177803. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kálium-magnézium-foszfát alapú lassú hatású komplex műtrágyák előállítására
3 177803 4 H3P04+3 K0H=K3P04 (3) K3P04+MgS04+H20 = = KMgP04. H,0 ! K2S04 (4) A szűrés után nyert anyalúgot bepárolják, majd a kivált K2S04-et centrifugálással kinyerik. A centrifugálással nyert anyalúgot vízzel, foszforsavval és kálilúggal kiegészítve, visszavezetik a folyamatba. Ez az eljárás sem gazdaságos, mert hiszen itt is 3 mól KOH szükséges 1 mól KMgP04 előállításához és az anyalúg csak abban az esetben cirkuláltatható, ha K2S04 tartalmának zömét kinyerik. Az így kinyert K2S04 azonban nagyon drága termék, minthogy 1 mól K2S04 előállításához 1 mól MgS04 és 2 mól KOH szükséges. Ennek ellenére a lúgos eljárás előnyeként említhető, hogy az előállított termék eléggé tiszta, 27,5% K20-t és 38,8% P205-t és 22,5% MgO-t tartalmaz. Műtrágyák viszonylatában azonban sokkal inkább a gazdaságosság a döntő, nem pedig a termék tisztasága. Gazdaságosság tekintetében viszont a lúgos eljárás nem kielégítő, az előállított termék olyan drága, hogy mezőgazdasági felhasználása nem gazdaságos. A kálium-magnézium-foszfát előállításának másik csoportjába azok az eljárások tartoznak, amelyeknél az előállítást a következő egyenletek szerint végzik [548986 sz. német szabadalom, Gmelin: 27B—4, 465 (1939)]: H3P04+K0H=KH2P04+H20 (5) KH2P04+MgO=KMgP04. H20 (6) Az (5) és (6) egyenlet szerinti eljárás igen egyszerű, a termék összetétele azonban nem felel meg a (6) egyenlet szerinti képletnek [Chem. Abstract 57. 10271a (1962), Chevron—Droixhe: Bull. Acad. Béig. 16. 473 (1888)]. Az 548 986 sz. német szabadalom szerint savanyú kálium-magnézium-foszfát képződik és az oldat KH2P04 koncentrációjától függően a következő összetételű vegyületek válnak ki az oldatból: I. 2 KMgP04. HMgP04.9 H20, II. KMgP04. HMgP04.7 H20. Az I., még inkább a II. vegyület K20-tartalma a P205-tartalomhoz képest kicsi és így a P205 : K20 arány nem kedvező ezekben a vegyületekben. Az 1. táblázatban feltüntettük az I. és II. vegyület, valamint a KMgP04.H20 P205:K20 súlyarányát. 1. táblázat Vegyület P205 : K20 súlyarány KMgP04.H20 1:0,66 I. 2KMgP04.HMgP04.9H20 1:0,44 II. KMgP04.HMgP04.7H20 1:0,33 A kálium-magnézium-foszfát előállítása monokálium-foszfátból és magnézium-oxidból annál gazdaságosabb, minél jobban megközelíti a termék összetétele a P205 : K20= 1: 0,66 súlyarányt. Találmányunk célja közel 1: 0,66 P205 : K20 súlyarányú kálium-magnézium-foszfát gazdaságos előállítása, továbbá olyan kombinált technológia kidolgozása, mellyel egy lépésben lassú hatású mikroelemtartalmú kálium-magnézium-foszfát műtrágya állítható elő. Találmányunk több felismerésen alapul. Egyik felismerésünk a KH2P04—MgO heterogén reakció [(6) egyenlet] mechanizmusának tisztázását jelenti. Mindenekelőtt megállapítottuk, hogy a KH2P04 és MgO reakciója igen rossz hatásfokú és az elegy pH-ja 7,5—8 között van. A szűrés után nyert anyalúg a két alkotót (P205 és K20) csaknem 100%-ban K2HP04 alakjában tartalmazza. Ebből arra lehet következtetni, hogy a (6) reakció mellett a következő reakció is lejátszódik: 2 KH2P04+MgO= — HMgP04+K2HP04+H20 (7) A (6) és (7) reakció tehát egyaránt végbemegy és a végtermék KMgP04és HMgP04vegyületek keverékéből áll. A KMgP04 aránya a termékben nő a kiindulási KH2P04 oldat töménységének, az MgO adagolási sebességének, valamint a reakció hőmérsékletének csökkenésével. Lényeges szerepet játszik az MgO szemcsemérete is. A 0,1 mm-nél kisebb szemcseméretű magnézium-oxidot a (6) egyenletnek megfelelő arányban adtuk a KH2P04 25%-os 60 °C hőmérsékletű oldatához és a reakcióelegyet fél órán át kevertük, majd 30 °C-ra lehűtve szűrtük. A szűrlet jelentős K2HP04-tartaIma arra utal, hogy a magnézium-oxid egy része reagálatlanul, változatlanul megmarad. Vagyis a (6) és (7) reakcióban keletkező KMgP04 és HMgP04 a magnézium-oxid szemcsékre csapódik ki, bevonja azokat és ezzel meggátolja, hogy az MgO szemcsék belseje is résztvegyen a reakcióban. Kísérleteink szerint, az anyalúg P205- és K20-tartalma alapján számolva, legfeljebb 80%-os P205- és 60%-os K20-kihasználás érhető el. Ez esetben a (6) és (7) reakció összevonva a következő egyenlettel írható fel: 15 KH2P04+12 MgO = 9 KMgP04+3 HMgP04+3 K2HP04+ + 12 H20 (8) A (8) reakcióban 3 K2HP04 képződik, ami azt jelenti, hogy az MgO-nak, a (6) reakció szerinti sztöchiometrikus mennyiségnek 20%-a változatlanul megmarad, nem vesz részt a reakcióban. Egy másik felismerésünk olyan technológia kidolgozását célozza, mellyel a P2Os- és K20-kihasználás egyaránt messzemenően növelhető. Azt tapasztaltuk, hogy a KMgP04 előállítása lényegesen jobb hatásfokkal végezhető a következő reakciók alapján : 2 H3P04+Mg0=Mg(H2P04)2+H20 (9) Mg(H2P04)2+2 KOH=KMgP04+KH2P04+H20 (10) KH2P04+Mg0=KMgP04.H20 (11) A (9) reakcióhoz 25%-os foszforsavat használtunk, melyben feloldottuk a sztöchiometrikus mennyiségű magnézium-oxidot. Ezután az oldathoz a (10) reakció értelmében szilárd KOH-t adtunk részletekben. A hőmérséklet 80 °C-ra emelkedett. A (9) és (10) reakció — vizsgálataink szerint — kvantitatív. Amikor a 80 °C hőmérsékletű zagyhoz a (11) egyenletnek megfelelő mennyiségű magnézium-oxidot adtunk, a hőmérséklet hirtelen 85—87 °C-ra, a pH pedig 9—10 értékre növekedett és a zagy bedermedt. A bedermedés a KMgP04 hidrolízisére vezethető vissza, amely szobahőmérsékleten nagyon lassú, 80 °C-on viszont szinte pillanatszerű: 3 KMgP04+22 H20= = Mg3(P04)2.22 H20+K3P04 (12) A (12) egyenlet értelmében a bedermedést a nagy kristályvíztartalmú trimagnézium-foszfát, a pH növekedését 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
