Фосфор қышқылының шығымын есептеу

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі
Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті
Инженерлік-технологиялық факультеті
Химия кафедрасы

Бейорганикалық заттардың химиясы және технологиясы 2
пәні бойынша 5В072000-Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының
студенттері үшін әдістемелік нұсқаулар

Семей 2015
Зертханалық жұмыс №1
Тақырыбы: Аммоний нитратын алу және анализі
Мақсаты: Аммиак селитрасын өндірудің негізгі кезеңдерң мен ГОСТ-85 дайын өнімдерін бақылау әдістерімен танысу. Лабораториялық жағдайда аммиак селитрасын алу. Дайын өнім құрамындағы аммонийлі азот мөлшерін формальдегид әдісімен анализ жүргізу.
Теориялық бөлім
Аммиак селитрасы немесе аммоний нитраты – ақ кристалды зат. Құрамында аммиак түрлі NH-4 және нитрат формада азот бар NO3- 35%. Басында аммиак селитрасы натрий селитрасынан және аммоний сульфатынан алынды. Қазіргі уақыта аммиактан және азот қышқылынан алынады.
Аммиак селитрасының өндірісінің негізгі кезеңдері:
1. азот қышқылының газ тәріздес аммиакпен бейтараптау;
2. аммиак селитра ерітіндісіне балқығанға дейін булау;
3. балқымадан тұздың кристализациясы;
4. тұздың салқындауы және кептіру;
5. қаптау.
Азот қышқылының аммиакпен бейтараптау – қайтымсыз гетерогенді процесс.
NH3(г)+ HNO3(с) → NH4NO3(қ) + 144,9кДЖ.
180-2000С t0, атм. қысымына жақын қысымда.
Аммиак селитра ерітіндісін булану.
Балқымаға дейін NH4NO3 94,5-98,5% булау аппаратында жүреді.
Аммиак селитрасының кристализациясы – негізіг процесс. Қазіргі кезде өндіріс ауыл шараушылығына гранула түрінде шығарылады. Оны гранулалау башнясында бақымадан кристалдап алады.
Тұзды кептіру – кептірілген тұзға ыстық ауаның қатысында жүргізіледі. Гранурленген аммиак селитрасында 1,5% көп емес ылғал болады.
Упаковкалау – аммиак селитрасын упаковкалау:
1. битум – автоловый қоспамен сіңірілген 5 қабатты қағаз қаптарда;
2. жабық және клапанды қаптарда ішкі қап-полиэтиленнен, сыртқысы полипропиленнен жасалған.
3. теміржол бункерлермен тасымалданады.
Аммоний нитраты 2 маркада шығарылады:
А марка - өндіріс үшін, Б марка – ауыл шаруашылығы үшін.
Көптеген жағадайда модифицирленген қоспа ретінде магнезильді қоспа қолданылады.
Магнезильді қоспа – массалық үлесі 35-37% Mg(NO3)2 немесе Ca(NO3)2 сулы ерітінділері.
МЕСТ – 85 бойынша көрсеткіштер келесідей бақыланады:
1. NH4NO3 бар жоқтығын титрлеу әдісімен анықтаймыз.
2. Ылғалдылық мөлшерін кептіру әдісімен бюксте 1000С t0 жүргізіледі және Фишер әдісімен.
3. pH-метрде pH ортасын анықтаймыз.
4. Гранулометриялық құрамын арнайы құрылғыда – РКФ-2У анықтайды
5. Статикалық беріктігін белгілі күш негізінде анықталады. Анализ үшін 2-з мм.
6. 10% HNO3 ерітіндісіне ерімейтін заттың массалық үлесін фильтрлеу тигель арқылы фильтрлейміз.
7. Ұнтақтау 6 айда 1 рет жасалынады.
Құрал-жабдықтар: аммиак селитрасын алу қондырғысы, титрлеу құрылғысы, термометр, аналитикалық және технохимиялық таразы, электропеш, шыны воронка, фарфор чашка, 25, 50см3 өлшегіш цилиндр, 5, 50 см3 пипеткалар, 250 см3 колба, 100, 250 см3 конусты колба.
Реактивтер: NaOH ерітіндісі (0,1н, 0,5н, 1н), аммиак ерітіндісі (25%), NaOH ерітіндісі (20%), H2SO4(конц), HNO3 ерітіндісі (20%), формальдегид 40%, дист. су.
Индикатор:метил қызыл, фенолфталеbн.
Жұмысты орындау реті
(4) колбаға цилиндрмен 50 см3 жаңа дайындалған 25% аммиак ерітіндісін құяды және 3 су моншасына қояды. Су моншасының t0 термометрмен бақылап отырады, 60-700С болу керек. 6 колбаға пипеткамен 50 см3 20% сілті ерітіндісін газды кептіру үшін құямыз кранды ашып, компрессор қосып және 60 минут ауа береді. Қалдық газдар 7 ұсталып қалады. Уақыт болған соң кранды жауып, компрессорды өшіріп, анализдеуге көшеді.
Анализ үшін 6 колбадан пипеткамен 5 см3 проба аламыз. Алеквотаны 100 см3 конусты колбаға құйып, титрлейміз. 1н NaOH ерітіндісін метил қызыл индикаторының қатысында ашық алқызыл түстен сарыға дейін итрлейміз.
Анализденген соң 6 колбадан фарфор чашкасына құйып аламыз, су моншасында бетінде пленка түзілгенше буландырамыз. Ары қарай алынған кристалды ауада құрғатады. Дайын өнім шығымын анықтайды:
CHNO3=(VNaOH0.063*1000)Vал
VNaOH – титрлеуге кеткен 1н NaOH ерітіндісі, см3
Vал-титрлеуге кеткен аликвота көлемі, см3
0,063- HNO3 титрі
Аммонийлі азотты формальдегидтік әдіспен анықтау.
4 NH4NO3+6HCOH→C6H12N4+4 HNO3 + 6H20
Гексометилентераамин
Фенолфталейн қатысында NaOH ерітіндісімен титрлейді.
Жұмыс реті
NH4NO3 тұзын аналитикалық таразыда 2г өлшеп алып, 250 см3 өлшегіш колбаға салып, тұзды воронка арқылы дист. сумен шайып, белгісіне дейін сумен жеткізеді араластырады. Тұзды бірнеше уақытқа қалдырады.
40% формальдегид ертіндісін алдын ала құмырсқа қышқылын жоғалту үшін нейтралдайды. Ол үшін цилиндрмен 20 см3 формалин алып, 250 см3 конусты колбаға құйып, 50 см3 дист.су 2 тамшы фенолфталейн құйып, 0.1 NaOH ерітіндісін ақшыл малина түске дейін нейтралдаймыз.
Дайындалған тұз ерітіндісін пипеткамен 50 см3 көлем алып 250 см3 конустық колбаға саламыз. Формамен құйылған. 2 тамшы фенолфталейн тамызып және 2 минут араластырамыз, 0,5н NaOH ерітіндісін ақшыл малина түске дейін титлейді
XNH4NO3=(VNaOHTNH4NO3Vk100)m*Val
VNaOH-титрлеуге кеткен 0,5н NaOH ерітінді мөлшері
Val- аликвота көлемі, см3
Vk-селитра ерітіндісі, см3
TNH4NO3-0,04 г\см
m-аммиак селитрасының массасы
XN=( VNaOHNNaOHVk14,007*100)m*V*1000
NNaOH-экв. Конц-я NaOH

