Сущность производства простого суперфосфата заключается в сернокислотном разложении фторапатита, которое представляет собой многофазный гетерогенный процесс.
Сырьем для производства суперфосфата служат природные фосфаты – фосфориты и апатиты и башенная серная кислота. Между ними протекает следующая реакция:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + nH2O = Ca(H2PO4)2 * H2O + 2[CaSO4 * 2H2O]
Процесс разложения протекает в две стадии. Первая стадия – это реакция обменного разложения, идущая на поверхности твердых частиц фосфата при избытке серной кислоты, в результате чего образуется свободная фосфорная кислота. Эта реакция начинается сразу после смешивания фосфата с серной кислотой и заканчивается через 20–40 мин.
При этом температура в реакционном пространстве поднимается до + 110… 120 °С. После того как израсходуется серная кислота, начинается вторая стадия процесса – разложение оставшегося фосфата накопившейся фосфорной кислотой.
Образующийся монокальцийфосфат находится сначала в виде раствора, при перенасыщении которого происходит кристаллизация. Вторая стадия процесса протекает очень медленно (от 6 до 25 суток).
Технологическая схема производства суперфосфата складывается из следующих операций:
- измельчение природных фосфатов,
- дозировка серной кислоты и природных фосфатов,
- смешивание реагентов в смесителе с получением пульпы,
- схватывание и затвердевание суперфосфатной массы в реакционной камере,
- дозревание суперфосфата на складе.
Для улучшения физических свойств суперфосфата его подвергают грануляции в специальных аппаратах – грануляторах.
Созревание начинается в реакционной суперфосфатной камере. Затем процесс созревания продолжается на складе, где суперфосфат вылеживается и перемешивается. При этом завершается взаимодействие Са3(РO4)2 с серной кислотой.
Содержание фосфора в удобрениях вычисляют в процентах Р2О5. Так, содержание Р205 в готовом суперфосфате из апатитов составляют 19–20%, а из фосфоритов – около 14–15%.
При разложении фосфатов серной кислотой выделяется большое количество фтороводорода и тетрафторида кремния, при взаимодействии которых образуется кремнефтористоводородная кислота. Выделившиеся газы направляются на водную абсорбцию или на производство кремнефторида натрия.
Основным аппаратом суперфосфатного производства служит суперфосфатная камера. В зону ее загрузки через люк в крышке камеры непрерывно поступает суперфосфатная пульпа. В зоне выгрузки у перегородки имеется фрезер, вращающийся в направлении, противоположном вращению камеры. Готовый суперфосфат срезается ножами фрезера и через полую центральную трубу выгружается из камеры.
Основным недостатком простого суперфосфата является относительно низкое содержание Р2O5 в удобрении. Для получения более концентрированного фосфорного удобрения разложение природных фосфатов производят по уравнению реакции
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + nH2O = 2[Ca(H2PO4)2 * H2O]
При этом образуется так называемый двойной суперфосфат – концентрированное удобрение, содержащее 40–50% Р2O5, т.е. в 2–3 раза больше, чем простой суперфосфат, и относится к более ценным безбалластным удобрениям.
Технологические процессы производства двойного суперфосфата и простого суперфосфата аналогичны. Так же как и простой суперфосфат, двойной суперфосфат подвергают гранулированию и аммонизации.
Производство преципитата СаНРO4—2Н20 заключается в нейтрализации фосфорной кислоты известняком, а затем известковым молоком. Образовавшийся осадок преципитата отфильтровывают от раствора и сушат. Это удобрение содержит 42% Р2O5 в нитратно-растворимой форме. Но сравнительно высокая стоимость единицы Р2O5 в преципитате ограничивает его производство.
Производство термофосфатов и плавленых фосфатов. Природные фосфаты переводят в усвояемое растениями состояние спеканием при +1200 °С со щелочами, в результате получаются термофосфаты. Сплавлением фосфатов с силикатами получают плавленые фосфаты.
Термофосфаты и плавленые фосфаты содержат 20–30% Р2O5 в лимонно-растворимой усвояемой растениями форме и применяются на кислых почвах.
Удобрением, близким по составу к плавленым фосфатам, является томасшлак, получаемый при выплавке стали из чугуна с повышенным содержанием фосфора. Томасшлак содержит до 20% Р2O5в лимонно-растворимой форме.