Алматы 2017 январь

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017

 

509

 

●   Х и м ия - ме т а л л ург ия  ғ ы л ы мда ры

 

 

 

 

 

 

ӘОК 661.635:68 

 

К.П. Үсенова, А.А. Қадірбаева, П.А. Абдуразова, Е.Б. Райымбеков  

(М.Әуезов атындағы Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік университеті,  

Шымкент қаласы, Қазақстан Республикасы) 

 

КҮРДЕЛІ NPMGS-ТЫҢАЙТҚЫШТАР ӨНДІРІСІНДЕГІ ТАБИҒИ ФОСФАТ ШИКІЗАТЫН 

КҮКІРТ ЖӘНЕ ФОСФОР ҚЫШҚЫЛДАРЫ ҚОСПАСЫМЕН ЫДЫРАТУ ҮРДІСІН ЗЕРТТЕУ 

 

Түйіндеме.  Табиғи  фосфат  шикізатын  күкірт  және  фосфор  қышқылдары  қоспасымен  ыдырату  үрдісін 

зерттеу  нәтижелері  қарастырылған.  Тәжірибелік  жұмыстарды  орындау  барысында  жоспарлау  әдісін  қолдану 

арқылы  қарапайым  табиғи  фосфат  шикізатының  ыдырау  дәрежесіне  температура,  реагенттердің  өзара  әрекет 

ету, ЭФҚ массасы, күкірт қышқылының массасы  әсері зерттелінді. 

Кілттік сөздер: күрделі тыңайтқыштар, табиғи фосфат, күкірт қышқылы, фосфор қышқылы, ыдырату. 

 

ТМД  елдеріндегі  фосфатты  шикізат  ресурстары  ең  алдымен  апатиттер,  фосфориттер  және 

кешенді  апатит  құрамдас  кендерімен  белгілі,  оның  ішінде  фосфориттер  қоры  отандық  фосфатты 

шикізаттың 54% құрайды [1,2]. Табиғи фосфат кендері 3 түрге жіктеледі: бай, қарапайым және кедей.  

Бай кендер кейбір кен орындардың (Жаңатас, Көкжон) беткі қабатында шоғырланған: орташа 

есеппен  ондағы  P

2

O

5 

мөлшері  28-30%,  SiO

2

  –  7-10%,  CO

2

-4-8%,  CaO  –  47%,  MgO  –  2,5-3,5%,  

Fe

2

O

3

 – 1-1,5%, Al

2

O

3

 – 1% [3].  

Қарапайым  кендер  P

2

O

5 

мөлшері  21-25%.  Басқа  қоспалардың  құрамы  біркелкі  емес.  Көкжон 

және Ақсай кен орындарының кендері жоғары карбонаттылыққа (CO

2

-8-10%) және төмен мөлшердегі 

кремнезем  (SiO

2

  –  10-15%)  ие.  Шолақтау,  Жаңатас,  Көксу  және  Ақсайдың  белгілі  бір  бөлігінде 

ерімейтін  қалдықтың  жоғары  мөлшеріне  (SiO

2

  –  15-25%)  және  карбонаттылығы  төмен  (CO

2

-5-7%) 

мөлшерімен сипатталатын карбонатты-кремний кендері көп кездеседі [3]. 

Кедей кен орындарындағы P

2

O

5 

мөлшері 18-21%, SiO

2

  –  25-30%,  CO

2

-2-2,5%,  Fe

2

O

3

  –  2-2,5%, 

Al

2

O

3

 – 1-2%, кремний-тақтатасты кендеріндегі P

2

O

5 

мөлшері 18-20%, SiO

2

 – 30-40% тең [4]. 

Табиғи  фосфориттерінен  NPMgS-күрделі  тыңайтқыштарын  алуда  шикізаттың  ыдырау 

дәрежесін  жоғарылатуға  қолдануға  болады.  Алайда,  оны  жүзеге  асыру  үшін  MgO  қатысында  

CaO-P

2

O

5

-H

2

O  тепе-теңдік  жүйесінің  ерігіштігі  туралы  мәліметтерге,  сонымен  қатар  табиғи  фосфат 

шикізатын  күкірт  және  фосфор  қышқылдары  қоспасымен  ыдырату  бойынша  мәліметтерге  ие  болу 

қажет.  

Біздің  зерттеу  жұмысымыздағы  тәжірибелерде  құрамы  1-кестеде  келтірілген  Қаратау 

фосфориті мен ЭФҚ және 93% реактивті күкірт қышқылы қолданылды.  

