МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Инженерно-технологический факультет
Кафедра химии
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ»
ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ 5В072000- ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
СЕМЕЙ 2014
Поскольку в химической лаборатории находятся электроприборы, газ,
ядовитые и огнеопасные вещества, студенты должны строго соблюдать
правила внутреннего распорядка и техники безопасности.
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ,
ОФОРМЛЕНИЮ И ЗАЩИТЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Перед тем как приступить к выполнению лабораторных работ,
требуется получить допуск. Для этого необходимо подготовить письменно
основную теорию по заданной работе, уяснить цели, задачи, порядок
проведения эксперимента. Для подготовки достаточно использовать
теоретический материал, приведенный в учебниках и данном практикуме
непосредственно внутри каждой лабораторной работы.
После выполнения эксперимента по лабораторной работе, расчета
необходимых величин, построения графиков работа защищается.
Оформленные в соответствии со стандартом лабораторные работы
должны содержать следующие пункты:
1. Цель работы.
2. Краткое теоретическое введение.
3. Описание методики эксперимента.
4. Результаты исследования и расчеты.
5. Выводы по работе с обоснованием возможных отклонений от
теоретических величин.
Защита лабораторных работ проводится во время аудиторного занятия.
На защите лабораторной работы проверяются выполненные расчеты,
оцениваются качество оформления и правильность построения графиков,
анализируется логичность выводов, оцениваются ответы на теоретические
вопросы, предполагающие знание лекционного материала по данной теме.
Если по теме лабораторной работы на момент ее защиты лекций не было, то
при подготовке теории следует руководствоваться контрольными
вопросами, приведенными в конце лабораторных работ.
К выполнению следующей лабораторной работы не допускаются те,
кто не защитил сделанную.
Общие правила работы в лаборатории. Техника безопасности
Перед тем как преступить к выполнению лабораторных работ,
необходимо ознакомиться с правилами работы в лаборатории.
Без преподавателя или лаборанта в верхней одежде в лабораторию
входить не разрешается. Все личные вещи, не являющиеся необходимыми
для выполнения работы, убираются в специально отведенный для этого
шкаф.
К выполнению лабораторных работ не допускаются пришедшие без
средств
индивидуальной
защиты:
хлопчатобумажный
халат
и
кислотостойкие
резиновые
перчатки
(в
случае
работы
с
концентрированными кислотами).
При работе в лаборатории должны находиться не менее 2 человек.
Во время работы в лаборатории необходимо соблюдать чистоту,
тишину, порядок и правила техники безопасности. На рабочих столах и
вокруг работающих не должно быть ничего лишнего.
На рабочем месте запрещается принимать пищу, пить воду, курить и
использовать химическую посуду как пищевую.
Нельзя приступать к работе до полного уяснения всей техники ее
выполнения.
Запрещается приступать к работе, не согласовав план работы с
руководителем.
Опыты нужно проводить только в чистой химической посуде. После
окончания эксперимента посуду сразу же следует вымыть.
В процессе работы необходимо соблюдать чистоту и аккуратность,
следить, чтобы вещества не попадали на кожу лица и рук, т.к. многие
вещества вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек.
Никакие вещества в лаборатории нельзя пробовать на вкус.
Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или
газы легким движением руки, не наклоняясь к сосуду.
Сосуды с веществами или растворами необходимо брать одной рукой
за горлышко, а другой снизу поддерживать за дно.
Категорически запрещается затягивать ртом в пипетки органические
вещества и их растворы, а также концентрированные кислоты.
Во время нагревания жидких и твердых веществ в пробирках и колбах
нельзя направлять их отверстия на себя и соседей. Нельзя также заглядывать
сверху в открытые нагреваемые сосуды во избежание возможного
поражения кожи и глаз при выбросе горячей массы.
Категорически запрещается выливать в раковины концентрированные
растворы кислот и щелочей, а также различные органические растворители,
сильно пахнущие и огнеопасные вещества. Все эти отходы нужно сливать в
специальные бутыли с надписью «Слив ____» или «Отработанная ____».
После окончания работы, уходя из лаборатории, нужно убрать рабочее
место, выключить нагревательные приборы и тщательно вымыть руки.
Правила работы с кислотами
и горючими веществами
Разбавление кислот производить приливанием кислоты в воду и только
в жаростойких и фарфоровых стаканах, т.к. при этом происходит
значительное выделение тепла. Склянки с концентрированными кислотами
можно переносить только в ведре.
Едкие щелочи следует растворять путем медленного прибавления к
воде небольших кусочков, которые нужно брать щипцами или шпателем.
Переливать концентрированные кислоты можно только при
включенной тяге в вытяжном шкафу. Дверцы шкафа должны быть по
возможности прикрыты.
Запрещается при работе с этиловыми эфиром, спиртом, бензолом,
ацетоном, уксусно-этиловым эфиром и другими горючими и
легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) проводить нагревание на
открытом огне, на сетке, вблизи открытого пламени или в открытых сосудах.
Следует иметь в виду, что легколетучие органические жидкости могут
воспламеняться при отсутствии открытого пламени, при падении на сильно
нагретую поверхность.
Запрещается ЛВЖ выливать в ведра, банки для мусора во избежание
пожара от случайно брошенной спички.
Разлитые кислоты и щелочи следует немедленно нейтрализовать и
лишь после этого проводить уборку.
Запрещается набирать растворы кислот и щелочей, всасывая их ртом в
пипетку.
Первая помощь в лабораториях при ожогах и отравлениях
При термических ожогах следует немедленно делать неоднократные
примочки в месте ожога спиртовым раствором таннина (можно также
смачивать раствором KMnO4 или С2Н5ОН и покрывать мазью от ожогов –
сульфидиновой эмульсией).
При ожогах кислотами сначала нужно хорошо промыть обожженное
место проточной водой, а затем раствором Nа2СО3.
При ожогах едкими щелочами требуется хорошо промыть обожженное
место водой, а затем разбавленной уксусной или борной кислотой.
В случае вдыхания хлора или паров брома следует вдыхать пары
спирта, а затем выйти на свежий воздух.
При попадании в глаза различных химических реагентов нужно
немедленно промыть глаза большим количеством воды в течение 3–5 мин, а
затем раствором HBr (при попадании щелочных реагентов) или раствором
Na2CO3 (при попадании кислых реагентов). После этих мер первой помощи
необходимо немедленно обратиться к врачу.
Тушение местного пожара и горящей одежды
Каждый работающий должен знать, где находятся в лаборатории
средства противопожарной защиты.
При возникновении пожара следует немедленно выключить газ и
электроприборы по всей лаборатории, убрать все горючие вещества
подальше от огня, засыпать песком или накрыть войлочным, шерстяным
одеялом или асбестом очаг пожара. Большое пламя тушат при помощи
огнетушителя.
Если на ком-либо загорится одежда, тушить ее нужно обливанием водой из
душа или немедленно повалить человека на пол и накрыть войлочным
одеялом, которое не снимать до тех пор, пока не погаснет пламя.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Тема: «ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Познакомиться с основными стадиями производства
аммиачной селитры и методами контроля готового продукта по ГОСТ 2–
85. Получить на лабораторной установке аммиачную селитру. Выполнить
анализ готового продукта на определение содержания аммонийного азота
формальдегидным методом.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Аммиачная селитра или нитрат аммония (NH4NO3) – белое
кристаллическое вещество, содержащее 35 % азота в аммиачной NH4+ и
нитратной NO3- формах. Является безбалластным азотным удобрением,
применяется на многих почвах и для различных культур.
Сначала аммиачную селитру получали из натриевой селитры и
сульфата аммония. В настоящее время получают из аммиака и азотной
кислоты.
Нитрат аммония сильно гигроскопичное удобрение и легко
слёживается. Для борьбы с этими явлениями применяют гранулирование,
модифицирующие добавки, обработку гранул ПАВ и опудриванием.
Процесс производства аммиачной селитры состоит из следующих
основных стадий:
1. нейтрализация азотной кислоты газообразным аммиаком;
2. упаривание растворов аммиачной селитры до состояния плава;
3. кристаллизация соли из плава;
4. сушка или охлаждение соли;
5. упаковка.
Нейтрализация азотной кислоты аммиаком – это необратимый
гетерогенный процесс, который протекает с большой скоростью в
диффузионной области по реакции:
NH3(г.) + HNO3(ж.) = NH4NO3(т.) + 144,9 кДж.
Нейтрализацию проводят при температуре 180–200 0С, давлении,
близком к атмосферному, в слабокислой среде – для уменьшения потерь
азота.
Реакция нейтрализации сопровождается интенсивным выделением
тепла, поэтому при промышленной реализации процесса необходимо
решать вопрос о рациональном использовании этого тепла.
В существующем в нашей стране способе производства аммиачной
селитры отвод теплоты реакции осуществляется в нейтрализаторе, в
котором происходит концентрирование получающегося раствора. Поэтому
этот реактор и называется ИТН (использование тепла нейтрализации).
Упаривание растворов аммиачной селитры проводят до состояния
плава с содержанием 94,5-98,5 % NH4NO3 в выпарных аппаратах. Конечная
концентрация плава зависит от способа дальнейшей кристаллизации или
гранулирования.
Из аппарата ИТН выходит раствор NH4NO3, содержащий 60–80 %
основного вещества. Полученный раствор содержит свободную азотную
кислоту. Во избежание коррозии аппаратуры (выпарные аппараты) и потерь
азота – свободную кислоту в растворе нейтрализуют аммиачной водой в
донейтрализаторе.
Кристаллизация аммиачной селитры является важным процессом в
производстве, так как размеры и форма кристаллов влияют на физические
свойства готового продукта.
В настоящее время
промышленность производит для сельского
хозяйства гранулированную аммиачную селитру. Её получают при
кристаллизации соли из плава в грануляционных башнях. Плав в башне
разбрызгивается через вибро-акустические грануляторы. Падающие вниз
капли плава застывают в гранулы в потоке холодного воздуха, который
протягивается вентиляторами противотоком плаву. Современные гранбашни
совмещены с аппаратом кипящего слоя, что позволяет получать
охлаждённую соль в самой башне.
На некоторых заводах кристаллизацию селитры производят на
поверхности вращающегося барабана, охлаждаемого изнутри. С
поверхности этого барабана неподвижным ножом снимается чешуйчатый
влажный продукт. Такой продукт сушат в барабанной сушилке горячим
воздухом до уменьшения содержания влаги.
Сушка соли проводится при соприкосновении нагретого воздуха с
высушиваемой солью. Гранулированная аммиачная селитра содержит не
более 1,5 % влаги, что входит в пределы нормы по влажности. Учитываю
низкую эффективность сушки с такой влажностью – почти все заводы,
выпускающие селитру, не проводят сушку. После гранулирования соль
направляется непосредственно на упаковку.
Упаковка. Аммиачная селитра упаковывается:
1. в пятислойные бумажные мешки, пропитанные битум-автоловой
смесью;
2. в закрытые или клапанные мешки – внутренний мешок изготовляют
из полиэтилена, наружный из полипропилена;
3. насыпью в закрытые железнодорожные бункеры.
Гранулированная
аммиачная
селитра,
получаемая
на
крупнотоннажных агрегатах, должна соответствовать требованиям ГОСТ 2–
85 (таблица).
Нитрат аммония выпускают двух марок: марка А – для
промышленности и марка Б – для сельского хозяйства.
На многих
существующих производствах в
качестве
модифицирующей
добавки
используют
–
магнезиальную
добавку.
Магнезиальная добавка – это водный раствор Mg(NO3)2 и Ca(NO3)2
с массовой долей 35–37 %, получаемый при разложении каустического
магнезита (содержащего не менее 83 % MgO) азотной кислотой по
реакциям:
MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O + Q;
CaO + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O + Q.
Выделение тепла во время реакции приводит к быстрому
повышению температуры и увеличению количества оксидов азота,
образующихся при окислении органических примесей, присутствующих в
каустическом магнезите.
Показатели качества нитрата аммония (ГОСТ 2–85)
Показатель
1. Внешний вид
2. Содержание нитратного и
аммонийного
азота
в
пересчёте:
–
на NH4NO3 в сухом
веществе, %, н/м
Марка
А
Б
Б
высший сорт первый сорт
Белые гранулы без механических
примесей
98
Не нормируется
Не нормируется
– на N в сухом веществе, %,
н/м
3. Массовая доля воды с
добавкой
Ca(NO3)2
и
Mg(NO3)2, %, н/б
Не нормируется
34,4
34
0,3
0,3
0,3
4.