№ 2 зертханалық жұмыс
Тақырыбы: Қос суперфосфатты алу және анализдеу
Мақсаты: қос суперфосфатты алу процессін практикалық оқу, лабораториялық жағдайда технологиялық процесті және оның технологиялық көрсеткішінің анализін жүргізу барысын үйрену.
Қысқаша теориялық мәлмет
Қос суперфосфатты алу үшін табиғи фосфат және фосфор қышқылының шикізаттары қолданылады.
Қос суперфосфатты алудағы негізгі реакция:
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2H2O + HF (1)
Фосфорит құрамына кіретін доломит, фосфор қышқылынынәсерінен ыдырайды
Cа,Мg(CO3)2 + 4H3PO4 + H2O= Ca(H2PO4)2H2O+Mg(H2PO4)2H2O+2CO2 (2)

Табиғи фосфорит құрамындағы алюминии және темір оксидтеріде фосфор қышқылында ыдырап орташа фосфаттар түзеді:
Аl2O3+ 2H3PO4+ H2O= 2AlPO42H2O (3)

Fe2O3+ 2H3PO4+ H2O= 2FePO42H2O
(4)
Фторапатит ыдырауынан түзілген фтор сутек, кремнии диоксидімен және силикаттармен әсерлесіп кремниии төртфторидін және кремниифтор қышқылын түзеді:
4HF +SiO2=SiF4+2H2O (5)

SiF4+ 2HF =H2SiF6 (6)