 

1-кесте. Шикізат құрамы 

 

№  Атауы 

Құрамы, мас.% 

Р

2

О

5

 

СаО 

MgO 

Fe

2

O

3

 

Al

2

O

3

 

CO

2

 

SO

3

 

F 

н.о. 

бос 

байл 

1 

Табиғи 

 фосфат 

шикізаты 

(Қаратау 

фосфориті) 

25 

40 

2,5 

1,0 

1,0 

8,28 

- 

- 

2,6 

19,6 

2 

ЭФҚ 

23,2 

0,55 

1,6 

0,7 

0,8 

- 

1,31 

0,79 

1,8 

- 

 

Тәжірибелерді жүргізу және фосфаттың ыдырау дәрежесі есептеу реті төменде көрсетілген әдіс 

бойынша жүргізілді.  

Фосфор  қышқылымен  ыдыратуды  жүргізген  тәжірибелерде,  оның  107  г  ішінде  қайтарымды 

мұздатқышы  және  екіқалақшалы  аралыстырғышы  бар  термосталған  реакциялық  ыдысқа  (көлемі  

250 мл) құяды да, тәжірибе температурасына (60

0

С) дейін қыздырады, кейіннен кішкене бөліктермен 

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

510

 

 

 

 

 

 

1 мин аралығында 20 г фосфоритті салады (n=0,2). Тәжірибенің уақыты фосфатты салып болғаннан 

кейінгі  уақыт  деп  есептеледі.  Тәжірибе  барысында  реагенттердің  араласу  ұзақтығы  10  минуттан  

120 минутқа дейінгі аралықты қамтыды. Тәжірибенің соңында Бюхнер сүзгіші арқылы сұйық фазаны 

қатты қалдықтан бөліп алады. Қалдықты тәжірибе температурасына дейін қыздырылған 500 мл сумен 

шаяды, салмағын өлшейді және 60-80

0

С температурада 3 сағ кептіргеннен соң жалпы және сіңірімді 

Р

2

О

5

  анықтайды  (МЕМСТ  20851.1-75  бойынша).    Алынған  мәліметтер  бойынша  теңдеуге  сай 

фосфатты шикізаттың ыдырау дәрежесін анықтайды: 

 

 

 

мұндағы: Р

2

О

5 

жалпы, сіңірімді – қатты қалдықтағы Р

2

О

5 

жалпы және сіңірімді формаларының 

құрамы,  мас.%;  М

қалдық

  –  қатты  қалдықтың  массасы,  г;  М

ф

  –  фосфориттің  массасы,  г;  

С – фосфориттегі Р

2

О

5 

жалпы құрамы, мас.%.  

Тәжірибені жоспарлау 

Фосфатты  шикізаттың  ыдырау  дәрежесінің  тәуелділігін  (К

ы

  немесе  У)  келесі  тәуелсіз 

ауыспалылардан зерттеді: 

- ЭФҚ саны (23,2 % Р

2

О

5

 жалпы), Z

1

, г; 

- Күкірт қышқылының саны (100 %), Z

2

, г; 

- Ыдырату температурасы, Z

3

, 

0

С; 

- Ыдырату ұзақтығы, Z

4

, мин; 

Z

1

  және  Z

2

  тәуелсіз  ауыспалылардың  таңдалған  өзгерімдік  шегі  концентрленген 

фосфорқұрамдас  тыңайтқыштарға  қойылатын  талап  бойынша  жалпы  Р

2

О

5

  бойынша  дайын  өнімде 

30%  кем  болмауы  қажет.  ЭФҚ  саны  0,13-0,495  аралықта  болған  n  мәнімен  анықталды.  Z

3

  және  Z

4

 

үшін өзгерімдік мәндер алдын-ала жүргізілген бірфакторлы тәжірибелердің нәтижесінде анықталды. 

Тәжірибе  жүргізудегі  тұрақты  шарт  ретінде  20  г  фосфатты  қолдану  болып  қалды.  Таңдалған 

аралықтар 2-кестеде көрсетілген. Зерттеу жұмыстары 2-реттегі ортогоналды жоспарлау матрицасына 

сай жүргізілді, олардың кодталған және қарапайым масштабтары 3-кестеде келтірілген.  

Алынған  тәжірибелік  мәліметтерді  өңдеу  және  регрессионды  талдау  арқылы  тәжірибені 

сипаттайтын регрессия теңдеуі алынды: 

ӯ=80,32+4,16х

1

+10,23х

2

+1,16х

3

+1,53х

4

-1,19х

1

х

2

-0,59х

1

х

3

+3,32х

2

х

3

-1,96х

1

2

-7,21х

2

2

-2,2х

3

2

-1,42х

4

2

 

 

2-кесте. Тәуелсіз ауыспалыларды зерттеудің дәрежелері мен аймақтары 

 

Тәуелсіз ауыспалылар 

Z

1

, г. 

