель 6,6-7,6 83,3-83,7 94,2-96,4 5,9-8,2 13;5-20,2 • ;

57. ТЛГ 10-13 84,3-90,7 98,4-99,0 11,0-27.7 0,9-3,2 '

58. Место отбора проб Влажность материала.% Коэффициент разложения по мелу,% Коэффициент разложения по кислоте,% Прочность гранул, размером 1-2 мм, . кгс/см СоДержание-фрткции менее 0,2 мм

59. Готовый продукт со склада 1,5-2,0 81,6-83,7 92,5-92,8 'СО 3,4-6,8 12,1-20,9 "

60. ТЛГ 7.3-1 \Л 84.4-91.8 98.6-99.0 12.5-28,2 1.3-5.6

61. Обработка готового продукта водой в ТЛГ не влечбт за собой резкого снижения содержат» РгО$ в материале, как это имеет место при увлажнении продукта в двухзальном смесителе.3 вариант. „ ' /

62. Результаты опытов по смешению мела л кислота показали некоторое увеличение степени разложения и увеличение прочности гранул по сравнению с двухвальным смесителем:

63. Место отбора проб Влажность материала,% Коэффициент разложения по мелу,% Коэффициент разложения по кислоте,% Прочность • гранул размером 12 мм, кгс/см2 .Содержание фракции менее 0.2 мм

64. Готовый продукт со склада 1.5-2,0 81,6-83,7 92,5-92,8 3,4-6,8 •12,1-20,9-.--• • » *

65. ТЛГ 4,1-8,0 185-87 96,0-99,7 14,1-16.4 3,9-7,4, . .

66. Необходимо отметить, что в этой серии экспериментов из-за сложностей с дозировкой кислоты и мела наблюдались значительные колебания в содержании Р и отношении Са/Р в получаемом продукте.

67. Повторная обработка материала, полученного в ТЛГ из мела и кислоты, абсорбционным. раствором приводит к увеличению прочности гранул до 21 кгс/см2 и снижению доя»*' пылевидной фракции до 3 %.

68. В.В. Давыденко М.М. Ахметшин1. A.В. Одинцов

69. B.И. Голоус Н.И. Бобрышй» В.А. Зародин ; Н.М, Литусова