рН 10 %-го водного
раствора, н/м
5. Гранулометрический
состав, %
– от 1 до 3 мм, н/м
5,0
5,0
5,0
93
– от 1 до 4 мм, н/м
– от 2 до 4 мм, н/м
– менее 1, н/б
– более 6 мм
6.
Статическая прочность
гранул с добавкой Ca(NO3)2 и
Mg(NO3)2, Н/гранулу, н/м
7. Массовая доля веществ, не
растворимых
в 10 %-м
растворе HNO3, % н/б
8. Рассыпчатость, %, н/м
Не нормируется
4
0,0
Не нормируется
95
80
3
0,0
Не нормируется
95
50
2
0,0
5
8
8
0,2
Не нормируется
Не нормируется
100
100
100
Поэтому в производстве магнезиальной добавки предусмотрена
очистка воздуха перед выбросом в атмосферу – раствором карбамида. В
результате взаимодействия идёт разрушение оксидов азота до элементарного
азота по реакции:
NO + NO2 + (NH2)2CO + H2O = 2N2↑ + CO2↑ + 3H2O.
В готовом продукте должно содержаться Mg(NO3)2 до 0,35 % в
пересчёте на MgO.
Измерение массовой доли Mg(NO3)2 в пересчёте на MgO проводят
комплексонометрическим титрованием с трилоном Б в присутствии
индикатора эриохрома чёрного Т.
Согласно ГОСТ 2–85, показатели контролируют следующим образом:
1) Содержание NH4NO3 определяют методом титрования
(формальдегидный метод).
2)
Содержание влаги определяют методом сушки в бюксах при
температуре 100 0С и по методу Фишера.
3)
рН среды определяют на рН-метре.
4) Гранулометрический состав определяют с помощью рассеивания
пробы на ситах на специальном устройстве – РКФ-2У. Массовую долю
фракций, полученных путём рассева, определяют взвешиванием каждого
сита.
5) Статическая прочность гранул определяется на основе предельной
силы, необходимой для разрушения гранулы при однократном сжатии
между двумя параллельными плоскостями.
Для анализа выбирают фракцию 2–3 мм.
6) Массовую долю веществ, не растворимых в 10 %-м растворе
HNO3 определяют фильтрованием через фильтрующий тигель.
7) Рассыпчатость. Делается закладка один раз в шесть месяцев,
по истечении которых, мешок с удобрением сбрасывается с высоты один
метр на плоскую поверхность, после чего делают рассев. По определению
массы удобрения оставшегося на сите, делают вывод о рассыпчатости.
3
ПДК NH4NO3 в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м .
Оборудование: установка для получения аммиачной селитры;
титровальная установка; термометр; аналитические и технохимические
весы; электроплитка; воронка стеклянная; фарфоровая чашка; мерные
3
3
цилиндры на 25, 50 см ; пипетки на 5, 50 см ; колба мерная на 250
3
3
см , колбы конические на 100, 250 см ;
Реактивы: растворы NaOH (0,1н., 0,5н., 1н.); раствор аммиака (25 %й); раствор NaOH (20 %-й); H2SO4 (конц.); раствор HNO3 (20 %-й);
формальдегид (40 %-й); дистиллированная вода.
Индикаторы: метиловый красный; фенолфталеин.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:
ПОЛУЧЕНИЕ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ
Получение аммиачной селитры в лабораторных условиях
осуществляется поглощением газообразного аммиака раствором азотной
кислоты в поглотительной колонке барботажного типа. Исходная газовая
смесь для реакции получается пропусканием воздуха через колбу с
аммиаком.
Порядок выполнения работы:
Для получения аммиачной селитры используется лабораторная
установка, схема которой представлена на рисунке.
3
В колбу 4 наливают цилиндром 50 см свежего 25 %-го раствора
аммиака и ставят её на водяную баню 3. Температура бани должна быть
60–70 0С, что контролируется термометром. В поглотительную колбу 6
3
наливают пипеткой 50 см 20 %-го раствора азотной кислоты. В колбу 5
заливают 20 %-й раствор щёлочи – для осушки газа. Открывают кран 2,
включают компрессор 1 и в течение 60 минут подают воздух. Скорость
подачи регулируется равномерным пробулькиванием газа в поглотительных
склянках. Выхлопные газы улавливаются в кислотной ловушке 7.
По истечении указанного времени закрывают кран, выключают
компрессор и приступают к анализу.
Проводят анализ азотной кислоты до и после поглощения ею
3
аммиака. Для анализа берут пробу пипеткой объёмом 5 см
из
поглотительной колбы 6 до и после получения аммиачной селитры.
3
Аликвоту переносят в коническую колбу на 100 см и титруют
1н.
раствором NaOH в присутствии индикатора метилового красного до
перехода окраски из розовой в жёлтую.
Схема установки для получения аммиачной селитры
1 – компрессор, 2 – регулировочный кран, 3 – водяная баня,
4 – колба с 25 %-м раствором аммиака, 5 – колба с 20 %-м раствором NaOH,
6 – поглотительная колба с 20 %-м раствором HNO3, 7 – колба с H2SO4
(конц.) для поглощения выхлопных газов
После проведения анализа, маточный раствор из колбы 6
переливают в фарфоровую чашку, ополаскивают колбу дистиллированной
водой, и осторожно, на водяной бане, упаривают до образования
поверхностной пленки. Далее полученные кристаллы высушивают на
воздухе. После чего определяют выход готового продукта.
Обработка результатов
3
Содержание азотной кислоты (г/дм ) до и после нейтрализации
вычисляют по формуле
𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 · 0,063 · 1000
СHNO3 =
𝑉ал
где VNaOH – объём 1н. раствора NaOH, пошедшего на титрование
3
пробы, см ;
Vал
–
объём аликвоты
азотной
кислоты,
взятой на
3
титрование см ;
3
0,063 – титр HNO3 по 1н. раствору NaOH, г/см .
Количество азотной кислоты, прореагировавшей в результате
нейтрализации, определяют по разности концентраций HNO3 до и после
образования аммиачной селитры с учётом количества HNO3, взятой на
образование NH4NO3.
Массу прореагировавшей азотной кислоты (г) определяют по формуле:
(С
𝐻𝑁𝑂3 (1)−С𝐻𝑁𝑂3 (2))·𝑉к·
эксп𝐻𝑁𝑂
=
3
1000
𝑚
концентрация
HNO3
после
3
нейтрализации соответственно, г/дм ;
Vк
– объём HNO3, взятой на образование
3
аммиачной селитры, см
где
СHNO3 (1) , СHNO3(2)
–
до
и
раствора
Количество нитрата аммония (г) – максимально возможное, которое
можно получить в данном процессе в результате нейтрализации, определяют
по уравнению, используя формулу:
m теор NH4 NO3=
где
80 эксп𝐻𝑁𝑂3
𝑚
63
80 – молярная масса аммиачной селитры, г/моль; 63 – молярная масса
азотной кислоты, г/моль.
Высушенные кристаллы взвешивают на технохимических весах и
вычисляют выход
продукта,
сравнивая
полученный
результат с теоретическим значением
, делают вывод по
m теор
работе.
NH4 NO3
АНАЛИЗ ГОТОВОГО ПРОДУКТА
В аммиачной селитре азот содержится в аммонийной и нитратной
формах, поэтому анализ на содержание азота в NH4NO3 проводят по двум
составляющим
NH4+
и
NO3–.
Азот, находящийся в удобрении в виде
NH4+, определяют несколькими
методами.
Наиболее
простой
и
удобный
метод
определения
аммонийного азота в аммиачной селитре – формальдегидный. Определение
азота по этому методу производится в одну операцию – титрованием.
Однако при наличии в нитрате аммония примесей (NH4)2SO4 или NH4Cl
или других аммонийных солей они также включаются в определяемое
количество азота. Поэтому, наряду с определением в нитрате аммония
аммонийного азота по формальдегидному методу необходимо также
установить содержание в нём нитратного или общего азота.
Определение общего количества азота можно осуществить путем
восстановления нитрата активными металлами (сплавом Деварда) или
раствором хлорида железа (II).
В данной работе рассмотрено определение аммонийного азота
формальдегидным методом.
Определение содержания аммонийного азота формальдегидным методом
При взаимодействии формальдегида с нитратом аммония образуется
гексаметилентетраамин
C6H12N4
(уротропин)
c
выделением
эквивалентного количества соответствующей кислоты в свободном
состоянии:
4NH4NO3 + 6HCOH = C6H12N4 + 4HNO3 + 6H2O.
Выделившуюся кислоту оттитровывают раствором гидроксида натрия
(едкого натра) в присутствии фенолфталеина.
Химизм процесса указывает на недопустимость содержания в соли в
качестве примесей кислот и соединений, реагирующих с выделяющейся
кислотой, например, карбонатов. В первом случае получатся завышенные
результаты, во втором заниженные, например:
(NH4)2CO3 + 6HCOH = C6H12N4 + 2H2CO3 + 6H2O.
Заниженные результаты получаются в результате разложения
образующейся H2CO3 на оксид углерода (IV) и воду (в присутствии
сильных кислот). Во избежание этого применяют раствор формальдегида,
предварительно нейтрализованный раствором щелочи в присутствии
фенолфталеина.
Порядок выполнения работы
Соль
NH4NO3 ≈ 2
г, взвешивают
на
аналитических весах,
3
количественно переносят в мерную колбу ёмкостью 250 см , смывая
соль через воронку дистиллированной водой, и доводят объём раствора в
колбе водой до метки. Содержимое колбы тщательно перемешивают.
Далее
соль
оставляют
на
время, в течение которого проводят
нейтрализацию формальдегида.
Раствор 40 %-го формальдегида (формалин) предварительно
нейтрализуют для удаления примеси муравьиной кислоты. Для этого
3
цилиндром отбирают 20 см
формалина, переносят в коническую
3
3
колбу ёмкостью 250 см , прибавляют 50 см дистиллированной воды,
две капли фенолфталеина и нейтрализуют 0,1н. раствором NaOH до
появления слабо- малинового окрашивания.
Из приготовленного ранее раствора соли отбирают пипеткой пробу
3
3
объёмом 50 см и переносят её в коническую колбу ёмкостью 250 см
с нейтрализованным раствором формалина. Добавляют две капли
фенолфталеина и перемешивают в течение двух минут, после чего
оттитровывают выделившуюся кислоту 0,5н. раствором NaOH до
появления слабо-малиновой окраски.
Обработка результатов
Содержание NH4NO3 в технической пробе (%) рассчитывают по
формуле:
𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 · 𝑇𝑁𝐻 4 𝑁𝑂3 · 𝑉 · 100
к
ХNH4NO3 =
𝑉
m · ал
где
VNaOH– Объём 0,5н. раствора NaOH, пошедшего на
3
титрование пробы, см ;
3
Vал
объём аликвоты, см ;
3
Vк объём приготовленного раствора селитры, см ;
– титр NH4NO3 по 0,5н. раствору NaOH, г/см3 ;
TNH 4 NO3
3
TNH 4 NO3 = 0,04 г/см ;
m – масса аммиачной селитры, г.
Содержание аммонийного азота (%) в NH4NO3 вычисляют по
формуле:
где N NaOH
– эквивалентная концентрация NaOH, моль/дм3;
14,007 – молярная масса эквивалента азота, г/моль.
Полученное значение
сравнивают
значений XNH4NO3
(%) делают
основного вещества в пробе.
с теоретическим. На основе
заключение о содержании
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Студенты допускаются к работе только после прохождения инструктажа
по технике безопасности, изучения инструкций и росписи в журнале.
В целях безопасности ведения лабораторной работы следует выполнять
следующее правила:

Выполнять работу строго по методическим указаниям.

Работать в халате, в случае необходимости использовать
индивидуальные средства защиты.

Не разрешается оставлять включённую установку без
наблюдения.

Строго соблюдать правила работы со стеклянной посудой,
реактивами и электроприборами, изложенные в общей инструкции по
технике безопасности в химической
лаборатории.

Сливать отработанные растворы в специально предназначенные
для этих целей ёмкости.

Осторожно
работать
с
формалином.
Он
оказывает
раздражающее действие на дыхательные пути, глаза, кожные покровы.

