Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет

Географический факультет

Контрольная работа по курсу

Технико-экономические основы производства

Студента 2-ого курса

Заочного отделения

Географического факультета

Специальность геоэкология

Машука Глеба Геннадьевича

Научный руководитель:

Казакова Татьяна Леонидовна

Минск 2009

Оглавление

Введение

Глава 1 Добыча, обогащение, получение фосфорных удобрений

1.1 Производство фосфорной кислоты

1.2 Производство фосфорных удобрений

Глава 2 Применение фосфорных удобрений

Заключение

Список использованных источников

Введение

Различные удобрительные средства типа золы, мергеля, органических остатков в практике возделывания культурных растений использовались в течение тысячелетий. Однако лишь в конце XVIII—середине XIX вв. в связи с успехами в развитии естественных наук стало возможным познание сущности корневого и воздушного питания растений, а следовательно, научно обоснованное применение удобрений. Удобрения (туки), предназначены для улучшения питания растений и свойств почв. Удобрения подразделяют на прямые (содержат непосредственно элементы питания растений) и косвенные (улучшают свойства почв; напр., гипс, известь).

Оптимальный рост растений зависит от климатических факторов (световой, тепловой, водный, воздушный режимы), обеспеченности питательными элементами, а также от структуры и кислотности почв, содержания в них гумуса и других свойств. Все почвы обладают значительным запасом питательных веществ, но большая часть их находится в малодоступной форме. Поэтому для оптимизации питания растений в почву вносят удобрения.

В составе растений обнаружено более 70 хим. элементов. Для нормального роста растений нужны только 15: С, О, H, N, P, К, Ca, Mg, S, В, Fe, Mn, Cu, Mo, Zn. Каждый из этих элементов выполняет в растениях свою специфическую роль и не может быть заменен. Ряд исследователей считает Si необходимым элементом (напр., для риса). Для отдельных культур установлена полезность Na, Со и Cl. Вода - являющаяся источником H и О, имеется обычно в достаточных количествах. Углерод и кислород поглощаются растениями из атмосферы в виде CO2; дополнительное обеспечение им требуется лишь в теплицах.

Основатель первой опытной станции Дж. Лооз (Англия) в 1843 г. впервые изготовил промышленное минеральное удобрение суперфосфат, успешное применение которого вместе с селитрой из Чили, а затем и калийными солями из Германии положило начало развитию туковой промышленности.

Область применения соединений фосфора огромна и не представляется возможным дать всеохватывающий ее обзор. Определение А.Е.Ферсмана: «Фосфор – элемент жизни…» находит повсеместное подтверждение. Фосфор – элемент не только биологической жизни, но и повседневной, действительно, фосфорсодержащие соединения используются в сельском хозяйстве, медицине, фармакологии, научных исследованиях, пищевой и химической промышленности, строительстве, металлургии, технике и, наконец, в повседневном быту. Такая ситуация была не всегда, и на протяжении долгого времени после открытия Бранда фосфор оказывался замешанным во многих скверных историях, все началось со спекуляций самого Бранда и его последователей. Далее «таинственные» вспыхивающие надписи на стенах в храмах и «чудо самовоспламенения свечей». Долгое время бытовали предрассудки и суеверия, связанные с «блуждающими» огнями, возникающими иногда над болотами и являющимися следствием самовоспламенения фосфина.

Фосфор - один из важнейших элементов питания растений, так как входит в состав белков. Если азот в почве может пополняться путем фиксации его из воздуха, то фосфаты - только внесением в почву в виде удобрений. Главные источники фосфора - фосфориты, апатиты, вивианит и отходы металлургической промышленности - томасшлак, фосфатшлак. Все фосфорные удобрения - аморфные вещества, беловато-серого или желтоватого цвета. Основные из них - суперфосфат и фосфоритная мука.

Глава 1 Добыча, обогащение, получение фосфорных удобрений

1.1 Производство фосфорной кислоты

Фосфорные кислоты - кислородные кислоты фосфора, представляющие собой продукты гидратации фосфорного ангидрида. Различают ортофосфорную кислоту (обычно называемую фосфорной кислотой) и конденсированные Ф. к. Наиболее изучена и важна ортофосфорная кислота H₃PO₄, образующаяся при растворении P₄O₁₀ (или P₂O₅) в воде.

Ортофосфорная кислота - бесцветные гидроскопические кристаллы, плотность 1,87 г/см³, t_пл 42,35 ?С, известен кристаллогидрат H₃PO₄×¹/₂ H₂O с t_пл 29,32 ?С. Плотность обычно широко применяемой 85%-ной H₃PO₄ при 25 ?С 1,685 г/см³ вязкость при 20 ?С 47×10^-3 мн×сек/м², удельная теплоемкость в интервале температур 20-120 ?С 2064,1 дж/кг×К (0,493 кал/г ?С). С водой H₃PO₄ смешивается в любых отношениях Константы диссоциации при 25 ?С K₁ = 7×10^-3, K₂ = 8×10^-8, K₃ = 4×10^-13. Ортофосфорная кислота трехосновная, средней силы. Образует три ряда солей - фосфатов. При нагревании растворов кислоты происходит её дегидратация с образованием конденсированных фосфорных кислот.