Z

2

, г. 

Z

3

, 

0

С. 

Z

4

, мин. 

Зерттеу аймағы 

43,5+144,4 

1+12,5 

40+80 

5+40 

Зерттеу аймағының ортасы 

93,95 

6,75 

60 

23 

Өзгеру аралығы 

31,34 

3,57 

12 

11 

Зерттеу дәрежелері 

+1 

125,29 

10,32 

72 

34 

-1 

62,61 

3,18 

48 

12 

+1,61 

144,4 

12,50 

80 

40 

-1,61 

43,5 

1 

40 

5 

 

    Жоғарыда  көрсетілген  теңдеуге  сай,  белгілі  бір  шектерге  дейін  ыдырату  үрдісіне  оң  әсерін 

барлық  зерттелген  факторлардың  мәні  тигізеді.  Сонымен  қатар,  «фосфор  қышқылы  массасы-

температура»,  «фосфор  қышқылы  массасы-күкірт  қышқылы  массасы»,  «күкірт  қышқылының 

массасы-температура»  арасындағы  жұптық  әрекеттесулердің  үштік  әсері  бар  екендігі  анықталды. 

Теңдеу  арқылы  шикізатты  кез-келген  зерттелген  факторлар  бойынша  ыдырату  дәрежесін  есептеуге 

және  осылайша  барлық  зерттеу  аймағына  осы  факторлардың ыдырату  үрдісіне  әсер  етуінің сандық 

сипаттамаларын алуға мүмкіндік береді.  

 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017

 

511

 

●   Х и м ия - ме т а л л ург ия  ғ ы л ы мда ры

 

 

 

 

 

 

3-кесте. Тәжірибе жоспары және нәтижелері 

 

№ 

Тәжірибелерді жүргізу шарттары 

Тәжірибе нәтижелері 

 

Тәуелсіз ауыспалылардың мәндері 

у 

ӯ 

у-ӯ 

(у-ӯ)

2

 

Кодталған масштаб 

Қарапайым масштаб 

Х

1

 

Х

2

 

Х

3

 

Х

4

 

Z

1

 

Z

2

 

Z

3

 