Знать правила оказания первой помощи при работе со стеклом,
кислотами, щелочами и получении термических ожогов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Расскажите об основных свойствах и применении нитрата аммония.
2. Какие вы знаете способы получения аммиачной селитры?
3. Назовите основные стадии получения аммиачной селитры в агрегатах
большой единичной мощности.
4. Какие существуют способы борьбы со слёживаемостью?
5. В каких целях используют чешуйчатую и кристаллическую аммиачную
селитру, в чём состоят технологические особенности производства такого вида
селитры?
6. Охарактеризуйте стадию нейтрализации и кристаллизации в производстве
нитрата аммония.
7. В чём особенности упарки и сушки на современных производствах
аммиачной селитры?
8. Как называется основной аппарат в технологии получения аммиачной
селитры? Опишите его конструктивные особенности.
9. Перечислите методы гранулирования минеральных удобрений. Для чего
используется «грануляционная башня», «аппарат с кипящим слоем»?
10. Показатели качества нитрата аммония – ГОСТ 2–85.
11. Каким способом можно улучшить свойства аммиачной селитры?
12. Что такое магнезиальная добавка?
13. Чем проводится очистка воздуха перед выбросом в атмосферу в
производстве магнезиальной добавки?
14. Каким образом контролируются показатели в производстве нитрата
аммония?
15. В чём заключается сущность формальдегидного метода?
16. Для чего нейтрализуют формальдегид при определении аммонийного
азота?
17. В чём сущность метода отгонки со сплавом Деварда при анализе азота в
аммиачной селитре?
18. Как можно определить содержание азота в азотных удобрениях? В чём
состоит сущность анализа азота в аммонийной и нитратной формах?
19. Сопоставьте массовые доли азота в следующих удобрениях: NaNO3,
(NH4)2SO4, NH4NO3. Какое из
этих удобрений может быть названо
высококонцентрированным?
20. ассчитайте, сколько кг аммиачной селитры нужно внести под сахарную
свеклу при норме на гектар 75 кг N.
21. Что вы знаете о путях усовершенствования производства аммиачной
селитры?
22. Какие ещё виды азотных удобрений вы знаете?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Т е м а : « ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ПРОСТОГО СУПЕРФОСФАТА»
ЦЕЛЬ: практические изучение условий получения простого суперфосфата
и знакомство с аналитическим контролем его производства.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Простой суперфосфат получают разложением фосфатных руд серной
кислотой. Он содержит 65-72% твердых веществ и 28-35% жидкой фазы.
Твердые фазы: фосфаты кальция, магния, железа, алюминия, сульфата кальция,
не разложенные минералы и др. Жидкая фаза состоит из водного раствора
фосфорной кислоты, насыщенного монокальцийфосфатом.
Качество суперфосфата оценивается по содержанию усвояемой Р2О5 в
форме водорастворимых соединений /Н3РО4, Са(Н2РО4)2, Mg(Н2РО4)2/ и
веществ, растворимых в цитратном растворе (СаНРО4, MgНРО4, частично
фосфаты железа и алюминия). Продукт содержит от 14 до 21% Р2О5 усв.
Основные реакции и расчет расходных коэффициентов
Сущность производства суперфосфата из апатита состоит в том, что
нерастворимая в воде нейтральная трехкальциевая соль ортофосфорной
кислоты Са3(РО4)2, содержащаяся в природных фосфатах в виде минерала
кальцийфторапатита
3Са3(РО4)2·СаF2,
превращается
в
растворимые
соединения, преимущественно монокальцийфосфат Са(Н2РО4)2 и частично в
свободную фосфорную кислоту и дикальцийфосфат СаНРО4.
Суммарная реакция разложения апатита серной кислотой:
2Са5(РО4)3F + 7Н2SO4+6,5Н2О = 3Са(Н2РО4)2Н2О+7СаSO4·0,5Н2О + 2НF (1)
на самом деле реакция разложения апатита серной кислотой протекает
в две стадии.
В первой стадии фторапатит реагирует с серной кислотой:
Са5(РО4)3F + 5Н2SO4+2,5Н2О = Н3РО4+5СаSO4·0,5Н2О + НF
(2)
Вторая стадия реакция протекает с затухающей скоростью и может
длиться до 15-30 суток:
Са5(РО4)3F + 7Н3РО4+5Н2О = 5Са(Н2РО4)2Н2О+НF
(3)
Процесс кислотного разложения фосфоритов Каратау, в отличие от
разложения апатита, протекает в три стадии.
Первая стадия реакции:
Са5(РО4)3F + 5Н2SO4 =5СаSO4+3 Н3РО4+НF
(4)
Ca,Mg(CO3)2+2Н2SO4 = СаSO4+MgSO4+2СО2+2Н2О
(5)
MgSO4+2Н2SO4 = MgSO4+SiO2+2Н2О
(6)
Заканчивается образованием водного раствора, содержащего фосфорную
кислоту и сульфат магния.
Вторая стадия реакции:
Са5(РО4)3F + 5MgSO4 + 7Н3РО4 = 5СаSO4+ Mg(Н2РО4)2+НF
(7)
По завершении 2-й стадии в жидкой фазе остаются в основном Н3РО4,
Mg(Н2РО4)2 и Н2О.
Третья стадия реакции состоит в разложении остаточного апатита
фосфорной кислотой в присутствии Mg(Н2РО4)2:
Са5(РО4)3F + 7Н3РО4= 5Са(Н2РО4)2+НF
(8)
Полуторные оксиды, содержащиеся как в апатитах, так и фосфоритах
образуют фосфаты:
Fe2O3+H2SO4 + Са(Н2РО4)2 = 2FeРО4 + СаSO4+ 3Н2О
(9)
Al2O3+ H2SO4+Са(Н2РО4)2 = 2AlРО4 + СаSO4 + 3Н2О
(10)
Стехиометрический расход серной кислоты
для
апатита
рассчитывается по содержанию в нем Р2О5 по уравнению (1):
7 М H2SO4
3M Р2О5
=
686
426
= 1,61 м.ч./м.ч. Р2О5
а на 100 м.ч. апатита, содержащего а, %т Р2О5
а·1,61= м.ч. H2SO4
при использовании для разложения раствора H2SO4 с концентрацией С.
расход серной кислоты в натуре
a ·1,61
м.ч./100 м.ч. апатита
C
или
a ·1,61
c·ρ
об.ч.,
где ρ- плотность принятого раствора H2SO4.
В случае применения для получения простого суперфосфата фосфорита
Каратау расход серной кислоты рассчитывают по уравнениям 1, 5, 9, 10. В
соответствии с этими уравнениями должны быть приняты следующие
стехиометрические коэффициенты для расчета расхода H2SO4 для
соответствующих оксидов.
7 H2SO4
3 Р2О5
=
7·98
3·142
= 1,61 м.ч.
1 моль H2SO4
1 моль 𝐶О2
=
98
44
= 2,33 м.ч.
1 моль H2SO4
1 моль 𝐹𝑒2О3
=
98
160
= 0,61 м.ч.
1 моль H2SO4
1 моль Al2О3
=
98
102
= 0,96 м.ч.
Расход H2SO4 на фосфорит определенного состава:
N H2SO4=1,61·а1+2,33·а2+0,61·а3+0,96·а4
где а1, а2 ,а3 ,а4 - содержание Р2О5, СО2, Fe2O3,Al2O3 в сырье, проценты.
Расход раствора H2SO4 в массовых или объемных единицах находят,
как было приведено выше.
Практически применяемый расход H2SO4 при переработке фосфоритов
на 3-5% превышает стехиометрический.
Оборудование и реактивы: Сушильный шкаф, химическая посуда,
аналитические и технические весы, фотоколориметр.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА
ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ:
Работа состоит из следующих этапов:
1. Расчет нормы и количества серной кислоты
2. Приготовление простого суперфосфата при заданных условиях опыта
3. Определение содержания общей, усвояемой, водорастворимой и свободной
форм Р2О5 в суперфосфате
4. Расчет показателей производства
При получении суперфосфата в условиях периодического смешения
реагентов отвешивают в фарфоровую чашку 30-100 г апатитового
концентрата или фосфоритной муки. Требуемое количество кислоты
3
помещают в предварительно взвешенный стакан емкостью 0,3-1 дм и ее
0
подогревают до 50-60 С. При достижении заданной температуры всыпают в
стакан постепенно в течение 2-3 мин. Фосфатное сырье. Засыпку производят
при перемешивании смеси механической мешалкой или вручную. По
окончании загрузки сырья пульпу продолжают перемешивать еще в течение
3-4 мин. Затем стакан с суперфосфатной массой помещают в сушильный
0
шкаф, в котором поддерживают температуру 105-110 С. При этой
температуре суперфосфат выдерживают в шкафу в течение 1 часа, что
приближается к режиму созревания суперфосфата в камере. По истечении
указанного времени стакан вынимают из сушильного шкафа, охлаждают и
взвешивают. Затем полученный суперфосфат подвергается анализу на
содержание в нем общей, водорастворимой, усвояемой и свободной форм Р2О5.
В простом суперфосфате все формы Р2О5 можно определить
фотоколориметрическим методом.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗОВ
Определение общей Р2O5
Приблизительно 1-2г простого суперфосфата взвешивают на
аналитических весах с точностью до 0,0002г, переносят в мерную колбу
емкостью 250мл и добавляют 50мл раствора соляной кислоты концентрацией
20%НСI, и кипятят на медленном огне 30мин, добавляя воду по мере
упаривания раствора до объема примерно 50мл. После охлаждения доводят
дистиллированной водой до метки. Тщательно перемешивают и фильтруют,
отбрасывая первые порции фильтрата. Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и
переносят в мерную колбу на 100мл, доливают водой до 50мл, прибавляют
25мл реактива на фосфаты (раствор Г) и доводят водой до метки, тщательно
перемешивают. Через 10...15мин измеряют оптическую плотность
относительно раствора сравнения.
Раствор сравнения готовят одновременно с пробой, в мерную колбу на
100мл берут 25 мл раствора Г и доводят дистиллированной водой до метки.
Раствор сравнения используется для определения всех форм Р2O5 и готовят
один раз.
Содержание P2O5 в массовых процентах вычисляют по формуле:
Р2O5 общ = ( m1 ·V1 ·100) /( m2· V2 ·1000) , %
(11)
где
m1 - масса Р2O5, найденная по калибровочному графику, мг; m2 - масса
анализируемого вещества, г;
V1 - объем мерной колбы (основной раствор), мл.
V2 - объем анализируемого раствора, отобранный на анализ (аликвота), мл.
Определение усвояемой формы P2O5
Приблизительно 1-2г простого суперфосфата взвешивают на
аналитических весах с точностью до 0,0002г помещают в мерную колбу
емкостью 500мл через сухую воронку, смывая навеску раствором трилона Б
(конц.0,2 моль/дм3), предварительно нагретого в стакане до температуры
93±3oС, в количестве 150 мл, затем колбу закрывают пробкой и взбалтывают
на аппарате для встряхивания 20-30мин. Объем раствора доводят до метки,
перемешивают, фильтруют через фильтр “белая лента “, отбрасывая первые
порции фильтрата.
Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и переносят в мерную колбу на
100мл. К раствору добавляют 2мл раствора соляной кислоты (20%), 10-15мл
воды, кипятят 10мин, охлаждают и разбавляют водой до 50мл. Затем
прибавляют 25мл раствора на фосфаты, доливают водой до метки,
перемешивают и через 20-25мин измеряют оптическую плотность,
относительно раствора сравнения.
Содержание
P2O5
в
массовых
процентах
вычисляют
по
вышеприведенной формуле.
Определение водно-растворимой и свободной форм P2O5
4-5 г простого суперфосфата взвешивают на аналитических весах с
точностью до 0,0002г. Помещают в мерную колбу емкостью 500мл. Пробу
заливают 400 мл воды и сразу же перемешивают, чтобы избежать образования
комков. Колбу закрывают пробкой, устанавливают на аппарат для
встряхивания. По истечении 30 мин содержимое колбы доводят до метки,
фильтруют через сухой фильтр “белая лента” в сухую посуду, первые порции
фильтрата отбрасывают.
Отбирают 1 мл фильтрата и переносят в мерную колбу на 100мл. К
раствору добавляют 2 мл раствора соляной кислоты (20% HСl) и 15-20 мл
воды, кипятят 10 мин. Охлаждают и разбавляют водой до 50 мл, затем
прибавляют 25 мл раствора Г, доливают водой до метки, перемешивают и
далее анализируют и рассчитывают как при определении общей формы P2O5.