Фосфорит шикізатының ыдырау температурасының шегі 40 ... 700С ол фосфаттың ыдырау жылдамдығына әсер етпейді. Бірақ жоғары температураларда қос суперфосфаттың қату және байланысу (схватывание) процессінің жылдамдығы артады және фтор құрамды газдар бөлінеді. Жұмысшы температура 80...1000С. Фосфор қышқылының ыдырау нормасы 100%, ал апатит концентраты үшін стехеометриялық шығымы бойынша ыдырауы 105%. Араластырғышта ыдырау ұзақтығы 4...6 минут, суперфосфат камерасында 1,5 сағат, қоймада ...10 тәулік.
Фосфор қышқылының шығымын есептеу
Фосфор қышқылының шығымын мұғалі берген фосфат шикізатының массасының құрамымен есептейді. Фосфор қышқылының стехиометриялық шығымын ыдырату үшін алынған 100г апатит концентратымен теңдеу бойынша есептейді (1). Теңдеу бойынша 1,5мольР2О5 бар кальции фторапатитіне 7 мольН3РО4 шығымдалады, мұнда
(7)
Мұнда:Р2О5апат– шикізаттағыР2О5концентрациясы
98и142–Р2О5иН3РО4молярлымассалары
Р2О5фоск.т.–фосфор қышқылыныңконцентрациясы ,процент.
100г фосфоритті ыдырату үшін фосфор қышқылының стехиометриялық шығымы оның құрамындағы САО,MgO,Al2O3, Fe2O3и Р2O5 есепке ала отырып есептелінеді. Есепті (3, 4,7,8,9)реакцияларыбойыншажүргізеді

Ca3(PO4)2+4H3PO4+3H2O= 3Ca(H2PO4)2H2O (8)

СаО+ 2H3PO4= Ca(H2PO4)2H2O (9)

2H3PO4+MgO=Mg(H2PO4)2+H2O (10)
Есептеу мысалы
Фосфор қышқылының шығымын концентрациясы 73%болатын H3PO4 есептеу, фосфор ұнының нормасы 100%, құрамында 39,8% САО, 2,5% MgO, 1,5% AI2O3, 1,0% Fe2O3 , 24,5% Р2O5 бар.
Алдын ала Ca3(PO4)2,MgO,Al2O3,Fe2O3 және СаО массасын есептейді, фосфор ұнындағы 100 г Ca3(PO4)2байланысты емес.

Масса Ca3(PO4)2:

Мұнда, 310 и 142–Ca3(PO4)2 и Р2O5молярлық массасы

24,5 –100 г фосфор ұнындағы – Р2O5 массасы. Ca3(PO4)2 байланыстырылған СaО массасы,

Мұнда,56– молярнаямассаСаО

Ca3(PO4)2 байланыспағанСаО массасы,
39,8-28,99 =10,81 г
Мұнда, 39,8–100 г фосфор ұнындағы СаО массасы, г
МассаMgO-2,5г,Масса Fe2O3- 1,0г Масса AI2O3–1,5г
Концентрациясы 100% фосфор ұышұылының шығымы:

Концентрациясы 73% болатын фосфор қышқылының ертіндісіннің шығымын граммен есептеу.

Концентрациясы 73% болатын фосфор қышқылының көлемі, мл

Мұнда,1,557 гсм3 -Концентрациясы 73% болатын фосфор қышқылының тығыздығы.
Есептеудің екінші тәсілі. Тәжірибе үшін фосфор қышқылының шығымын есептеу. Оны көбінесе 100г фосфат шикізатын ыдырауына кеткен фосфор қышқылының көлемін Р2O5 г (H3PO4) бойынша формуламен есептейді (Каратау фосфоритін ыдыратуда):
HP2O5= 2,54X1 +3,55X2 +1,39X3 + 0,89X4 - X,г
Мұнда,X1, X2, X3, X4 и X-СаО,MgO,AI2O3, Fe2O3және Р2O5 шикізаттағы құрамы, процентпен.
Фосфор қышқылының шығымын Н3PO4 есептелуімен берілген концентрациясы:

Құрылғылар:
Кептіргіш шкаф
Химиялық ыдыс
Аналитикалық және техникалық таразылар
Фотоколориметр
Жұмысты орындау реті және алынған мәлметтерді өңдеу
Алдын ала өлшенген термо тұрақты чашкаға фосфор қышқылының есептелген мөлшерін құяды. 80-90oC дейін қыздырады. Тұрақты түрде араластырып 1-2мин аралығында фосфат өлшемесін салады. Фосфатты салып болғаннан кейін де тағы 3-5мин араластырады. Осыдан кейін өнімді кептіргіш шкафқа температурасы 105-110oC(камералық жетілу)температурасын сақтап 60-90мин қояды. Одан кейін өнімді бөлме температурасына дейін суытып техникалық таразыда өлшейді.
Кейін қос суперфосфатты анализдейді, құрамындағы ортақ, қабылданатын, суда еритін, бос Р2O5 мөлшерін анықтайды.
Бір уақытта қос суперфосфаттын ылғалдылығын анықтайды. Егер анализ сол арада жасалмаса оның массасын қайта анализге сынама алу алдында өлшейді.