В промышленности ортофосфорную кислоту получают экстракционным (сернокислотным) или термическим способами. Экстракционный способ заключается в разложении фосфатов природных серной и фосфорной кислотами:

Ca₅F (PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + nH₃PO₄ = (n+3) H₃PO₄ + 5CaSO₄ + HFи последующим разделением на фильтрах образовавшейся кислоты и нерастворимого CaSO₄. Термический способ основан на сжигании фосфора до фосфорного ангидрида P₄ + 5O₂?? P₄O₁₀ и гидратации последнего P₄O₁₀ + 6H₂O = 4H₃PO₄. Промышленная ортофосфорная кислота - важнейший полупродукт для производства фосфорных и комплексных удобрений и технических фосфатов, широко используется также для фосфатирования металлов, в качестве катализатора в органическом синтезе. Пищевая фосфорная кислота применяется для приготовления безалкогольных напитков, лекарств, зубных цементов и т.д.

Конденсированные (полимерные) фосфорные кислоты подразделяются на полифосфорные с линейным строением фосфатаниона общей формулы H_n+2P_nO_3n+1, метафосфорные с циклическим строением фосфатаниона общей формулы (HPO₃)_n и ультрафосфорные кислоты, имеющие разветвленную, сетчатую структуру. Наибольшее практическое значение имеют полифосфорные кислоты. Из полифосфорных кислот наиболее полно изучена дифосфорная (пирофосфорная) кислота H₄P₂O₇, выделенная в кристаллическом виде в двух формах с температурами плавления 54,3 ?С и 71,5 ?С. Пирофосфорная кислота четырёхосновна, константы диссоциации при 18 ?С K₁ = 1,4×10^-1, K₂= 1,1×10^-2, K₃= 2,1×10^-7, K₄= 4,1×10^-10. Три- и тетраполифосфорные кислоты выделены в виде разбавленных растворов. Существование более конденсированных Ф. к., содержащих до 12 атомов в цепи, доказано методом бумажной хроматографии. Полифосфорные кислоты - полиэлектролиты. Циклические метафосфорные кислоты (например, H₃P₃O₉, H₄P₄O₁₂) представляют собой сильные кислоты. Ультрафосфорные кислоты мало изучены.

Конденсированные Фосфорные кислоты получают дегидратацией ортофосфорных кислот, гидратацией фосфорного ангидрида соответствующим количеством воды, а также путем ионного обмена из соответствующих конденсированных фосфатов. Применяют в основном для производства высококонцентрированных фосфорных удобрений, в качестве катализаторов при получении нефтепродуктов и в органическом синтезе, для производства различных полифосфатов.

1.2 Производство фосфорных удобрений

Для производства фосфорных удобрений используют природные залежи фосфорсодержащих руд - фосфоритов и апатитов. Большая часть мировых запасов фосфора приходится на морские (осадочные) фосфориты и продукты их выветривания. Предполагается, что они океанического происхождения. В прибрежных регионах пояса пассатов на протяжении долгого периода происходило отложение фосфатов вследствие различных органических и неорганических процессов. Концентрация фосфоритов в месторождении увеличивалась в результате медленной аккумуляции фосфатов из окружающей среды. Крупнейшими месторождениями осадочных фосфоритов владеют Марокко (70% от мировых запасов фосфатов) и Западная Сахара, США, Китай, Тунис, Казахстан. Фосфориты - осадочные горные породы, сложенные минералами из группы апатита. Наиболее распространенный фосфатный минерал - фторкарбонатапатит (франколит), отличающийся от апатита наличием в структуре анионов CO^2-₂, изоморфно замещающих с образованием непрерывного ряда от фторапатита до карбонатапатита (курскита); иные изоморфные замещения: атомов Ca на Sr, Na и др.; атомов F на ОН^-, Сl^-, и т.д.; на . Ф. содержат также нефосфатные минералы: основные - глауконит, доломит, кальцит, кварц, халцедон; второстепенные - глинистые, алюмосиликатные, пирит, гидроксиды Fe. В Ф. присутствуют также орг. в-во (фосфатизированные обломки ихтиофауны, рептилий, моллюсков и т. п.), часто U, РЗЭ (лантаноиды цериевой группы), Sr, реже примеси Pb, V, Sc, Zr, Se и др. Ф. имеют обычно темный (до черного), серый, буро-серый, редко белый, иногда зеленый, красный и желтый цвет; плотность 2,8-3,0 г/см³; твердость по минералогической шкале 2-4; содержание P₂O₅ от 5 до 38-40% по массе (Фосфор - один из главных промышленных источников P и сырья для производства фосфорных удобрений).