Для определения содержания свободной формы P2O5 10-50 мл
фильтрата, полученного извлечением P2O5 водой, пипеткой переносят в
коническую колбу, разбавляют водой до 100-150 мл и титруют 0,1M
раствором NaOH в присутствии 3-5 капель метилового оранжевого до
перехода окраски из розового в желтый цвет. Содержание P2O5 своб
вычисляют по формуле:
P2O5 своб =
где
V1 · 0,0071 · V2 · 100
m·A
(6.12)
=%
V1 - объем 0,1M раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл;
0,0071 - масса P2O5, соответствующая 1 мл 0,1 M раствора NaOH,
г/дм3;
V2 - общий объем раствора, полученный при извлечении P2O5 водой,
мл;
А - объем анализируемого раствора, взятого на титрование, мл.
m - масса навески удобрения, г;
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Одним из основных показателей процесса получения простого
суперфосфата является коэффициент разложения сырья. Коэффициент
разложения фосфата определяют по формуле:
Kp =
P2O5 усв.
P2O5 общ.
· 100
где P2O5 усв.- содержание усвояемой формы P2O5 в суперфосфате,
P2O5 общ. - содержание общей формы P2O5 в суперфосфате.
Под выходом понимают массу простого суперфосфата, получаемую на
единицу массы фосфата (фосфоритной муки или апатитового концентрата):
Gсуп.
В=
Gф.
где Gсуп.- масса простого суперфосфата, г
Gф- масса фосфата, г
Состав и характеристика полученного суперфосфата приведены в таблице 1.
P2O5общ.
%
P2O5своб.
%
P2O5усв.
%
P2O5водораст.
%
Таблица 1
Коэффициент
разложения, %
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. Как получают простой суперфосфат?
2. Что такое степень разложения фосфата и от чего она зависит?
3. Как влияют температура и концентрация применяемой серной кислоты на
степень разложения фосфатов?
4. Из каких веществ состоит жидкая фаза суперфосфата в зависимости от вида
сырья. Какие вещества представляют твердую фазу готового продукта.
5. Чем отличается сернокислотное разложение апатита и фосфорита Каратау.
Как рассчитывается норма серной кислоты при получении простого
суперфосфата из апатита и фосфорита Каратау.
6. Каково содержание усвояемой формы P2O5 в готовом продукте, полученном
из апатита и фосфорита Каратау. В каких формах существуют P2O5 в
продукте.
7. Какие существуют методы улучшения физико-химических свойств
суперфосфата, полученного из фосфорита Каратау.
8. ЗАДАНИЕ: Рассчитать нормы и количество кислоты, приготовить удобрение
при заданных условиях, определить все формы P2O5 рассчитать показатели
процесса.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Тема: « ПОЛУЧЕНИЕ и А Н А Л И З ДВОЙНОГО
СУПЕРФОСФАТА»
ЦЕЛЬ:
практическое
изучение
процесса
получения
двойного
суперфосфата, приобретение навыков проведения технологического процесса
в лабораторных условиях и анализ его качественных технологических
показателей.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Сырьем для получения двойного суперфосфата являются природные
фосфаты и фосфорная кислота.
Основная реакция, протекающая при получении двойного суперфосфата:
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2H2O + HF
(1)
Доломиты, входящие в состав фосфоритов, разлагаются фосфорной
кислотой по реакции:
Cа,Мg(CO3)2 + 4H3PO4 + H2O = Ca(H2PO4)2H2O + Mg(H2PO4)2H2O + 2CO2
(2)
Оксиды железа и алюминия, содержащиеся в природных фосфоритах,
также разлагаются фосфорной кислотой и образуются
средние фосфаты:
Аl2O3 + 2H3PO4 + H2O = 2AlPO42H2O
(3)
Fe2O3 + 2H3PO4 + H2O = 2FePO42H2O
(4)
Фтористый водород, образующийся при разложении фторапатита,
реагирует с диоксидом кремния и силикатами с образованием
четырехфтористого кремния и кремнефтористой кислоты:
4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O
(5)
SiF4 + 2HF = H2SiF6
(6)
Температура разложения фосфоритного сырья в пределах 40….700С не
оказывает заметного влияния на скорость разложения фосфата. Но при более
высокой температуре ускоряется процесс схватывания и затвердения
двойного суперфосфата, а также выделение фторсодержащих газов. Рабочая
температура 80…1000С. Норма фосфорной кислоты для разложения
фосфорита 100%, а для разложения апатитового концентрата 105% от
стехиометрического расхода. Длительность разложения в смесителе
составляет 4…6 минут, в суперфосфатной камере 1,5 часа, на складе …10
суток.
РАСЧЕТ РАСХОДА ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ
Расход фосфорной кислоты рассчитывают на заданное преподавателем
количество фосфатного сырья определенного состава.
Стехиометрический расход фосфорной кислоты, необходимой для
разложения 100г апатитового концентрата (в г) рассчитывают по уравнению
реакции (1).
Из уравнения следует, что на 1,5 моль Р2О5 в кальцийфторапатите
расходуется 7 моль Н3РО4, отсюда:
(7)
Где: Р2О5 апат – концентрация Р2О5 в сырье
98 и 142 – молярные массы Р2О5 и Н3РО4
Р2О5 фос к.т. – концентрация фосфорной кислоты, проценты.
Стехиометрический расход фосфорной кислоты для разложения 100 г
фосфорита рассчитывают с учетом содержания в нем САО, MgO, Al2O3,
Fe2O3 и Р2O5
Расчет ведут по реакциям (3, 4, 7, 8, 9)
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2 H2O
(8)
СаО + 2H3PO4 = Ca(H2PO4)2 H2O
(9)
2H3PO4 + MgO = Mg (H2PO4)2 +H2O
(10)
Пример расчета
Рассчитать расход фосфорной кислоты концентрации 73% H3PO4 при
норме 100% фосфоритной муки, содержащей 39,8% САО, 2,5% MgO, 1,5%
AI2O3, 1,0% Fe2O3 , 24,5% Р2O5 .
Предварительно рассчитывают массу Ca3(PO4)2, MgO, Al2O3, Fe2O3
и СаО, не связанного в Ca3(PO4)2 , содержащегося в 100 г фосфоритной муки.
Масса Ca3(PO4)2:
где: 310 и 142 – молярная масса Ca3(PO4)2 и Р2O5
24,5 – масса Р2O5, содержащаяся в 100 г фосфоритной муки. Масса СaО,
связанного в виде Ca3(PO4)2,
где: 56 – молярная масса СаО
Масса СаО, не связанного в виде Ca3(PO4)2,
39,8 - 28,99 = 10,81 г
где 39,8 – масса СаО в 100 г фосфоритной муки,г
Масса MgO - 2,5г, Масса Fe2O3 - 1,0 г Масса AI2O3 – 1,5 г
Расход фосфорной кислоты концентрации 100%:
Расход раствора фосфорной кислоты концентрации 73% в граммах.
Объем фосфорной кислоты концентрации 73% в мл.
Где 1,557 г/см3 - плотность фосфорной кислоты концентрации 73%.
Второй вариант расчета. Для опыта необходимо рассчитать расход
фосфорной кислоты. Ее обычно определяют как количество фосфорной кислоты
в г Р2O5 (H3PO4), затрачиваемой на разложение 100г фосфатного сырья
по формуле (при разложении фосфорита Каратау):
HP2O5 = 2,54X1 + 3,55X2 + 1,39X3 + 0,89X4 - X, г
где X1, X2, X3, X4 и X- содержание СаО,MgO,AI2O3, Fe2O3 и Р2O5 в
сырье, проценты.
Расход фосфорной кислоты в пересчете на Н3PO4 заданной
концентрации составит:
ОБОРУДОВАНИЕ:
Сушильный шкаф
Химическая посуда
Аналитические и технические весы
Фотоколориметр
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА
ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
В
предварительно
взвешенную
термостойкую
чашку,
наливают
рассчитанное количество фосфорной кислоты. Нагревают до 80-90oC. Затем
при постоянном перемешивании в течение 1-2мин высыпают навеску фосфата.
По окончании введения фосфата продолжают перемешивание еще 3-5мин.
После этого продукт помещают в сушильный шкаф на 60-90мин., где
поддерживают температуру 105-110oC (камерное созревание). Затем продукт
охлаждают до комнатной температуры и взвешивают на технических весах.
Далее двойной суперфосфат подвергают анализу на содержание Р2O5
общей, усвояемой, водорастворимой и свободной.
Одновременно надо определить влажность двойного суперфосфата.
Если анализ проводят не сразу по получении, то взвешивают его
повторно, перед отбором проб на анализ.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ АНАЛИЗОВ
Определение общей Р2O5
Приблизительно 1-2г двойного суперфосфата взвешивают на
аналитических весах с точностью до 0,0002г, переносят в термостойкий
стакан емкостью 250мл и добавляют 50мл раствора соляной кислоты
концентрацией 20%НСI, накрывают часовым стеклом и кипятят на
медленном огне 30мин., добавляя воду по мере упаривания раствора до
объема примерно 50мл. После охлаждения раствор вместе с осадком
переносят в мерную колбу емкостью 250мл, доводят дистиллированной
водой до метки, перемешивают и фильтруют, отбрасывая первые порции
фильтрата. Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и переносят в мерную колбу
на 100мл, доливают водой до 50мл, прибавляют 25мл реактива на фосфаты
(раствор Г) и доводят водой до метки. Через 10...15мин измеряют оптическую
плотность относительно раствора сравнения.
Раствор сравнения готовят одновременно с пробой, в мерную колбу на
100мл берут 25 мл раствора Г и доводят дистиллированной водой до метки.
Раствор сравнения используется для определения всех форм Р2O5 и готовят
один раз.
Содержание P2O5 в массовых процентах вычисляют по формуле:
(11)
где V1 - масса Р2O5, найденная по калибровочному графику, мг; m - масса
анализируемого вещества, г;
W - объем мерной колбы, мл;
V2 - объем анализируемого раствора, отобранный на анализ, мл.
Определение усвояемой P2O5
Приблизительно 1...2г двойного суперфосфата взвешивают на
аналитических весах с точностью до 0,0002г помещают в мерную колбу
емкостью 500мл через сухую воронку, смывая навеску раствором трилона Б
(конц.0,2моль/дм3), предварительно нагретого в стакане до температуры
93±3oС, в количестве 150мл, затем колбу закрывают пробкой и взбалтывают
на аппарате для встряхивания 20...30мин. Объем раствора доводят до метки
дистиллированной водой, перемешивают, фильтруют через фильтр “белая
лента “, отбрасывая первые порции фильтрата.
Отбирают пипеткой 1мл фильтрата и переносят в мерную колбу на
100мл. К раствору добавляют 2мл раствора соляной кислоты (20%), 5...10мл
воды, кипятят 10мин, охлаждают и разбавляют водой до 30мл. Затем
прибавляют 25мл раствора на фосфаты, доливают водой до метки,
перемешивают и через 10...15мин измеряют оптическую плотность,
относительно раствора сравнения.
Содержание
P2O5 в
вышеприведенной формуле (11).
массовых
процентах
вычисляют
по
Определение воднорастворимой и свободной форм P2O5
4-5 г двойного суперфосфата взвешивают на аналитических весах с
точностью до 0,0002г, помещают в мерную колбу емкостью 500мл. Пробу
заливают 400 мл воды и сразу же перемешивают, чтобы избежать образования
комков. Колбу закрывают пробкой, устанавливают на аппарат для
встряхивания. По истечении 30 мин содержимое колбы доводят до метки,
фильтруют через сухой фильтр “белая лента” в сухую посуду, первые порции
фильтрата отбрасывают.
Отбирают 1 мл фильтрата и переносят в мерную колбу на 100мл. К
раствору добавляют 2 мл раствора соляной кислоты (20% HСl) и 15-20 мл
воды, кипятят 10 мин. Охлаждают и разбавляют водой до 50 мл, затем
прибавляют 25 мл раствора Г, доливают водой до метки, перемешивают и
далее анализируют и рассчитывают как при определении общей формы P2O5
(5.3.1.).