Анализді жүргізу әдістемесі
Ортақ Р2O5 анықтау
1-2г қос суперфосфатты дәлдігі 0,0002г болатындай аналитикалық таразыда өлшейді, көлемі 250мл термо тұрақты сканға салады және 50млконцентрациясы 20%НСI тұз қышқылының ерітіндісін қосады сағаттық шынымен (часовое) бетін жауып баяу отта 30мин қайнатады, ерітінді буланған сайын ерітіндіге дист.су құйып отырады көлемі 50мл болатындай. Ерітіндіні суытқаннан кейін тұнбасымен бірге көлемі 250мл өлшеуіш колбаға ауыстырады, дист.сумен белгісіне дейін жеткізеді, араластырып фильтірлейді, фильтраттығ бірінші порцияларын төгеді. Пипеткамен фильтраттың 1мл алып көлемі 100мл өлшеіш колбаға салады сумен 50мл жеткізіп, 25млфосфат реактивын қосады ( Герітіндісі) және белгісіне дейін дист.сумен жеткізеді. 10...15мин өткеннен кейін оптикалық тығыздығын салыстырмалы ерітіндінің тығыздығын қатысты анықтайды.
Салыстырмалы ерітіндіні сынамамен бірге дайындайды, 100мл өлшеуіш колбаға Г ерітіндісінің25 мл алып дист. Сумен белгісіне дейін жеткізеді. Салыстырма ерітіндісін барлық Р2O5 формасын анықтауға қолданады және бір рет дайындайды.
Содержание P2O5 в массовых процентах вычисляют по формуле:
(11)
Мұнда,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.

Қабылданатын P2O5 анықтау
1-2г қос суперфосфатты дәлдігі 0,0002г болатындай аналитикалық таразыда өлшейді, көлемі 500мл өлшеуіш колбаға құрғақ воронка арқылы өлшемені трилона Б ерітіндісімен (конц.0,2мольдм3) шайады, алдын ала стаканда температурасы 93±3oС дейін қыздырылған көлемі 150 мл колбаны тығынмен жауып, 20-30 минут шайқайтын аппаратта араластырады. Ерітінді көлемін белгісіне дейін дистилденген сумен жеткізіп, араластырып ақ лента фильтрімен фильтрлейді, бірінші алынған фильтратты төгіп тастайды.
Пипеткамен 1мл фильтрат алып, көлемі 100 мл колбаға құяды. Ерітіндіге 2 мл 20% тұз қышқылын, 5-10 мл су қосып, он минут қайнатады және суытып, оны 30мл ге дейін сумен сұйылтады. Сосын оған 25фосфат қосып, белгісіне ждейін дистилденген сумен жеткізеді, оны араластырып, 10...15мин кейін салыстырмалы ерітінді бойынша оптикалық тығыздығын өлшейді.
P2O5 массалық үлесін (11) формула бойынша есептейді.
P2O5 суда еритін және бос мөлшерін анықтау.
4-5г қос суперфосфатты дәлдігі 0,0002г болатындай аналитикалық таразыда өлшейді, көлемі 500мл өлшеуіш колбаға салады. Сынамаға 400 мл су құйып тез арада араластырады комок болмас үшін. Колбаны тығынмен жабады,араластырғыш аппаратқа орналастырады. 30 мин өткеннен кейін колбаның белгісіне дейін жеткізеді, құрғақ фильтірмен “белая лента” фильтірлейді , фильтраттың бірінші порцияларын төгеді.
Пипеткамен 1 мл фильтрат алып, 100мл өлшеуіш колбаға ауыстырады. Ерітіндіге 2 мл(20% HСl) және 15-20 мл су қосып, 10 мин қайнатамыз. Суытып, 50 мл дейін сумен сұйылтып 25 мл Г ерітіндісін қосып, белгісіне дейін дист.сумен жеткізіп араластырады ары қарай жалпы P2O5 мөлшерін анықтағандай анализдеп есептейді.(5.3.1.).
P2O5 бос мөлшерін анықтау үшін,P2O5 сумен алынған фильтраттың 50 мл пипеткамен конустық колбаға ауыстырады, 100...150 млсумен сұйылтады және 0,1MNaOH ерітіндісімен 3...5 тамшы метил оранж қатысында алқызыл түстен сары түске дейін титірлейді.P2O5 бос мөлшерін келесі формуламен есептейді.
(12)
Мұнда, V1 - объем 0,1M раствора NaOH, израсходованного на титрование, мл; 0,0071 - масса P2O5 , соответствующая 1 мл 0,1 M раствора NaOH,гдм3
V2 - общий объем раствора, полученный при извлечении P2O5 водой, мл;
А - объем анализируемого раствора, взятого на титрование, мл.
m - масса навески удобрения,г