Фосфориты подразделяют на морские и континентальные. Среди морских фосфоритов выделяют пластовые, или микрозернистые (разновидность - оолитово-микрозернистые), зернистые, желваковые, ракушечные; среди континентальных - породы коры выветривания (карстовые, вторичные, или остаточные) и органогенные (гуано). В СНГ промышленное значение имеют в основном оолитово-микрозернистые, желваковые и ракушечные фосфориты, залегающие преимущественно в России и Казахстане.

Оолитово-микрозернистые Ф. (Каратауский бассейн, Казахстан) сложены округлыми фосфатными зернами и оолита-ми (агрегаты шаровой и эллипсоидной формы) размерами 0,07-0,30 мм, содержат 20-35% P₂O₅. Фосфориты Каратау труднообогатимы, поэтому кислотной переработке на растворимые удобрения подвергают непосредственно руды, содержащие не менее 24,5% P₂O₅; другое направление использования - электротермическое восстановление с получением желтого фосфора.

Желваковые фосфатиты - фосфатные конкреции (желваки) размерами от 0,03-0,05 до 15-30 см и более (6-12% P₂O₅). Грохочением и промывкой из них получают концентрат (от 16-18 до 22-23% P₂O₅), флотацией которого содержание P может быть немного повышено. Если основная примесь в таких концентратах - кварц, их можно перерабатывать на растворимые удобрения (Чилисайское месторождение, Казахстан). Из-за высокого содержания Fe₂O₃ и Al₂O₃ концентраты из фосфоритов самых крупных месторождений этого типа (Вятско-Камское, Егорьевское) непригодны для кислотной переработки.

Ракушечные фосфориты развиты в Прибалтийском бассейне (месторождения Кингисеппское, Маарду и др.) и представлены фосфатными раковинами, сцементированными кварцевым песком (мощность пластов от нескольких десятков см до 1-2 м). Руды бедные (6-14% P₂O₅), но хорошо обогащаются флотацией (28-30% P₂O₅).

Мировые запасы Ф. 42,8 млрд. т (1984). В СССР запасы Ф. исчислялись 968,8 млн. т (в пересчете на P₂O₅; 1984), что составляло 53% от общих разведанных запасов фосфатных руд (остальное - апатитовые руды); в добыче фосфатов доля фосфоритов значительно ниже (около 27%; 1984). Наибольшими ресурсами фосфоритами располагают США, Марокко и др. страны Сев. Африки и Ближнего Востока, а также Перу; в этих странах запасы фосфатного сырья представлены почти исключительно Ф.

Основную часть фосфоритов (до 90%) используют в промышленности фосфорных удобрений и фосфорных солей, небольшую - в черной и цветной металлургии, производстве керамики и стекла, для попутного извлечения в промышленности масштабе ряда РЗЭ.

Апатит – это фосфорнокислый кальций, но внешний вид его такой разнообразный и странный, что недаром старые минералоги назвали его апатитом, что значит по-гречески «обманщик»: то это прозрачные кристаллики, до мелочей напоминающие берилл или даже кварц, то это плотные массы, неотличимые от простого известняка, то это радиально-лучистые шары, то порода зернистая и блестящая, как крупнозернистый мрамор.

Апатиты – разновидность фосфоритов, они могут быть как магматического, так и морского (осадочного) происхождения. Название это было дано группе минералов около двухсот лет назад, и в переводе с греческого означает «обманчивый» (apátán), изначально так называли минерал, который часто путали с аквамарином, аметистом или оливином. Апатитовые минералы представлены фторапатитом Ca₅(PO₄)₃F (промышленно наиболее значимый), гидроксиапатитом Ca₅(PO₄)₃(OH) и хлорапатитом Ca₅(PO₄)₃Cl, франколитом (разновидность карбонатапатита) (Ca,H₂O)₁₀(F,OH)₂(PO₄,CO₃)₆, вилькеитом Ca₁₀(OH)₂(PO₄,SiO₄,SO₄)₆, пироморфитом Pb₁₀Cl₂(PO₄,AsO₄)₆ и многими другими. Наиболее крупные месторождения магматического апатита находятся в России, странах Южной Африки (щелочной комплекс Палабора), Уганде и Бразилии. Крупнейшее в мире магматическое месторождение апатита – Хибинский массив нефелиновых сиенитов – залегает на Кольском полуострове, близ Кировска. Он был открыт в 1926 группой ученых под руководством академика А.Е.Ферсмана.