Для определения содержания свободной формы P2O5 50 мл фильтрата,
полученного извлечением P2O5 водой, пипеткой переносят в коническую
колбу, разбавляют водой до 100...150 мл и титруют 0,1M раствором NaOH в
присутствии 3...5 капель метилового оранжевого до перехода окраски из
розового в желтый цвет. Содержание P2O5 свободной вычисляют по формуле:
(12)
где V1 - объем 0,1M раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл;
0,0071 - масса P2O5 , соответствующая 1 мл 0,1 M раствора NaOH,
г/дм3; V2 - общий объем раствора, полученный при извлечении P2O5 водой,
А - объем анализируемого раствора, взятого на титрование, мл.
m - масса навески удобрения, г.
мл;
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
Одним из основных показателей процесса получения двойного
суперфосфата является степень разложения сырья. Степень разложения
природного фосфата определяют по форме:
(13)
где P2O5(ф) - содержание P2O5 в фосфорите, %
P2O5 общ - содержание общейP2O5 в удобрении, %
P2O5 усв
%B
- содержание усвояемой P2O5 в удобрении,
- выход двойного суперфосфата.
Под выходом принимают массу двойного суперфосфата, получаемую
из единицы массы фосфата:
(14)
где Gсупер - масса двойного суперфосфата, г
Gфосф - масса фосфорита, г
Результаты опытов по получению двойного суперфосфата заносят в
таблицу 1.
Таблица 1 Показатели качества двойного суперфосфата
Содержание P2O5 ,%
Выход
в исходном
общ
усв
водор
своб
продукте,
Кр,%
фосфорите
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
Свойства двойного суперфосфата как удобрения.
Виды сырья и их влияние на качество продукта.
Факторы, влияющие на степень разложения и состав продукта.
Выборы метода получения двойного суперфосфата и их сравнительная
характеристика.
5) Обоснование выбора технологических параметров.
6) Методы улавливания фторсодержащих соединений.
7) Пути совершенствования технологии двойного суперфосфата.
1)
2)
3)
4)
2. ЗАДАНИЕ: Рассчитать расход кислоты для получения заданного
количества удобрения. Приготовить двойной суперфосфат. Провести
химический анализ и обработать результаты.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Тема: «ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ ПРЕЦИПИТАТА»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Познакомиться с производством и условиями получения
преципитата.
Получить
на
лабораторной
установке
преципитат
нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком. Выполнить
анализ готового продукта на определение общего и цитратнорастворимого
Р2O5.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Преципитат – это фосфорное удобрение, называемое в
промышленности
и
в
сельском
хозяйстве
дикальцийфосфатом
CaHPO4·2H2O (дигидрат гидроортофосфата кальция). Содержит в
цитратнорастворимой форме Р2O5 (до 41,27 % Р2O5). Цитратнорастворимая форма легко усваивается растениями.
Представляет собой кристаллический порошок белого или
кремового цвета. Практически негигроскопичен, не слёживается, обладает
хорошей рассеиваемостью. Благодаря хорошим физическим свойствам и
высокой
агрохимической
активности
может использоваться на
большинстве почв. Применяется также для получения смешанных
удобрений.
Несмотря на то, что дикальцийфосфат и является эффективным
удобрением, для этой цели его специально не производят, так как
фосфорную кислоту выгоднее перерабатывать в двойной суперфосфат, в
котором часть Р2O5 извлекается из фосфорита, и поэтому стоимость Р2O5
в двойном суперфосфате значительно меньше, чем в дикальцийфосфате.
Удобрительный преципитат получают при утилизации слабых
фосфорнокислотных
растворов,
например
являющихся
отходом
производства желатина на костеперерабатывающих заводах.
Преципитат получают осаждением
(преципитированием)
Фосфорнокислотных растворов известковым молоком или водной
суспензией измельченного известняка с последующим отфильтровыванием, сушкой и измельчением.
Преципитирование – это процесс нейтрализации фосфорной кислоты
известью, известняком, в результате чего происходит осаждение
преципитата.
При введении в раствор фосфорной кислоты извести (известкового молока) или суспензии известняка (мела) они вначале полностью
растворяются, образуя монокальцийфосфат (дигидроортофосфат кальция):
Са(ОН)2 + 2Н3РO4 = Са(Н2РO4)2 + 2Н2О;
СаСО3 + 2Н3РO4 = Са(Н2РO4)2 + СO2↑ + Н2О.
Монокальцийфосфат
(суперфосфат)
по
мере
нейтрализации
фосфорной кислоты, в слабокислой среде инконгруэнтно разлагается с
выделением осадка дикальцийфосфата. Кроме того, монокальцийфосфат
реагирует с новыми порциями извести или известняка, также образуя
дикальцийфосфат:
Са(ОН)2 + Са(H2PO4)2 + 2H2O = 2[СаНРO4·2Н2O];
СаСО3 + Са(Н2РO4)2 + 3Н2O = 2[СаНРO4·2H2O] + CO2↑.
Избыток извести сверх стехиометрического отношения СаО:Р2O5 в
дикальцийфосфате и увеличение рН раствора свыше 6,3 приводят к
образованию трикальцийфосфата (ортокальцийфосфата):
2СаНРO4 + Са(ОН)2 = Са3(РO4)2 + 2Н2O.
Поэтому преципитирование ведут в строго определенных условиях
при рН раствора не больше 6,3. Избыток известняка не вызывает
разложения дикальцийфосфата.
Примеси, содержащиеся в экстракционной фосфорной ки- слоте,
также реагируют с известью или известняком.
По мере нейтрализации растворов фосфорной кислоты происходит
разложение этих примесей:
(Fe, А1)2(SO4)3 + 2Н3РO4 + 4H2O + 3Ca(OH)2
= 2(Fe, A1)PO4·2Н2O + 3CaSO4·2H2O;
H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4·2Н2О;
H2SiF6 + 3Ca(OH)2 = 3CaF2 + SiO2 + 4H2O;
2HC1 + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O.
Примеси уменьшают содержание усвояемого Р2O5 в продукте,
илистые осадки фосфатов алюминия и железа, фторида кальция и
кремниевой кислоты ухудшают структуру осадка и затрудняют
отфильтровывание преципитата.
Примеси также увеличивают расход СаО, необходимый для
взаимодействия с кислотой. Теоретический расход СаО на единицу Р2O5
составляет 56:71 = 0,79. Практический, в зависимости от состава
фосфорной кислоты, расход СаО на единицу Р2O5 составляет 0,8–0,9
массовых частей.
Поэтому при определении расхода нейтрализующих веществ на
преципитирование необходимо учитывать наличие примесей в фосфорной
кислоте.
Для получения двухводной соли, лучше усваиваемой растениями,
осаждение известняком ведут при температуре 50–60 0С. При использовании
для осаждения известкового молока температура должна быть не выше 40
0
С во избежание образования трикальцийфосфата.
ПРИБОРЫ И РЕАКТИВЫ
Оборудование: установка для получения преципитата; уста- новка для
3
получения раствора Петермана; фарфоровый стакан на 2 дм ; стеклянный
3
3
стакан на 250 см и на 1 дм ; аналитические и технохимические весы;
3
набор ареометров; мерные цилиндры на 25, 50, 100, 250, 500 см и на 1
3
3
3
3
дм ; мерная колба на 250, 500 см и на 1 дм ; коническая колба на 250 см ;
3
пипетки на 10, 25 и 50 см ; фарфоровая чашка; электроплитка; сушильный
шкаф; муфельная печь; капельная воронка; часовое стекло; стеклянная
палочка; стеклянный бюкс; фильтровальная бумага; фильтр «синяя лента»;
фарфоровая ступка с пестиком; фарфоровый тигель; водяная баня;
термометр.
Реактивы: H3PO4 (конц.); HNO3 (конц.); CaCO3 (крист.); CaO
(крист.); вода дистиллированная; HCl (20 %-й раствор); цитрат аммония (50
%-й раствор); раствор NaOH (0,1н.); раствор аммиака (2,5; 10 и 25 %-й);
раствор H2SO4 (0,1н.); магнезиальная смесь, щелочная; раствор Петермана;
лимонная кислота (х.ч.); хлорид аммония (х.ч.); MgCl2·6Н2О (х.ч.).
Индикаторы: фенолфталеин, метиловый красный.
Примечание.
Цитрат аммония (50 %-й раствор) готовят следующим образом. 500
3
г лимонной кислоты растворяют в 600 см 25 %-го раствора аммиака.
Раствор должен быть нейтральным по метиловому красному, в противном
случае его нейтрализуют прибавлением лимонной кислоты или аммиака.
3
Раствор разбавляют водой до 1 дм , перемешивают и фильтруют.
Магнезиальная смесь, щелочная готовится следующим образом. 70 г
3
хлорида аммония и 55 г хлорида магния растворяют в 200–250 см воды.
3
К раствору добавляют 250 см 10 %-го раствора аммиака, разбавляют водой
3
до 1 дм , перемешивают и оставляют на сутки, после чего фильтруют.
Раствор Петермана. Готовый раствор должен содержать 42 г
3
аммиачного азота и 173 г гидрата лимонной кислоты в 1 дм .
Предварительно готовят ≈ 10 %-й раствор аммиака, концентрацию
которого проверяют следующим образом.
3
Пипеткой отбирают 10 см 10 %-го раствора аммиака и переносят в
3
3
мерную колбу на
500
см ,
в
которую
налито 400–450 см
дистиллированной воды. Раствор в колбе доводят дистиллированной
водой до метки и тщательно перемешивают. Из колбы отбирают пипеткой
3
3
2–3 пробы по 25 см , переносят их в конические колбы на 250 см , в
3
которые налито 30 см дистиллированной воды, и титруют 0,1 н.
раствором серной кислоты в присутствии метилового красного.
3
Содержание азота (х, г/дм ) в растворе вычисляют по формуле:
где
а – объём 0,1н. раствора серной кислоты, израсходованного на
3
титрование, см .
Так как при приготовлении раствора Петермана расчет ведут на
гидрат лимонной кислоты, то коммерческий реактив должен быть
предварительно проверен. 100–150 г лимонной кислоты тщательно
измельчают в ступке и отбирают в сухой бюкс среднюю пробу. 1 г
лимонной кислоты растворяют в дистиллированной воде в мерной колбе на
3
250 см , раствор доводят дистиллированной водой до метки и тщательно
3
перемешивают. Две пробы пипеткой на 25 см
переносят в
3
конические колбы на 250 см , нагревают до 60–70 0С и в присутствии
фенолфталеина титруют 0,1 н. раствором гидроксида натрия до появления
розовой окраски.
3
Содержание гидрата лимонной кислоты (y, г/дм ) вычисляют по
формуле:
где
b – объём 0,1н. раствора гидроксида натрия, израсходованного на
3
титрование, см .
Количество 10 %-го раствора аммиака (m) и лимонной кислоты (n),
необходимые для приготовления N литров раствора Петермана
вычисляют по соотношениям:
Вычисленное количество лимонной кислоты помещают в стакан и
3
растворяют в горячей воде, используя по 200–250 см горячей воды на
каждые 173 г лимонной кислоты. Одновременно в бутыль 1 (рис. 1) с
меткой, указывающей объём раствора Петермана, наливают вычисленный
объём раствора аммиака. Оба раствора охлаждают до 10–15 0С. К
охлажденному раствору аммиака через воронку 2 приливают небольшими
порциями растворы лимонной кислоты. Во время приливания лимонной кислоты раствор в бутыли охлаждают до 10–15 0С. После внесения всей
лимонной кислоты воронку промывают водой, вынимают её из бутыли и
бутыль закрывают пробкой. Раствор в бутыли осторожно перемешивают и
после охлаждения доводят водой до метки, вновь перемешивают и
оставляют на 2 дня.
Если раствор Петермана применяют вместо 50 %-го раствора цитрата
аммония, то он должен быть предварительно про фильтрован.
Рис. 1. Бутыль для приготовления раствора Петермана:
1 – бутыль; 2 – воронка с краном; 3 – резиновая пробка ; 4 – трубка для
отвода паров аммиака в воронку
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
ПОЛУЧЕНИЕ ПРЕЦИПИТАТА
Получение преципитата в лабораторных условиях сводится к
нейтрализации фосфорной кислоты известковым молоком или известняком
с определением основных технологических показа- телей процесса –
коэффициентов осаждения, т.е. общего перехода Р2O5 из раствора в
осадок и преципитирования, т.е. степени перехода Р2O5 в преципитат, а
также количества преципитата.
Порядок выполнения работы
До начала выполнения опыта рассчитывают необходимое количество
известкового молока (известняка) для переработки заданного количества
фосфорной кислоты.