Z

4

 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

10 

11 

12 

13 

1 

+1 

+1 

+1 

+1 

125,29 

10,32 

72,42 

33,22 

85,4 

86,15 

-0,75 

0,56 

2 

-1 

-1 

+1 

+1 

62,61 

3,18 

72,42 

33,22 

52,1 

51,91 

0,19 

0,04 

3 

-1 

+1 

+1 

+1 

62,61 

10,32 

72,42 

33,22 

82,02 

81,39 

0,63 

0,4 

4 

+1 

-1 

+1 

+1 

125,29 

3,18 

72,42 

33,22 

62,13 

61,43 

0,7 

0,49 

5 

+1 

+1 

-1 

+1 

125,29 

10,32 

47,58 

33,22 

78,65 

78,37 

0,28 

0,08 

6 

-1 

-1 

-1 

+1 

62,61 

3,18 

47,58 

33,22 

55,3 

55,05 

0,25 

0,06 

7 

-1 

+1 

-1 

+1 

62,61 

10,32 

47,58 

33,22 

70,96 

71,25 

-0,29 

0,08 

8 

+1 

-1 

-1 

+1 

125,29 

3,18 

47,58 

33,22 

66,33 

66,93 

-0,6 

0,36 

9 

+1 

+1 

+1 

-1 

125,29 

10,32 

72,42 

11,38 

83,62 

83,09 

0,53 

0,28 

10 

-1 

-1 

+1 

-1 

62,61 

3,18 

72,42 

11,38 

49,95 

48,85 

1,1 

0,21 

11 

-1 

+1 

+1 

-1 

62,61 

10,32 

72,42 

11,38 

78,5 

78,33 

0,17 

0,03 

12 

+1 

-1 

+1 

-1 

125,29 

3,18 

72,42 

11,38 

58,23 

58,37 

-0,14 

0,02 

13 

+1 

+1 

-1 

-1 

125,29 

10,32 

47,58 

11,38 

74,54 

75,31 

0,77 

0,59 

14 

-1 

-1 

-1 

-1 

62,61 

3,18 

47,58 

11,38 

52,8 

51,99 

0,81 

0,66 

15 

-1 

+1 

-1 

-1 

62,61 

10,32 

47,58 

11,38 

68,77 

68,19 

0,58 

0,34 

16 

+1 

-1 

-1 

-1 

125,29 

3,18 

47,58 

11,38 

64,53 

63,87 

0,66 

0,44 

17 

0 

0 

0 

0 

93,95 

6,75 

60 

22,30 

77,73 

80,32 

-2,59 

6,71 

18 

0 

0 

0 

0 

93,95 

6,75 

60 

22,30 

79,08 

80,32 

-1,24 

1,54 

19 

0 

0 

0 

0 

93,95 

6,75 

60 

22,30 

77,82 

80,32 

-2,5 

6,25 

20 

0 

0 

0 

0 

93,95 

6,75 

60 

22,30 

78,1 

80,32 

-2,22 

4,93 

21 

+1,61 

0 

0 

0 

144,4 

6,75 

60 

22,30 

83,5 

81,94 

1,56 

2,43 

22 

-1,61 

0 

0 

0 

43,5 

6,75 

60 

22,30 

67,95 

68,54 

-0,59 

0,35 

23 

0 

+1,61 

0 

0 

93,95 

12,5 

60 

22,30 

79,4 

78,1 

1,3 

1,69 

24 

0 

-1,61 

0 

0 

93,95 

1 

60 

22,30 

44,91 

45,16 

-0,25 

0,06 

25 

0 

0 

+1,61 

0 

93,95 

6,75 

80 

22,30 

76,5 

76,49 

0,01 

10

-4

 

26 

0 

0 

-1,61 

0 

93,95 

6,75 

40 

22,30 

73,7 

72,75 

0,95 

0,9 

27 

0 

0 

0 

+1,61 

93,95 

6,75 

60 

40 

80,36 

79,1 

1,26 

1,59 

28 

0 

0 

0 

-1,61 

93,95 

6,75 

60 

5 

73,89 

74,18 

-0,29 

0,88 

 

Теңдеудің  параметрлік  сезімталдығының  талдауы  1,2,3,4-суреттерде  келтірілген.  Есептеуде 

алынған тәуелсіз ауыспалылардың сәйкесінше мәндері суреттерде көрсетілген.  

1-суретте фосфатты шикізатты ыдырауының қосымша енгізілетін күкірт қышқылының әр түрлі 

үш санда енгізілетін ЭФҚ массасына тәуелділігі көрсетілген. Осы суретте келтірілген қисықтардың 

сипаттамасы  барлық  зерттелген  шарттарға  сай  ЭФҚ  массасының  артуымен  ыдырау  дәрежесі  де 

 43,5-тен (n=0.495) 90+115,42 г-дейін (n=0.239+0.187) ұлғаяды.  

 

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

512

 

 

 

 

 

 

 

1-сурет. 60

0

С температурада және реагенттердің 35 мин әрекеттесу уақытындағы ЭФҚ санының  

фосфорит ыдырау дәрежесінің өлшеміне тәуелділігі 

 

1+3  қисықтарын  салыстырғанда  басқа  теңдес  жағдайларда  енгізілетін  күкірт  қышқылы 

санының артуы ыдырату дәрежесінің ұлғаюына едәуір әсер етеді.  

 

 

2-сурет. 60

0

С температурада және реагенттердің 35 мин әрекеттесу уақытындағы күкірт қышқылы санының 

фосфорит ыдырау дәрежесінің өлшеміне тәуелділігі 

 

Ыдырау  дәрежесінің  енгізілетін  күкірт  қышқылының  массасына  тәуелділігі  2-суретте 

келтірілген.  5+48,7  аралықтағы  г  100%  күкірт  қышқылының  100  г  фосфорит  ыдыратуға  кететін 

санының  артуы  жүйенің  сұйы  бөлігінен  гипс  түріндегі  СаО  бөлшегінің  бөлінуінен  орын  алатын 

ыдырау  дәрежесінің  артуына  әсер  етеді.  Осы  орайда,  келесі  реакциялардағыдай  фосфор  қышқылы 

бөлшегінің қайта қалпына келуінен фосфор қышқылының белсенділігі артады: 

 

Са(Н

2

РО

4

) + Н

2

SO

4

 = CaSO

4

 + 2H

3

PO

4

 

CaHPO

4

 + H

2

SO

4

 = CaSO

4

 + H

3

PO

4

 

 

Күкірт қышқылы санының әрімен қарайғы артуы ыдырау үрдісіне өз әсерін тигізбейді, себебі 

фосфат ыдырауына кедергі келтіретін гипс түзілімдерінің саны артады.  

ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017

 

513

 

●   Х и м ия - ме т а л л ург ия  ғ ы л ы мда ры

 

 

 

 

 

 

 

3-сурет. Реагенттердің 35 мин әрекеттесу уақытындағы ыдырау үрдісі температурасының 

 фосфаттың К

ыдырау

 тәуелділігі 

 

3-суретте  ыдырау  үрдісіне  температураның  оң  әсері  көрсетілген.  Алайда,  енгізілетін  күкірт 

қышқылы  санының  азаюы  оның  әлсіреуіне  әкеледі.  Бұл  құбылыс  ыдырату  үрдісін  баяулататын  

MgO-CaO-P

2

O

5

-H

2

O  тепе-теңдік  жүйесіндегі    сұйық  фазаның  қанығуы  және  жоғары  температурада 

дикальцийфосфаттың  кристалдануы  СаО  аз  құрамында  орын  алуымен  түсіндіріледі.  Бірақ,  күкірт 

қышқылының  қатысында  бір  уақытта  сұйық  фазадағы  СаО  бөлшегі  сульфат  түрінде  жойылады, 

демек, дикальцийфосфат кристалдануының кері әсері аса маңызға ие емес.  

Фосфорит ыдырау дәржесінің реагенттердің өзара әрекеттесу ұзақтығына тәуелділігі 4-суретте 

көрсетілген.  Келтірілген  мәліметтерге  сай,  реагенттердің  өзара  әрекеттесу  уақытын  28  мин  ары 

ұлғайту жөнсіз болып табылады.  

Алынған  теңдеу  бойынша  ыдырау  үрдісін  оңтайландыру  әрекеті  фосфатты  шикізатты 

ыдыратудың  шектік  мәні  –  86,91%  келесі  жағдайларда  орын  алатындығын  көрсетті:  ЭФҚ  мәні 

n=0.187, күкірт қышқылының мөлшері 48,7 г/100 г фосфатқа, температура 70

0

С, реагенттердің өзара 

әрекеттесу  уақыты  –  28  мин.  Оңтайлы  жағдайларда  жүргізілген  тәжірибелер  нәтижесінде  алынған 

ыдырау дәрежесінің шектік мәні (86,87%) осы жағдайлар үшін есептелген теңдеу нәтижелерімен сай 

келді.  

 

 

4-сурет. 60

0

С температурада фосфорит ыдырау дәржесінің реагенттердің өзара әрекеттесу 

 ұзақтығына тәуелділігі. 

●   Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е  на ук и

 

№1 2017 Вестник КазНИТУ

 

514

 

 

 

 

 

 

Алдын-ала бірфакторлы тәжірибелерді жүргізу нәтижесінде табиғи фосфат шикізатын фосфор 

және  күкірт  қышқылдары  қоспасымен  біруақытта  және  бірізді  енгізу  арқылы  олардың  ыдырау 

үрдістерінің  мәндерін  салыстыруға  мүмкіндік  берді.  Басқа  да  теңдес  жағдайларда  фосфориттің 

ыдырау дәрежесі қышқылдарды бірізді емес, бір уақытта енгізгенде жоғары мәнге ие болатындығын 

көрсетті.  Осылайша,  фосфоритті  ыдыратуға  күкірт  және  фосфор  қышқылдарының  қоспасын  бір 

уақытта енгізу оңтайлы екендігін дәлелдеді.  

 

ӘДЕБИЕТТЕР 

[1]  Федюшкина  И.  Л.,  Петропавловский  И.  А.,  Суетннов  Л.  Д.,  Ермаков  В.,  Дхпазарова  С.  Л.,  

Исследование  процесса  разложения  фосфорита  Каратау  смесями  фосфорной  и  серной  кислот  в  производстве 

сульфоаммофосфата.—Д\., 1990. — 16с. — Деп. в ВИНИТИ 14.11.90, № 5710. 

[2]  Федюшкина  И.  Д.,  Петропавловский  И.  Д.,  Яхонтова  Е.  Л.  Исследование  растворимости  в  системе 

МgО—СаО—Р

2

0

5

—Н

2

О. —М., 1990. —9 с. —Дсп. в ВИНИТИ 28.09.90, № 5180-В-90. 

[3]  Федюшкина  И.  Д.,  Суетинов  Л.  Д.,  Петропавловский  И.  Д.,  Яхонтова  Е.  Л.,  Спиридонова  И.  А. 

Анализ процесса разложения фосфорита Каратау смесями фосфорной н серной кислот в системе МgО—СаО— 

Р

2

О

5

—Н

2

0 при получении удобрении типа аммофосфата. —Л1., 1991. — 12с. —Деп. в ВИНИТИ 29.01.91, № -

154-91. 

 

Усенова К.П., Кадирбаева А.А., Абдуразова П.А., Райымбеков Е.Б. 

жүктеу/скачать 28,19 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: