В Узбекистане хорошо развита строительная индустрия. Ежегодно при производстве цемента в республике образуется более 250 тыс. т цементной пыли (ЦП) — отхода, улавливаемого электрофильтрами. Особенности химического состава не позволяют возвращать ЦП в производственный цикл, и она практически не используется.

ЦП содержит до 7 % калия (в пересчете на K₂O) и до 45 % кальция (в пересчете на СаО). По важности для растений калий и кальций занимают 3- и 5-е места среди питательных элементов. Однако в ЦП они находятся в составе нерастворимых соединений и не могут быть усвоены растениями. Наилучший способ переработки ЦП — разложение азотной кислотой с получением комплексных удобрений, которые благодаря наличию кальция весьма эффективны для применения на засоленных почвах, составляющих в Узбекистане около 60 %.

На основании проведенных нами исследований разработана технология получения жидкого азотно-кальциевого удобрения (ЖАКУ) и гранулированного азотно-кальциевого удобрения (ГАКУ).

Технология переработки ЦП включает нескольких стадий (рисунок).

ЦП разлагают неконцентрированной азотной кислотой. Полученную пульпу нейтрализуют газообразным аммиаком и подают в центрифугу непрерывного действия для разделения твердой и жидкой фаз. Твердую фазу, представляющую собой нерастворимый остаток ЦП, направляют в отвал или на дальнейшую переработку. Жидкая фаза самотеком поступает в сборник нейтрализованной азотнокислотной вытяжки ЦП, откуда направляется потребителю как жидкое азотно-кальциевое удобрение (ЖАКУ-1) или на дальнейшую переработку для получения гранулированного продукта. После выпаривания в барботажно-выпарном аппарате ЖАКУ-1 поступает в барабанный гранулятор-сушилку, где происходят сушка пульпы и образование гранул, которые направляются на классификацию (а в случае необходимости — на дробление) и затаривание. Полученный! продукт представляет собой гранулированное азотно-кальциевое удобрение (ГАКУ-1).

Если необходимо снизить содержание нитрата кальция в продукте, ЖАКУ-1 после выпаривания направляют в кристаллизатор, где образуются кристаллы нитрата кальция, которые отделяют от раствора на ленточном вакуум-фильтре. Далее жидкая фаза поступает потребителю в качестве жидкого азотно-кальциевого удобрения (ЖАКУ-2) или на дальнейшую переработку.

Кристаллы нитрата кальция промывают водой или азотной кислотой и направляют потребителю. Промывные воды возвращают на стадию разложения ЦП. В случае необходимости получения удобрительного нитрата кальция стадию промывки можно исключить.

Для дальнейшей переработки ЖАКУ-2 подают в барабанный гранулятор-сушилку. Полученный продукт — гранулированное азотно-кальциевое удобрение (ГАКУ-2) направляют на классификацию (в случае необходимости — на дробление) и затаривание.

В работе использовали ЦП Бекабадского цементного завода, имеющую следующий химический состав, мас. %: ППП — 27,64; SiO₂ — 14,59; Аl₂O₃ — 3,75; Fе₂O₃ — 2,50; СаО — 44,88; SO₃ — 0,30; Na₂O — 3,26; К₂O — 3,13.

На основании результатов детального исследования всех стадий переработки определены оптимальные условия процесса разложения ЦП азотной кислотой: норма кислоты — 100–110 %; температура — 30–40 °С; продолжительность реакции — 25–30 мин; концентрация кислоты — 55–60 %. Степень перехода в раствор К₂O, Na₂O, СаO, Fе₂O₃, Аl₂O₃ составит соответственно 94,6–95,3; 97,1–97,2; 95,0–95,2; 52,3–52,4; 28,5–32,1 %.

Детально исследован процесс отделения нерастворимого остатка от азотнокислотной вытяжки путем фильтрации, отстаивания и центрифугирования. Установлено, что наиболее приемлемый способ — центрифугирование, которое обеспечивает степень осветления 87–91 %.

Исследование процесса нейтрализации азотнокислотной вытяжки показало, что при увеличении рН до 4 около 70–80 % железа и 45–б5 % алюминия переходят в осадок. При рН б–7 соединения железа и алюминий переходят в осадок практически полностью.

Изучение полученных азотно-кальциевых удобрений показало, что они обладают реологическими свойствами, обеспечивающими хорошую транспортабельность и простоту внесения в почву.

В результате разложения ЦП азотной кислотой, аммонизации и отделения нерастворимого осадка образуется раствор следующего солевого состава, мас. %: KNO₃ — 2,14; NaNO₃ — 2,88; Ca(NO₃)₂ — 41,83; Fe(NO₃)₃ — 0,07; Al(NO₃)₃ — 0,27; NH₄NO₃ — 4,00. Его можно использовать в качестве ЖАКУ-1, которое содержит 10,97 мас. % N, 14,28 мас. % СаО, 1,0 мас. % K₂O.

Исследован процесс концентрирования ЖАКУ-1. Показано, что пределом выпаривания ЖАКУ-1 следует считать 75 % от первоначальной массы. При этом из 100 г раствора ЖАКУ-1 выпадает до 30 г тетрагидрата нитрата кальция, т. е. до 45–50 % от исходного количества нитрата кальция, присутствовавшего в удобрении.

В результате разложения ЦП азотной кислотой, аммонизации, выпаривания и отделения тетрагидрата нитрата кальция образуется раствор следующего солевого состава, мас. %: KNO₃ — 4,59; NaNO₃ — б,18; Ca(NO₃)₂ —47,11; Fe(NO₃)₃ — 0,15; Al(NO₃)₃ — 0,58; NH₄NO₃ — 8,57. Его можно использовать в качестве ЖАКУ-2, которое содержит 12,70 мас. % N, 1б,09 мас. % СаО, 2,14 мас. % K₂O.

В результате упаривания и сушки ЖАКУ-1 получено ГАКУ-1 следующего состава, мас. %: KNO₃ — 4,11; NaNO₃ — 5,52; Ca(NO₃)₂ — 80,14; Fe(NO₃)₃ — 0,14; Al(NO₃)₃ — 0,52; NH₄NO₃ — 7,бб. Оно содержит 21,02 мас. % N, 27,3б мас. % CaO, 1,91 мас. % K₂O.

В результате упаривания и сушки ЖАКУ-2 получено ГАКУ-2 следующего состава, мас. %: KNO₃ — б,71; NaNO₃ — 9,04; Ca(NO₃)₂ — б8,87; Fe(NO₃)₃ — 0,22; Al(NO₃)₃ — 0,85; NH₄NO₃ —12,53. Оно содержит 18,57 мас. % N, 23,52 мас. % CaO, 3,13 мас. % K₂O.

Технико-экономические расчеты показали, что при 20 %-й рентабельности экономический эффект от выпуска 1 т 100 %-го N в азотно-кальциевых удобрениях по сравнению с аммиачной селитрой составит, дол. США: для ЖАКУ-1 — 131,4; ГАКУ-1 — 212,3; ГАКУ-2 и нитрата кальция — 99,01.