Расчет проводят по следующим уравнениям реакций:
CaO + H2O = Ca(OH)2; Н3РO4 + Са(ОН)2 = СаНРO4·2Н2O;
Н3РO4 + СаCО3 = СаНРO4·2Н2O + CO2↑.
Для расчёта используют следующие данные:
1. Масса Н3РO4 – 100 г.
2. Концентрация Н3РO4 – 85 %.
3. Плотность 85 %-й Н3РO4 – 1,690 г/см3.
4. Концентрация раствора Са(ОН)2 – 92,65 г/дм3.
5. Плотность раствора Са(ОН)2 – 1,054 г/см3.
6. Избыток Са(ОН)2 – 1,5.
Приготовление известкового молока.
3
В фарфоровый стакан на 2 дм , снабженный мешалкой, вливают
3
сначала небольшое количество воды ≈ 150–200 см и при вращающейся
мешалке всыпают 7–15 г извести СаО. Каждые 5 мин возобновляют
загрузку воды и извести с таким расчетом, чтобы вся операция была
закончена в течение 30–40 минут.
Общее количество приготовленного известкового молока должно быть
несколько больше рассчитанного количества.
Пробу известкового молока анализируют на содержание СаО
титрованием пробы кислотой или ареометрически. Количество
известкового молока, необходимое для проведения опыта, определяют в
3
зависимости от концентрации и отмеряют в мерный цилиндр на 1 дм .
Получение преципитата.
Получение преципитата осуществляется на установке, схема которой
представлена на рис. 2.
В фарфоровый стакан 1, снабженный термометром 2 и используемый в качестве реактора для получения преципитата, вносят
3
мерным цилиндром на 100 см рассчитанное количество Н3РO4 (в
зависимости от концентрации). Включают мешалку 3, после чего
начинают вводить в реактор известковое молоко. Подачу известкового
молока осуществляют при помощи капельной воронки 4, куда время от
времени наливают суспензию из стакана с мешалкой, со скоростью 10–15
3
см /мин. Преципитирование проводят в течение 1–1,5 ч.
Рис. 2. Схема установки для получения преципитата:
1 – фарфоровый стакан; 2 – термометр; 3 – мешалка; 4 – капель- ная
воронка
Медленное приливание известкового молока необходимо для
предотвращения образования ортофосфата кальция и резкого повышения
температуры, а также для получения более крупнокристаллического
осадка
преципитата.
Процесс
преципитирования
проводят
при
0
температуре 40 С.
После введения всего необходимого количества известкового молока
продолжают перемешивание пульпы еще в течение 30 минут. По
истечении указанного времени пульпу переносят на воронку Бюхнера и
отфильтровывают раствор от осадка под небольшим разрежением.
Осадок промывают несколько раз водой, взвешивают во влажном
состоянии, после чего его высушивают в сушильном шкафу при
температуре не выше 100 0С. Определяют содержание влаги в преципитате и
практический выход продукта.
Затем готовый продукт подвергают анализу.
Измеряют также объем полученного фильтрата и анализируют его
на содержание Р2O5 раствора. Это необходимо для установления количества
Р2O5, остающегося в жидкой фазе преципитата и характеристики степени
промывки осадка. Данные также используют для установления
технологических показателей процесса получения преципитата.
Получение преципитата из известняка
При преципитировании фосфорной кислоты при помощи известняка,
3
применяется более концентрированная суспензия ≈ 150–250 г/дм , чем
известковое молоко. Известняковую пульпу следует приливать в
реакционный стакан медленно – из расчета проведения опыта в течение 4–
4,5 ч. Известняк применяется с содержанием СаСО3 ≈ 95 %. Фосфорную
кислоту берут с концентрацией 10–15 %, а в некоторых опытах возможно
применение кислоты с содержанием 5–10 % P2O5 или 40–50 % Р2О5.
При применении кислоты, содержащей значительное количество
фтора (≥ 1%), рекомендуется процесс проводить в две стадии. Вначале около
70 % Р2О5 кислоты осаждают известняком, а затем остальное количество –
известковым молоком. В этих условиях исключается возможность
образования к концу процесса тонкодисперсного осадка.
Обработка результатов
Полученные данные используют для вычисления технологических
показателей процесса: коэффициента осаждения P2O5 из раствора и
коэффициента преципитирования.
характери
Коэффициент осаждения Р2O5 из раствора
зует степень перехода P2O5 из раствора в осадок. Его рассчитывают по
разности между содержанием P2O5 в исходной кислоте и жидкой фазе
преципитатной пульпы (%):
Коэффициент преципитирования Кпрец. характеризует степень перехода
Р2O5 из фосфорной кислоты в преципитат, рассчитывают его по формуле:
Если осадок не промыт или промыт недостаточно, коэффициент
преципитирования несколько больше коэффициента осаждения Р2O5
вследствие того, что в жидкой фазе преципитата содержится часть не
осажденной Р2О5.
АНАЛИЗ ГОТОВОГО ПРОДУКТА
В данной работе рассмотрено определение содержания общего и
цитратнорастворимого P2O5 и Р2О5 раствора в фильтрате.
Определение общего и цитратнорастворимого P2O5 в преципитате.
Для определения P2O5 применяют весовой или ионитный метод (с
объёмным окончанием анализа).
Весовой метод. Весь фосфор, входящий в состав преципитата,
п ереводят в раствор при помощи соляной кислоты. Из раствора ион РО4
осаждают в виде MgNH4PO4·6H2O. Осадок прокаливают до пирофосфата
магния Mg2Р2О7 и взвешивают.
Этот метод можно использовать для определения Р2О5 раствора в
фильтрате, оставшемся после получения преципитата.
Ионитный метод. Этот метод анализа требует значительного времени
для выполнения и большого числа дополнительных реактивов. Поэтому в
настоящей работе рассмотрен весовой метод определения P2O5.
Определение содержания общего P2O5
Порядок выполнения работы
На аналитических весах взвешивают ≈ 2,5 г порошкообразного
3
преципитата и переносят его в коническую колбу на 250 см , смачивают 5–
3
10 см дистиллированной воды и вливают туда же
3
50 см 20 %-го раствора соляной кислоты. Колбу накрывают часовым
стеклом и нагревают на электроплитке сначала медленно, а затем жидкость
доводят до кипения и медленно кипятят 30 мин, время от времени
перемешивая стеклянной палочкой.
После кипячения раствор разбавляют водой ≈ в два раза и
3
переносят вместе с осадком в мерную колбу на 250 см , тщательно обмывая
стенки колбы водой. После охлаждения до комнатной температуры объём
раствора доводят водой до метки, раствор перемешивают и фильтруют
через сухой фильтр, отбрасывая первые порции фильтрата.
3
3
В стакан на 250 см помещают пипеткой 25 см фильтрата,
3
прибавляют 10–15 см 50 %-го раствора цитрата аммония и нейтрализуют
раствором аммиака по фенолфталеину. Медленно, при непрерывном
3
перемешивании палочкой, приливают 30–35 см щелочной магнезиальной
3
смеси, затем 20 см 25 %-го раствора аммиака и продолжают
перемешивать 30 минут. Затем раствор оставляют в покое на 30–40
минут, после чего фильтруют через плотный беззольный фильтр.
Осадок количественно переносят на фильтр, наливая каждый раз в
3
стакан по 8–10 см 2,5 %-го раствора аммиака и тщательно оттирая со
стенок и дна стакана приставшие кристаллы. Осадок на фильтре
промывают 3–4 раза, общее количество промывных вод должно быть ≈ 100
3
см . Фильтр с осадком переносят в прокаленный и взвешенный тигель,
высушивают, озоляют при 700–800 0С до полного сгорания фильтра и
прокаливают в муфельной печи при 1000–1050 0С до побеления осадка.
После прокаливания тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Обработка результатов
Содержание Р2О5 (%) вычисляют по формуле:
3
8
Определение содержания цитратнорастворимого P2O5
Порядок выполнения работы
В фарфоровую ступку помещают ≈ 1 г сухого или ≈ 2,5 г влажного
преципитата, взвешенного на аналитических весах, осторожно (во
избежание распыления) смачивают раствором Петермана и тщательно
растирают. Растертую массу смывают раствором Петермана через воронку в
3
мерную колбу на 250 см . Оставшиеся в ступке, на пестике и на воронке
частицы преципитата снимают кусочком фильтровальной бумаги, который
затем помещают в ту же колбу. Пестик, ступку и воронку ополаскивают
раствором Петермана, присоединяя его к содержимому колбы. На все
3
операции употребляют точно 100 см раствора Петермана.
Колбу
закрывают
пробкой,
многократно
встряхивают
до
расщепления фильтровальной бумаги на волокна, выдерживают в течение
нескольких часов при комнатной температуре (или оставляют до
следующей лабораторной работы). После чего нагревают на водяной бане 1
час при температуре 40 0С. Во время нагревания колбу энергично
встряхивают через каждые 15 мин.
Объём охлажденной жидкости доводят водой до метки. Содержимое
колбы тщательно перемешивают и фильтруют, отбрасывая первые мутные
3
3
порции фильтрата. В стакан на 250 см пипеткой переносят 50 см
3
прозрачного фильтрата, приливают 10 см концентрированной азотной
кислоты, нагревают до кипения и кипятят 10–15 мин. К охлажденной
3
жидкости приливают 8–10 см 50 %-го раствора цитрата аммония или 20–
3
25 см раствора Петермана и нейтрализуют раствором аммиака по
фенолфталеину.
Далее анализ выполняют как при определении общей Р2О5:
Медленно, при непрерывном перемешивании палочкой, приливают
3
3
30–35 см
щелочной магнезиальной смеси, затем 20 см 25 %-го
раствора аммиака и продолжают перемешивать 30 минут. Затем раствор
оставляют в покое на 30–40 минут, после чего фильтруют через плотный
беззольный фильтр.
Осадок количественно переносят на фильтр, наливая каждый раз в
3
стакан по 8–10 см 2,5 %-го раствора аммиака и тщательно оттирая со
стенок и дна стакана приставшие кристаллы.
Осадок на фильтре промывают 3–4 раза, общее количество
3
промывных вод должно быть ≈ 100 см . Фильтр с осадком переносят в
прокаленный и взвешенный тигель, высушивают, озоляют при 700–800 0С
до полного сгорания фильтра и прокаливают в муфельной печи при 1000–
1050 0С до побеления осадка. После прокаливания тигель с осадком
3
9
охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Обработка результатов
Содержание Р2О5 (%) вычисляют по формуле:
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Студенты допускаются к работе только после прохождения
инструктажа по технике безопасности, изучения инструкций и росписи в
журнале.
В целях безопасности ведения лабораторной работы следует
выполнять следующее правила:
 Выполнять работу строго по методическим указаниям.
 Работать в халате, в случае необходимости использовать
индивидуальные средства защиты.
 Не разрешается оставлять включённую установку без наблюдения.
 Строго соблюдать правила работы со стеклянной посудой, реактивами
и электроприборами, изложенные в общей инструкции по технике
безопасности в химической лаборатории.
 Работать с концентрированной фосфорной, азотной кислотой и
раствором аммиака в вытяжном шкафу.
 Сливать отработанные растворы в специально предназначенные для этих
целей ёмкости.
 Знать правила оказания первой помощи при работе со стеклом,
концентрированными кислотами и щелочами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1) Расскажите об основных свойствах и применении преципитата.
2) В какой форме содержится фосфор в преципитате?
3) Почему преципитат не производят специально для получения
удобрений?
4) Что такое преципитирование?
5) Как получают преципитат? Что является сырьём для его получения?
6) Какие способы получения преципитата нашли применение в
промышленном производстве?
7) Опишите процесс получения преципитата из известкового молока.
8) В чём отличие в преципитировании фосфорной кислоты известняком
4
0
от преципитирования известковым молоком?
9) Температурный режим получения преципитата из извести и известняка?
10)
Почему преципитирование ведут при строго определённом рН?
Каково его значение?
11)
Как влияют на процесс получения преципитата примеси,
содержащиеся в фосфорной кислоте?
12)
К какому типу минеральных удобрений принадлежит
преципитат? Дайте общую схему классификации минеральных
удобрений.
13)
Расскажите как готовят раствор Петермана.
14)
Что характеризует коэффициент осаждения и
п реципитирования?
15)
В чём сущность весового метода определения Р2О5?
