Пичугина Татьяна Георгиевна. Исследование процесса термогидролиза ультрафосфатов натрия и калия и синтез солей на их основе

Короткий опис

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК
На правах рукописи
ПИЧУГИНА Татьяна Георгиевна
: УДК 631.85:661.62
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОГИДРОЛИЗА УЛЬТРАФОСФАТОВ НАТРИЯ И КАЛИЯ И СИНТЕЗ СОЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ"
02.0.

01 - неорганическая химия

Научные руководители:
старший научный сотрудник,
...-.кандидат химических наук С.И.КАЛМЫКОВ
■старший научный сотрудник, кандидат химических наук Н.П.ШЕВЧЕНКО
Алма-Ата - 1985

СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение................. *........................... 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Краткая характеристика конденсированных фосфатов.
Области их применения....................................... 6
1.2. Синтез конденсированных фосфатов. . ........................ 10
1.3* Структура и свойства ультрафосфатов ......................... 17
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Характеристика исходных материалов........................... 22
2.. 2. Методика проведения опытов и анализов....................... 22
3. СИНТЕЗ УЛЬТРАФОСФАТОВ КАЛИЯ И НАТРИЯ........................... 28
4. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СТЕКЛОВИДНЫХ УЛЬТРАФОСФАТОВ
НАТРИЯ, КАЛИЯ И КАЛЬЦИЯ........................... ...... 43
5. ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ УЛЬТРАФООФАТОВ КАЛИЯ И
НАТРИЯ ПРИ НАГРЕВАНИИ. ..... .”. ............................. 56
5.1. Термогидролиз ультрафосфатов калия............................... 56
5.2. Термогидролиз ультрафосфатов натрия.............................. 79
6. ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ УЛЬТРАФОСФАТОВ НАТРИЯ И
КАЛИЯ В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ '
6.1. Термогидролиз ультрафосфатов натрия в присутствии
NaOH....................................................................................................... 97
6.2. Исследование взаимодействия ультрафосфатов натрия и
калия с аммиаком............................................ II7
7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕРМОГИДРОЛИЗА УЛЬТРАФОСФАТОВ
КАЛИЯ В АППАРАТЕ ТИПА КИПЯЩЕГО СЛОЯ . . . .". .... 133
8. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ
ТРИПОЛИФОСФАТОВ НАТРИЯ ИА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕНТАРНОГО ФОСФОРА. ПРОГНОЗНАЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕТОДА. . . . 146
Выводы........................ 151
Список литературы............. 154

Список літератури

ВЫВОДЫ
I» Исследован процесс получения чистых солей натрия и калия на основе элементарного фосфора, состоящий из стадий образования ультрафосфатов и их термогидролиза в атмосфере водяных паров.
2. Изучено строение стекловидных ультрафосфатов натрия и ка­лия и показано, что они представляют собой не смесь полимергомо­логов, а являются индивидуальными веществами, характеризующимися регулярным чередованием структурных единиц: через равное коли­чество срединных групп следует точка разветвления (в случае ульт­рафосфата натрия - триметафосфатное кольцо, так как третичный тетраэдр содержится в цикле), т.е. средняя степень полимеризации полифосфатных участков между двумя точками разветвления в преде­лах одного состава - постоянная величина. Она не зависит от при­роды катиона и определяется, в основном, молярным отношением Ме0(Ме20):Р205.
3. Установлено, что под действием водяных паров ультрафосфа­ты натрия и калия расщепляются с выделением фосфатных составляю­щих, ранее скрепленных в структуре точками разветвления. Дальней­шее протекание процесса,а также конечный состав образующихся фос­фатов определяется природой катиона, температурой, давлением во­дяных паров в зоне реакции и кислотностью (или щелочностью) сре­ды.
4. Определено, что деструкция ультрафосфатов натрия и калия по точкам разветвления описывается уравнением реакции первого по­рядка. Рассчитаны константы скорости расщепления ультрафосфатов Na и К. Показано, что в статических условиях процесс вначале идет в кинетической области,а по мере накопления продуктов реак­ции переходит в диффузионную.В динамических условиях величина ки­нетического параметра определяется размером гранул ультрафосфата.
5. Установлен механизм термогидролиза ультрафосфатов натрия и калия и его особенности в зависимости от катиона. Для ультра­фосфата натрия процесс термогидролиза при 300°С и Рн 0= 23,8 -
о ^
149,0 мм рт.ст. и при 400 0 независимо от парциального давления
водяных паров заканчивается образованием продукта моносостава -
триметафосфатом. Термогидролиз ультрафосфатов калия независимо от
температуры и давления водяных паров заканчивается образованием
смеси полимергомологов, степень конденсации которых с повышением
Рн 0 и уменьшением температуры снижается,
2
6. Проведена термодинамическая оценка реакций термогидролиза ультрафосфата натрия в щелочной среде и показана возможность обра­зования триполифосфата натрия и двойных натрий-калиевых триполи- фосфатов,
0 привлечением метода планирования эксперимента найдены ус­ловия синтеза триполифосфата, основного компонента синтетических моющих средств,
7. Исследован термогидролиз ультрафосфатов натрия и калия в присутствии аммиака. Показано, что он представляет собой двухсту­пенчатый процесс, первая стадия которого - расщепление точек раз­ветвления и образование реакционных центров в виде Р-ОН-групп, вторая - нейтрализация их аммиаком. Содержание активных центров, способных к фиксации кн^, определяется типом поперечных связей
в структуре ультрафосфата, их количеством, а также глубиной гидро­литической деградации ультрафосфата,
8. Установлено, что в продуктах гидропиролиза ультрафосфатов в водоаммиачной атмосфере азот находится как в аммонийной, так и амидной формах, образующихся за счет циклических фосфатов. Для ультрафосфата натрия количество щ -групп определяется содержа­нием триметафосфатных колец, содержащихся в его структуре, а для

калия - содержанием циклов, образующихся при гидролизе длинноце­почечных фосфатов.
9, Термогидролиз ультрафосфатов калия в присутствии аммиака позволил получить соли, соотношение N:P:K в которых определя­ется составом исходного ультрафосфата, парциальным давлением HgO и KHj, температурой и длительностью реакции. Изучена кинетика данного процесса в аппарате с псевдоожиженным слоем. Показана возможность получения продуктов с хорошими физическими свойства­ми как в виде аммонизированного ультрафосфата калия, так и на его основе - азотнокалийных фосфатов. Агрохимические испытания таких продуктов в качестве источника фосфорного питания на куль­туре сахарной свеклы показали их высокую эффективность как удоб­рения.
10. Установлена возможность переработки элементарного фосфо­ра на фосфаты натрия и калия заданного состава, минуя стадии по­лучения фосфорной кислоты и ее передела. Разработаны способы по­лучения натриевого, двойного натрий-калиевого триполифосфатов, триметафосфата натрия и высококонцентрированного NPK удобрения пролонгированного действия.
Прогнозная технико-экономическая оценка разработанных спосо­бов показала, что при реализации их в промышленности может быть получен значительный экономический эффект.