Нәтижелерді өңдеу
Қос суперфосфат алу процессіндегі шикізаттың ыдырауын маңызды сатылардың бірі табиғи фосфаттың ыдырау дәрежесі келесі формуламен анықталады.
(13)
Мұнда, P2O5(ф) -P2O5в фосфоритегі құрамы,%
P2O5 общ – жалпы P2O5тыңайтқыштағы құрамы, %
P2O5 усв - қабылданатын P2O5 тыңайтқыштағы мөлшері , %
B - қос суперфосфаттың шығысы
Қос суперфосфат шығынын есептеу үшін, қос суперфосфат массасының алынған фосфат массасына қатынасы арқылы есептеу:
(14)
Мұнда, Gсупер –қос суперфосфаттың массасы, г
Gфосф - масса фосфорита, г

Қос суперфосфатты алу нәтижелерін 1 таблицаға енгіз.
Таблица 1 қос суперфосфаттың сапалық көрсеткіші
P2O5 құрамы ,%

Шығыс

Кр,%

Кр,%
Шыққан өнімде, фосфорите
жалпы
қабылданған
Суда еритін
бос

Тапсырма: Берілген тыңайтқыш көлемін алу үшін қышқылдың кететңн көлемін есептеу. Қос суперфосфат дайындау. Химиялық анализ жүргізү және оны анализдеу.
Бақылау сұрақтары:
1. Қос суперфосфаттың тыңайтқыш ретіндегі қасиеті.
2. Шикізат түрлері және олардың өнімнің сапасына әсері.
3. Өнімнің құрамына және ыдырау дәрежесіне әсер ететін факторлар.
4. Қос суперфосфатты алу әдістері және олардың салыстырмалық қасиеттері.
5. Технологиялық параметірлерді таңдау түсіндірмелері.
6. Фтор құрамды қосылыстарды ұстап қалу әдістері.
7. Қос суперфосфат алу технологиясының даму жолдары

Зертханалық жұмыс № 3
Тақырыбы: Преципитат алу және анализі
Жұмыстың мақсаты: Преципитат өндірісімен және алу жолдарымен танысу. Зертханалық құрылғылармен фосфор қышқылын әк сүтінен бейтараптау арқылы преципитатты алу. Дайын өнімді анализдеу, жалпы және ерігіш цитратта Р2О5 анықтау.
Жалпы мәлімет
Преципитат – бұл фосфорлы тыңайтқыш, өнеркәсіпте және ауыл шаруашылығында дикальцийфосфат СаНРО4*2Н2О (кальцийдигидрат гидроортофосфаты) деп аталады. Ерігіш цитрат құрамында Р2О5 формада (шамамен 41,27% Р2О5). Ерігіш цитрат формасын өсімдіктер жеңіл сіңіреді.
Кристалл тәрізді ақ ұнтақ немесе крем түсті. Практикалық жағдайда гигроскопиялық емес, жақсы таралады. Физикалық құрамымен және жоғары агрохимиялық белсенділігіне байланысты топырақтарда қолданылуы мүмкін. Сонымен қоса аралас тыңайтқыштарда пайдаланады.
Дикальцийфосфат эффективті тыңайтқыш, осы мақсатқа байланысты оны арнайы өндірмейді, фосфор қышқылын қос суперфосфаттан алған тиімдірек, Р2О5 фосфориттен алынады және де Р2О5 – тің мөлшері дикальцийфосфатпен салыстырғанда қос суперфосфатта төмен.
Пренципиатты тыңайтқышты әлсіз фосфор қышқылының ерітіндісін утилизациялау арқылы алады. Пренципитатты фосфор қышқыл ерітіндісін әк сүтінен немесе ұсақталған әкті сулы суспензиямен фильтрлегенде, кептіру және ұсақтау.
Преципитирлеу – бұл процесс фосфор қышқылын әктен бейтараптау, нәтижесінде преципитат тұнбаға түседі.
Алғашында әктегі фосфор қышқылын ерітіндісі (әк сүті) немесе әк суспензиясы (бор) басында толық ериді, монокальцийфосфаты алынады (кальцийдигидроортофосфаты)

Са(ОН)2 + 2Н3РO4 = Са(Н2РO4)2 + 2Н2О;

СаСО3 + 2Н3РO4 = Са(Н2РO4)2 + СO2↑ + Н2О.