16)
Как определяется общий и цитратнорастворимый Р2О5?
17)
Расскажите о методах анализа различных форм Р2О5 в
фосфорных удобрениях.
18)
В чём заключается сущность контроля производства
преципитата?
19)
Приведите формулы главных компонентов и содержание
основного питательного вещества в различных видах суперфосфатов,
преципитате, фосфорной муке и обесфтореном фосфате.
20)
Перечислите основные виды аналитического контроля фосфора
в фосфорных удобрениях.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Тема: «ПОЛУЧЕНИЕ И АНАЛИЗ АММОФОСА»
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомиться с основными промышленными способами
производства сложных удобрений – аммофоса. Практически получить
моно- и диаммонийфосфат и изучить методы аналитического контроля
готового продукта.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Как известно, по составу минеральные удобрения подразделяются на
простые и комплексные. Последние, в свою очередь, по способу
производства подразделяются на: сложные, смешанные и сложносмешанные. Из комплексных минеральных
удобрений
наиболее
распространены сложные. К ним относятся одинарные соли, содержащие
несколько питательных элементов, например, KNO3 или (NH4)2HPO4, или
композиции из солей, включающие два (N+K, N+P, Р+К) или три (N+K+P)
питательных элемента.
Все
комплексные
минеральные
удобрения
являются
высококонцентрированными и применение их более эффективно, чем
применение простых удобрений. Этим обусловлено интенсивное
расширение производства и потребления сложных комплексных удобрений.
Ведущее место среди сложных комплексных минеральных удобрений
4
1
занимает аммофос, являющийся универсальным удобрением, которое
используют как для внесения в почву, так и для изготовления минеральных
удобрений сложно-смешанного типа.
Все сложные минеральные удобрения по методу их производства
могут быть разделены на три группы:
– удобрения, получаемые переработкой фосфорной кислоты
(аммофос, диаммофос);
– удобрения, получаемые переработкой смеси фосфорной и азотной
кислот (нитроаммофос, нитроаммофоска);
– удобрения, получаемые разложением природных фосфа- тов
азотной кислотой (нитрофос, нитроаммофоска).
Таким образом, некоторые удобрения, например, нитроаммофоска,
могут быть получены различными методами, а другие –, например,
аммофос, получаются одним методом, но по различным технологическим
схемам.
ПРОИЗВОДСТВО АММОФОСА
Физико-химические основы процесса
Аммофос представляет собой двойное (N+P) сложное комплексное
удобрение,
содержащее
в
качестве
основного
вещества
моноаммонийфосфат (дигидрофосфат аммония) NH4H2PO4 и примесь (до
10 %) диаммонийфосфата (гидрофосфата аммония) (NH4)2HPO4,
образующегося в процессе получения. Моно- и диаммонийфосфаты
представляют
собой
твердые
кристаллические
вещества,
малогигроскопичные, растворимые в воде. Из фосфатов аммония
моноаммонийфосфат термически наиболее устойчив и при нагревании до
100-110 BС практически не разлагается. Диаммонийфосфат и особенно
триаммонийфосфат при нагревании разлагаются с выделением аммиака,
например:
(NH4)2HPO4 = NH4H2PO4 + NH3.
В таблице приведены свойства фосфатов аммония.
Фосфат
Свойства фосфатов аммония
Растворимость при Давление паров
20 BС, мас. доли аммиака при 100
BС, Па
Состав,
мас. доли %
P2O5
N
NH4H2PO4
0,403
0
12,2
61,8
(NH4)2HPO4
0,710
667
21,2
53,8
(NH4)3PO4
0,177
85600
28,6
48,3
4
2
В основе производства аммофоса лежит гетерогенный экзотермический процесс нейтрализации фосфорной кислоты газообразным
аммиаком:
H3PO4(ж) + NH3(г) = NH4H2PO4(т), ∆H = -147,0 кДж.
(1)
Процесс ведут при избытке аммиака, поэтому в системе, наряду с реакцией
образования
моноаммонийфосфата,
частично протекает реакция
образования диаммонийфосфата:
H3РO4 + 2NH3 = (NН4)2НРO4, ∆H = -75,4 кДж,
(2)
в результате чего в составе готового продукта содержится до 10 %
диаммонийфосфата.
Режим процесса нейтрализации выбирают так, чтобы обеспечить
получение достаточно подвижной и способной к перекачиванию по
трубопроводам аммофосной пульпы. Вязкость пульпы зависит от
концентрации исходной кислоты, растворимости фосфатов аммония и
температуры.
Технологическая схема производства
Производство аммофоса можно строить по различным технологическим схемам, различающимся концентрацией используемой
фосфорной кислоты и конструкцией аппаратуры.
На основе разбавленной экстракционной фосфорной кислоты:
- с сушкой пульпы в распылительной сушилке (РC);
- с упариванием пульпы в вакуум-выпарных аппаратах и сушкой в
барабанном грануляторе-сушилке (БГС);
- с сушкой пульпы и грануляцией ее в распылительной сушилкегрануляторе кипящего слоя (РКСГ).
На основе концентрированной фосфорной кислоты:
– с грануляцией
и сушкой продукта в аммонизаторегрануляторе (АГ);
– с самоиспарением пульпы под давлением и сушкой в барабанном
грануляторе-сушилке-холодильнике (БГСХ).
Рассмотрим схему производства аммофоса на основе
разбавленной
экстракционной фосфорной кислоты.
Технологическая схема производства аммофоса с использованием
аппарата РКСГ (рис. 1) позволяет соединить в одном аппарате операции
упаривания пульпы, грануляции и сушки продукта, что обеспечивает
высокую интенсивность всех стадий процесса при малых затратах тепла и
электроэнергии.
4
3
Рис. 1. Технологическая схема производства аммофоса:
1 – аппарат САИ; 2 – сборник пульпы; 3 – аппарат РКСГ; 4, 5 –
топки; 6 – холодильник кипящего слоя; 7 – установка для охлаждения
воздуха; 8 – грохот; 9 – дробилка; 10 – циклон; 11 – абсорбер
Экстракционная фосфорная кислота концентрацией 25-28 % Р2О5 и
газообразный аммиак поступают в аппарат скоростной аммонизаториспаритель (САИ) 1 при мольном отношении NH3:H3РO4 = 1,1. За счет
теплоты нейтрализации температура пульпы поднимается до 110 BС и
часть воды испаряется. Затем аммофосная пульпа через промежуточный
сборник 2, обогреваемый паром, подается в верхнюю часть аппарата
РКСГ 3, где распыляется топочными газами, нагретыми до 700 BС, поступающими из топки 4. Пульпа упаривается, и ее частицы опус- каются в
нижнюю часть аппарата, в которой топочными газами, поступающими из
топки 5, создается кипящий слой. Здесь порошкообразный продукт
гранулируется и высушивается. Высушенные гранулы поступают в
холодильник кипящего слоя 6, в который
подается
воздух
из
холодильной
установки
7, охлаждаемой жидким аммиаком.
Охлажденные гранулы аммофоса сортируются на грохоте 8. Товарная
продукция нужной дисперсности поступает на склад, а крупная фракция измельчается в дробилке 9 и возвращается в холодильник 6. Газы из аппарата
РКСГ проходят через циклон 10, где отделяется пыль аммофоса,
возвращаемая в аппарат, и поступают на абсорбцию аммиака и фторида
водорода (примесь фтора в сырье) в абсорбер 11, орошаемый водой.
Основные аппараты в этой технологической схеме
аммонизаториспаритель САИ и аппарат РКСГ.
Схема действия аппарата САИ представлена на рис. 2. В ней: 1–
сопло для подачи аммиака; 2 – реакционная зона аппарата; 3 –
теплообменник. Высокая скорость подачи аммиака обеспечивает хороший
контакт его с
(1-2 минуты).
кислотой
и
4
4
высокую скорость реакции нейтрализации
Аппарат РКСГ выполнен в виде
Двухполых цилиндров, соединенных
конической рубашкой и имеет высоту
10 м и диаметр 12 м. В верхней части
аппарата расположен распылитель
пульпы,
Рис. 2. Схема аппарата САИ внутренняя труба, которого охлаждается
водой. В нижней части аппарата находится газораспределительная решетка,
проходя через которую топочные газы создают режим кипящего слоя.
Отработанные газы собираются в кольцевом пространстве рубашки, что
сводит к минимуму унос мелких частиц продукта.
На рис. 3 представлена технологическая схема производства аммофоса
на основе концентрированной фосфорной кислоты с использованием
аппарата АГ. Эта схема позволяет достигнуть наибольшую единичную
мощность системы.
Упаренную фосфорную кислоту (52 % Р2О5) подают из хранилища в
каскадно-расположенные нейтрализаторы емкостного типа, оборудованные
трехъярусными турбинными мешалками. Одновременно в нейтрализаторы
поступают стоки от системы абсорбции, в результате чего концентрация
фосфорной кислоты снижается до 47-48 % Р2О5, разбавление необходимо
для обеспечения текучести пульпы. Фосфорную кислоту нейтрализуют
газо-образным аммиаком до мольного отношения NH3:Н3РО4 ≈ 0,7.
Полученная в нейтрализаторах пульпа самотеком поступает в
аммонизатор-гранулятор, где доаммонизируется жидким аммиаком до
NH3:Н3РО4 = 1,0-1,05. Здесь же происходит смешение пульпы с ретуром
и укрупнение гранул аммофоса за счет кристаллизации на их поверхности
солей, растворимость которых меняется в зависимости от pH пульпы.
Влажность материала в грануляторе поддерживают в пределах 1-2 % при
помощи ретура, расход которого контролируется дозаторами.
Гранулированный продукт сушат
в
прямоточной барабанной
сушилке дымовыми газами, получаемыми при сжигании топлива в
выносной топке.
Высушенные гранулы рассеивают на вибрационных грохотах.
Мелкую фракцию в качестве ретура возвращают в аммонизатор-гранулятор.
Крупную фракцию направляют в валковую дробилку, затем измельчённый
продукт возвращают в процесс вместе с мелкой не стандартной фракцией.
Товарную фракцию также частично используют в качестве ретура.
Остальную часть, соответствующую часовой производительности, после
контрольного пересева направляют в холодильник, где охлаждают
атмосферным воздухом до температуры ≤ 60 BС. Охлажденный продукт
направляют на склад, где его хранят навалом.
Парогазовая
смесь,
отсасываемая
от
нейтрализаторов
и
аммонизатора-гранулятора, проходит очистку от аммиака и фторида
водорода в двух последовательно установленных абсорберах, для
4
5
улавливания аммиака используют аммофосную пульпу, для улавливания
соединений фтора – известковое молоко или воду.
Дымовые газы, выходящие из сушильного барабана при температуре
105-115 BС, очищают от пыли в циклоне и далее от аммиака, соединений
фтора и от остатков пыли – в двух абсорберах. Стоки от систем
абсорбции возвращают в нейтрализаторы. Таким образом, в производстве
аммофоса загрязненные стоки не образуются.
Запыленный воздух после холодильника «кипящего слоя» перед
выбросом в атмосферу очищают от пыли в циклонах.
Вместо емкостных нейтрализаторов в ряде схем используют аппараты
САИ или струйные реакторы.
На
установках,
оснащенных
аммонизаторами-грануляторами,
возможно получение любых форм фосфатов
аммония: моно- и диаммонийфосфата.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Получение аммофоса
Дигидрофосфат аммония или моноаммонийфосфат – основная
составляющая аммофоса – в лабораторных условиях можно получить
несколькими способами, используя в качестве реагентов фосфорную
кислоту и концентрированный раствор аммиака.
Дигидрофосфат аммония
NH4ОН + Н3РО4 = NН4Н2 РO4 + Н2О.
3
Первый способ. К 20 см концентрированного раствора аммиака (25
%) при охлаждении прибавляют малыми порциями раствор фосфорной
кислоты (70 %) до тех пор, пока раствор (отдельная проба) не перестанет
давать с хлоридом бария осадок фосфата. Полученный раствор
концентрируют при слабом нагревании до начала кристаллизации;
выпавшие после охлаждения прозрачные кристаллы соли фильтруют на
воронке Бюхнера и сушат на воздухе.
7
Рис. 3. Схема производства гранулированного аммофоса с аммонизатором-гранулятором:
1– нейтрализаторы; 2 – аммонизатор-гранулятор; 3 – сушильный барабан; 4 – циклоны; 5 – грохоты: 6 –
охладитель гранул; 7, 8 – абсорберы
Второй
способ.
В
производственных
условиях
дигидрофосфат
аммония
готовят
насыщением
70 %-ной
ортофосфорной кислоты аммиаком. Этот метод можно применять и в
3
лаборатории. В стакан емкостью 200-250 см , снабженный мешалкой и
3
термометром, наливают около 150 см 70 %-ной Н3РО4 и насыщают ее
при перемешивании аммиаком. Аммиак пропускают через жидкость со
3
скоростью 1,5 дм /мин. По мере нейтрализации раствор нагревается;
необходимо следить за тем, чтобы его температура не превышала 112 BС,
так как выше этой температуры поглощение аммиака резко уменьшается.
Соль начинает выпадать задолго до окончания нейтрализации. Конец
реакции определяют в отдельной пробе по метиловому оранжевому.
Раствор охлаждают, выпавшие бесцветные кристаллы отсасывают на воронке
Бюхнера, промывают небольшим количеством холодной воды и
высушивают при 100 BС. Соль следует хранить в плотно закрытой
склянке.
Третий способ. Дигидрофосфат аммония можно приготовить также
из гидрофосфата аммония. Для этого к раствору (NH4)2HPO4
прибавляют фосфорную кислоту до перехода желтой окраски индикатора
метилового оранжевого в оранжевую (в отдельной пробе):
(NH4)2HPO4 + Н3РО4 = 2NH4H2PO4.
Раствор упаривают на водяной бане до начала кристаллизации.
Выпавшие при охлаждении кристаллы отсасывают и высушивают между
листами фильтровальной бумаги. Взвешивают полученный продукт.
Гидрофосфат аммония
Гидрофосфат аммония (NH4)2HPO4 – бесцветные прозрачные
кристаллы. Соль хорошо растворима в воде, на воздухе теряет аммиак и
переходит в дигидрофосфат аммония NH4H2PО4.
3
3
К
50-60 см H3PO4 (ρ=1,12 г/см ) прибавляют
раствор
3
аммиака (ρ=0,91 г/см ) небольшими порциями до щелочной реакции
(проба по фенолфталеину). Полученный раствор кипятят и упаривают до
3
плотности 1,4 г/см . Уравнение реакции:
2NH4OH + H3PO4 = (NH4)2HPO4 + 2H2O.
Затем вновь добавляют
фенолфталеину и охлаждают.
аммиак до щелочной реакции по
Выпавшие кристаллы отсасывают и
3
очищают. Для этого их растворяют в 100 см воды, добавляют раствор
аммиака до щелочной реакции, кипятят и фильтруют, добавляют
немного раствора аммиака и охлаждают до 16-18 BС. Выпавшие кристаллы
отсасывают, отжимают между листами фильтровальной бумаги и сушат
непродолжительное время на воздухе. Взвешивают и рассчитывают выход
продукта.
Хранят гидрофосфат аммония в плотно закрытой склянке.
Аналитический контроль качества готового продукта
В готовом продукте – аммофосе – определяют: влагу; общий,
водорастворимый и усваяемый Р2О5; общий и водорастворимый азот.
Объем аналитической работы определяется преподавателем.
Определение содержания гигроскопической влаги
Влагу в аммофосе определяют методом сушки при температуре 100
BС.
Навеску аммофоса около 1 г (10 г по ГОСТ), взятую в бюксе на
аналитических весах, сушат в сушильном шкафу в течение 3 ч при
температуре 100 BС. После охлаждения в эксикаторе бюкс с высушенным
остатком взвешивают.
Содержание влаги (%) вычисляют по формуле:
где m – масса анализируемого вещества, г,
m1 – масса аммофоса после сушки, г.
Определение содержания общего Р2О5
Общий Р2О5 в аммофосе определяют гравиметрическим (весовым)
или ионитным методом. В данной работе используют гравиметрический
метод.
Взвешивают около 2 г аммофоса на аналитических весах, помещают
3
3
в стакан емкостью 250-300 см , наливают туда же 50 см
20 %-го
раствора соляной кислоты и кипятят 30 мин. После охлаждения раствор
3
переносят в мерную колбу емкостью 250 см , разбавляют водой до метки,
3
перемешивают и фильтруют. Переносят 25 см фильтрата в стакан
3
3
емкостью 200-250 см , приливают 15 см 50 %-го раствора цитрата аммония
3
(или 35-40 см профильтрованного раствора Петермана) и нейтрализуют
раствором аммиака по фенолфталеину.
Медленно, при непрерывном перемешивании палочкой, приливают 303
35 см магнезиальной смеси (приготовление реактивов для анализа см. в
лабораторной работе «Контроль в производстве удобрений. Определение
3
содержания фосфора в фосфорных удобрениях»), затем 20 см 25 %-го
раствора аммиака и продолжают перемешивать 30 мин. Раствор оставляют
в покое на 30-40 мин, после чего фильтруют через плотный беззольный
фильтр (синяя лента).
Осадок количественно переносят на фильтр, наливая каждый раз
3
в стакан по 8-10 см 2,5 %-го раствора аммиака тщательно оттирая
со стенок и дна стакана пристывшие кристаллы. Осадок на фильтре
промывают 3-4 раза 2,5 %-ным раствором аммиака. Общее количество
3
промывных вод должно быть 100-125 см . Фильтр с осадком
переносят в прокаленный и взвешенный тигель, высушивают, озоляют
при 700-800BС до полного сгорания фильтра и прокаливают в
муфельной печи (1000-1050 BС) до побеления осадка. После
прокаливания тигель с осадком охлаждают в эксикаторе и взвешивают.
Содержание Р2O5общ. вычисляют по формуле:
где а – масса осадка после прокаливания, г;
m – масса анализируемого аммофоса, г;
0,638 – коэффициент пересчета Мg2Р2О7на Р2О
Определение содержания водорастворимого Р2О 5
В аммофосе водорастворимый Р2О5 определяют гравиметрическим
или ионитным методом. В данной работе применяют гравиметрический
метод.
Взвешивают 5 г аммофоса на аналитических весах, переносят в
3
3
мерную колбу емкостью 500 см и наливают 400 см воды. Колбу
закрывают пробкой и непрерывно взбалтывают в течение 30 мин (или
используют магнитную мешалку). Затем объем раствора в колбе доводят до
метки, тщательно перемешивают и фильтруют через сухой фильтр (белая
лента), отбрасывая первые порции фильтрата.
3
3
В стакан емкостью 200-250 см переносят 25 см фильтрата,
3
добавляют 10 см 30 %-го раствора соляной кислоты и кипятят 10- 15 мин. К
3
охлажденному раствору приливают 10-15 см
50 %-го раствора цитрата
3
аммония или 30-35 см раствора Петермана и нейтрализуют аммиаком по
фенолфталеину и далее анализ ведут как для определения общего Р2О5.
Содержание водорастворимого Р2О5 (%) вычисляют по формуле:
где а – масса осадка пирофосфата магния, г;
m – масса анализируемого аммофоса, г;
0,638 – коэффициент пересчета Мg2Р2О7 на Р2О5.
Определение содержания усвояемого Р2О5
3
Взвешивают 1 г аммофоса, помещают в ступку и растирают с 5 см 2
%-го раствора лимонной кислоты. Массу из ступки переводят
с
3
помощью лимонной кислоты в мерную колбу емкостью 250 см .
Общий объем использованного раствора лимонной кислоты должен
3
быть равен 100 см . Колбу закрывают пробкой и непрерывно взбалтывают в
течение 30 мин (или используют магнитную мешалку).
Затем раствор в колбе разбавляют дистиллированной водой до метки.
Тщательно перемешивают и фильтруют через сухой фильтр (белая лента),
отбрасывая первые порции фильтрата.
3
3
В стакан емкостью 200-250 см переносят 50 см фильтрата,
3
добавляют 10 см 20 %-го раствора соляной кислоты и кипятят 10-15
3
мин. После охлаждения до комнатной температуры приливают 8-10 см
50 %-го раствора цитрата аммония и далее анализ ведут как при
определении общего Р2О 5.
Содержание усвояемого (лимоннорастворимого) Р2О5 (%) вычисляют по
формуле:
где а – масса осадка пирофосфата магния, г;
m – масса анализируемого аммофоса, г;
0,638 – коэффициент пересчета Мg2Р2О7 на Р2О5.
Определение содержания общего азота
Общее содержание азота в аммофосе определяют методом отгонки
(метод Кьельдаля) (см. лабораторную работу «Контроль в производстве
удобрений. Определение содержания азота в азотных удобрениях»).
3
Для анализа берут 25 см раствора аммофоса, приготовленного для
определения общего Р2О5 (см. выше).
Определение содержания водорастворимого азота
Формальдегидным методом можно воспользоваться для определения
водорастворимого азота. Принцип метода заключается в следующем.
Фосфаты
аммония
взаимодействуют
с
формальдегидом
с
образованием гексаметилентетрамина и выделением эквивалентного
количества свободной фосфорной кислоты по реакции:
4NH4PO4 + 6CH2O = N4(CH2)6 + 4H3PO4 + 6H2O
и
2(NH4)2HPO4 + 6CH2O = N4(CH2)6 + 2H3PO4 + 6H2O.
Выделившуюся свободную фосфорную кислоту оттитровывают
раствором гидроксида натрия в присутствии индикатора фенолфталеина.
Так как аммофос, кроме фосфатов аммония, может содержать некоторое
количество фосфатов кальция и магния, их предварительно нейтрализуют по
фенолфталеину.
В этом анализе используют раствор аммофоса, приготовленный для
3
определения водорастворимого Р2О5 (см. выше). 25 см этого раствора
3
пипеткой переносят в коническую колбу емкостью 250 см , прибавляют 2-3
капли фенолфталеина и нейтрализуют раствором щелочи до появления
слабо-розовой окраски.
3
Затем к этому раствору приливают 25 см ранее нейтрализованного раствора
формальдегида и дополнительно 2-3 капли фенолфталеина. После 1-2
минутного размешивания титруют 0,1н. раствором гидроксида натрия до
слабо-розовой окраски.
Содержание водорастворимого азота (в пересчете на NH3)
вычисляют по формуле:
где
раствора
гидроксида
натрия,
3
израсходованного на второе титрование, см ;
k – поправочный коэффициент для приведения концентрации раствор
гидроксида натрия к точно 0,1н;
m – масса аммофоса, взятого для анализа, г;
3
0,0017 – масса аммиака, соответствующая 1 см точно 0,1н. раствора
NaOH, г.
Результаты анализов
V
–
объем
0,1н.
После синтеза аммофоса и выполнения анализов готового продукта на
отдельные компоненты составляют таблицу, куда заносят результаты
истинного содержания питательных веществ в полученном аммофосе,
определяют выход продукта. Делают вывод о проделанной работе.
Контрольные вопросы:
Какова формула аммофоса?
Подсчитайте содержание питательных веществ в аммофосе.
Какие еще виды, кроме аммофоса, сложных удобрений вы знаете?
Назовите методы производства сложных удобрений.
Напишите уравнения реакций получения аммофоса.
Какие существуют технологические схемы получения аммофоса?
Расскажите об одной из них.
7) Поясните схему производства гранулированного аммофоса.
8) Расскажите о способах получения фосфатов аммония в лабораторных
условиях.
9) Какие вы знаете методы контроля качества готового аммофоса?
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Литература:
Основная литература
1 Ахметов Т.Г., Порфирьев Р.Т., Гайсин Л.Г., Ахметова Л.Т., Каримов Я.М.
Химическая технология неорганических веществ: В 2кн. Кн. 1., Кн. 2. – М.:
ВШ, 2002. - 688 с., 533 с.
2 Позин М.Е., Копылеев Б.А., Бельченко Г.В., Терещенко Л.Я., Орехов И.И.,
Дмитревский Б.А., Зубов В.В. Расчеты по технологии неорганических веществ.
– Ленинград: Химия, 1977. - 496 с.
Дополнительная литература
1 Мельников Е.Я., Салтанова В.П., Наумова А.М., Блинова Ж.С. Технология
неорганических веществ и минеральных удобрений. – М., 1983. - 432 с.
2 Бесков В.С., Сафронов В.С. Общая химическая технология и основы
промышленной экологии: Учебник для ВУЗов. – М.: Химия, 1999. – 472 с.
3 Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических
веществ и основы проектирования. – Минск: ВШ, 1981. - 335 с.