Производство простого суперфосфата

Простой суперфосфат – самое распространенное фосфорное удобрение. Он содержит, в основном, Ca(H₂PO₄)₂ и CaSO₄x0,5H₂O и в качестве примесей фосфаты алюминия и железа.

Сущность производства суперфосфата состоит в разложение природных фосфатов серной кислотой. Процесс получения суперфосфата является многофазным, гетерогенным процессом. Его можно разбить на два этапа:

На первом этапе происходит диффузия серной кислоты к частицам апатита, сопровождаемая быстрой химической реакцией на поверхности частиц. Процесс идет до полного израсходования серной кислоты и кристаллизации CaSO₄x0,5H₂O:

Ca₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 2,5H₂O = 5(CaSO₄х0,5H₂O) + 3H₃PO₄ + HF + Q (а)

Продолжительность первого этапа 20-40 минут.

На втором этапе происходит диффузия образовавшейся фосфорной кислоты в порах неразложившихся частиц апатита. Образовавшийся монокальцийфосфат сначала находится в растворе, при пересыщении которого начинает кристаллизоваться. Этот процесс идет очень медленно в течение 5-6 суток.

Ca₅F(PO₄)₃ +7H₃PO₄ = 5Ca(H₂PO₄)₂ + HF + Q

Такая малая скорость процесса объясняется медленной диффузией фосфорной кислоты через корку монокальцийфосфата, покрывающего зерна апатита.

Оптимальный режим в реакционной камере определяется не только кинетикой реакции и диффузией кислоты, но и структурой образовавшихся кристаллов сульфата кальция, которая влияет на суммарную скорость процесса и качество суперфосфата. Оптимальные условия ведения процесса: концентрация серной кислоты– 67-69%; температура 110-115⁰С. В этих условиях на поверхности частиц апатита образуется рыхлый пористый слой CaSO₄x0,5H₂O, и диффузия фосфорной кислоты внутри частиц идет достаточно быстро.

В готовом суперфосфате содержание P₂O₅ составляет 14-20%, что примерно в два раза ниже, чем в исходном сырье.

Готовый суперфосфат содержит некоторое количество непрореагировавшей фосфорной кислоты, что увеличивает его гигроскопичность. Для уменьшения гигроскопичности суперфосфат смешивают с известняком, фосфоритной мукой или обрабатывают аммиаком.