Монокальцийфосфаты (суперфосфат) фосфор қышқылының бейтараптануы, әлсіз қышқылды ортада дикальцийфосфат тұнбасын түзіп ыдырайды. Сонымен қоса, монокальцийфосфаты жаңа әк порциясымен әсерлеседі немесе әкпен, дикальцийфосфаты бөлінеді:
Са(ОН)2 + Са(H2PO4)2 + 2H2O = 2[СаНРO4·2Н2O];
СаСО3 + Са(Н2РO4)2 + 3Н2O = 2[СаНРO4·2H2O] + CO2↑.
Дикальцийфосфаттың әктің СаО:Р2O5 стехиометриялық қатынасы және ерітіндідегі рН 6,3 жоғары өсуі трикальцийфосфатының түзілуіне әкеледі (ортокальцийфосфаты):
2СаНРO4 + Са(ОН)2 = Са3(РO4)2 + 2Н2O.
Осынаған байланысты преципитирлеу анықтауда ерітіндідегі рН 6,3 – тен көп болмауы керек. Әктің шығымы дикальцийфосфаттың ыдырауын шақырмайды.
Қоспалар, экстракциялық фосфор қышқылының құрамында әк және әктің әсірі.
Фосфор қышқылы ерітіндісін бейтараптау мына қоспалардың ыдырауынан жүреді:
(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.

Қоспа құрамындағы Р2O5 өнімде азаяды, алюминий және темір фосфатының тұнбасы, кальций фториді және кремний қышқылы тұнбалары баяулайды және пренципитаттың фильтрлеуін қиындатады.
Сонымен қоса ұоспада СаО шығымы жоғарлайды. СаО теориялық шығымы Р2О5 бірлігі бойынша 56:71 = 0,79 құрайды. Фосфор қышқылының құрамына байланысты СаО практикалық шығымы Р2О5 бірлігі бойынша 0,8-0,9 массалық үлесін құрайды.

Қондырғылар және реактивтер

Құрылғылар: преципитат алатын қондырғы; Патерман ертіндісін алатын қондырғы; 2 дм3 фарфорлы стакан; 250 см3 және 1 дм3 шыны стакан; аналитикалық және технохимиялық таразылар; әр түрлі ареометрлер; 25, 50, 100, 250, 500 см3 және 1 дм3 өлшегіш цилиндрдар; 250, 500 см3 және 1 дм3 өлшегіш колбалар; 250 см3 түбі тегіс колба; 10, 25 және 50 см3 пипеткалар; фарфорлы чашка; электроплитка; кептіргіш шкаф; муфель пеші; тамшылату воронкасы; сағаттық (часовое) шыны; шыны таяқша; шыны бюкс; фильтрлеуіш қағаз; фильтр синяя лента; фарфорлы ступка с пестиком; фарфорлы тигель; су моншасы; термометр.
Реактивтер: H3PO4 (конц.); HNO3 (конц.); CaCO3 (крист.); CaO (крист.); дистилденген су; HCl (20 % - і ерітіндісі); аммоний цитраты (50% - і ерітіндісі); NaOH ерітіндісі (0,1н.); аммиак ерітіндісі (2,5; 10 және 25 % - і); H2SO4 ерітіндісі (0,1н.); магнезиальді қоспа, сілтілі; Петерман ерітіндісі; лимон қышқылы (х.ч.); аммоний хлориді (х.ч.); MgCl2·6Н2О (х.ч.).
Индикаторлар: фенолфталеин, метил қызыл.

Ескерту.
Аммоний цитратын (50% - і ерітіндісі) келесі әдіспен дайындалады. 500 г лимон қышқылын 600 см3 25% - і аммиак ерітіндісінде ерітеді. Ерітінді метил қызылымен бейтарапталған болуы керек, кей кезде оны лимон қышқылын немесе аммиакты қосқанда бейтараптандырады. Ерітінді 1 дм3 – ге дейін сумен сұйылтады, араластырып және кептіреді.
Магнезиальды қоспа, сілтісі келесі әдіспен дайындалады. 70 г аммоний хлоридін және 55 г магний хлоридін 200 – 250 см3 сумен ерітеді. Ерітіндіге 250 см3 10% - і аммиак ерітіндісін қосады, сумен 1 дм3 – ге дейін сұйылтады, араластырады және бір күнге қалдырады, осыдан кейін фильтрлейді.
Петерман ерітіндісі. Дайын ерітінді 1 дм3 құрамында 42 г аммиакты азот және 173 г лимон қышқылының гидраты болады. Шамамен ≈ 10% аммиак ерітіндісі дайындалады, концентрациясын келесі әдіспен тексереді.
Пипеткамен 10 см3 10% аммиак ерітіндісін алып және 500 см3 өлшегіш колбаға ауыстырады, алдын ала 400 – 450 см3 дистильденген су құйылған. Колбадағы ерітіндіге белгісіне дейін дистильденген сумен жеткізіп және мұқият араластырады. Колбадан пипеткамен 25 см3 2 – 3 проба алып, 250 см3 түбі тегіс колбаға ауыстырады, ішінде 30 см3 дистильденген суы бар және 0,1 н күкірт қышқылы ерітіндісімен метил қызылы қатысында титрлейді.
Ерітінді құрамындағы азотты келесі формуламен есептейді:

мұндағы а – титрлеуге кеткен 0,1 н күкірт қышқылының көлемі, см3.
Петерман ерітіндісін дайындағанда лимон қышқылының гидратын есепке алады, коммерсиялық реактив тексерілген болуы керек. 100 – 150 г лимон қышқылын ступкамен мұқият ұсақтайды және құрғақ бюкске орташа пробасын алады. 250 см3 өлшегіш колбаға 1 г лимон қышқылын дистильденген сумен ерітеді, белгісіне дейін дистильденген сумен жеткізеді және мұқият араластырады. 25 см3 пипеткамен екі пробаны 250 см3 түбі тегіс колбаға ауыстырады, 60 - 70°С – қа дейін қыздырады және фенолфталеин қатысында 0,1 н натрий гидроксид ерітіндісімен алқызыл түс пайда болғанша титрлейді.
Лимон қышқылы гидратының құрамын мына формуламен есептейді (у, гдм3):

мұндағы: b – титрлеуге кеткен 0,1 н натрий гидроксидінің көлемі, см3.

10% - і аммиак ерітіндісін (m) және лимон қышқылы (n) мөлшерін, Петерман ерітіндісін дайындау үшін N литрін келесі қатынаспен есептейміз:

Лимон қышқылының есептелген мөлшерін стаканға салып., көлемі 200 – 250 см3 ыстық суда ерітеді. Әрбір 173 г лимон қышқылы үшін. Бір уақытта белгісі бар 1 бутылкаға (рис. 1) Перетман ерітіндісінің көлемін көрсетіндей аммиак ерітіндісінің есептелген мөлшерін құяды. Екі ерітіндіні де 10 - 15°С дейін суытады. Суытылған ерітндіге 2 воронка арқылы аз порциямен лимон қышқылының ерітіндісін құяды. Лимон қышқылын құю кезінде бутылкадағы ерітіндіні 10 – 15°С дейін суытады. Барлық лимон қышқылын құйғанан кейін воронканы сумен шаяды, бутылкадан алып, бутылканы тығынмен жабады. Бутылкадағы ерітіндіні абайлап араластырып, суытылғанан кейін сумен белгісіне дейін жеткізеді, тағы араластырып 2 күнге қалдырады.
Егер Петерман ерітіндісін аммоний цитраттың 50% ерітіндісінің орнына қолданса, оны алдын ала фильтрлейді.

Сурет 1. Петерман ерітіндісін дайындайтын бутылка.
1 - бутылка; 2 – краны бар воронка; 3 – резеналы тығын; 4 – аммиак буын воронкаға апаратын трубка.

Жұмыстың орындалуы

Преципитатты алу

Зертханалық жағдайда преципитатты фосфор қышқылын әк сүтімен бейтараптап алу немесе әкпен технологиялық процестің тұнбаға түсу коэффициенттінің маңызды көрсеткішін анықтау, яғни ерітіндіден жалпы Р2О5 – тің тұнбаға өту және преципитирленуі, Р2О5 – тің преципитатқа өту кезеңі, преципитат мөлшері.

Жұмысты орындалу реті

Тәжірибені бастамас бұрын фосфор қышқылының берілген мөлшерін өндеу үшін әк сүтінің керекті мөлшерін есептеп алады.
Есеп келесі реакция теңдеулерімен жүреді:
CaO + H2O = Ca(OH)2; Н3РO4 + Са(ОН)2 = СаНРO4·2Н2O;
Н3РO4 + СаCО3 = СаНРO4·2Н2O + CO2↑.
Есептеу үшін келесіде мәліметтерді пайдаланады:
1. Н3РО4 массасы – 100 г.
2. Н3РО4 концентрациясы - 85%.
3. 85% Н3РО4 тығыздығы – 1,690 гсм3.
4. Са(ОН)2 концентрлі ерітіндісі – 92,65 гдм3.
5. Са(ОН)2 ерітіндісінің тығыздығы – 1,054 гдм3.
6. Са(ОН)2 артық мөлшері – 1,5.

Әк сүтін дайындау.
2 дм3 фарфор стаканға, араластырғыш қойылған, алдымен ≈ 150 – 200 см3 су құяды және айналып тұратын араластырыш арқылы 7 – 15 г әк СаО салады. Әрбір 5 мин сайын судың құйылуын жаңартады және әктіде, 30 – 40 мин ішінде барлық жұмыс аяқталуы керек.
Жалпы әк сүтінің дайындалу мөлшері есептеген мөлшерінен бірнеше есе болу керек.
Әк сүтінің пробасын анализдеу үшін құрамында СаО бар қышқыл пробасымен титрлейді немесе ареометрлейді. Әк сүтінің мөлшері тәжірибе жасау үшін концентрацияға тәуелділігін және 1 дм3 өлшегіш цилиндрмен өлшейді.

Преципитатты алу.
Преципитатты алу қондырғысының сызбасы сур. 2 көрсетілген.
Фарфорлы стаканға 1, термометрді орналастырып 2 және реакторды преципитатты алу үшін қолданады, 100 см3 өлшегіш колбамен Н3РО4 есептелген мөлшерін құяды (концентрацияға байланысты). Араластырғышты қосады 3, осыдан кейін реакторда әк сүті шағарыла бастайды. Әк сүтін тамшыллату воронкасы көмегімен береді 4, уақыт өте келе араластырғыш арқылы суспензияны стаканнан құйып алады, 10 – 15 см3 мин жылдамдықпен. Преципитирлеу шамамен 1 – 1,5 сағ жүреді.

Сурет 2. Преципитат алуға арналған қондырғының сызбасы:
1- фарфорлы стакан; 2 – термометр; 3 – араластырғыш; 4 – тамшылату воронкасы.

Әктен преципитатты алу
Әктің көмегімен фосфор қышқылының преципитирлеуде аса концентрлі суспензия ≈150 – 250 гдм3 қолданылады, әк сүт қарағанда. Әк пульпасын реакция стананына ақырындап құю керек, тәжірибе 4 – 4,5 сағ жүреді. Әктің құрамында СаСО3 ≈ 95 % болу керек. Фосфор қышқылының концентрациясы 10 – 15%, ал кейбір тәжірибелерге қышқылдың 5–10 % P2O5 немесе 40–50 % Р2О5 алынады.
Қышқылды пайдаланар алдында құрамындағы фтордың мөлшеріне (≥ 1%) назар аудару керек, процесс екі сатыда жүреді. Алдымен шамамен 70% Р2О5 қышқылды әкпен тұндырады, одан кейін қалған мөлшерін әк сүтімен.

Нәтижелерді өндеу

Алынған нәтижелер техникалық процесс көрсекіштерін есептеуде қолданады: ерітіндідегі Р2О5 тұну коэффициенті және преципитирлеу коэффициенті.
Ерітіндідегі Р2О5 тұну коэффициенті ерітіндіден Р2О5 – тің тұнбаға түсуін көрсетеді. Оны шыққан қышқыл құрамындағы Р2О5 және сұйық фазадағы преципитат пульпасы (%):

Преципитирлеу коэффициенті. Кпрец. Р2О5 – тің фосфор қышқылынан преципитатқа өту кезеңімен сипатталады, оны мына формуламен есептейды:

Егер тұнбаны шаймаса немесе дұрыс шаймаса, преципитирлеу коэффициенті тұнбадағы Р2O5 коэффицинтінен біршама көп болады, сұйық преципитат фазасында Р2O5 бөлігі тұнбаға түспейды.

Дайын өнімнің анализі
Берілген жұмыста жалпы және цитратта еритін Р2O5 мөлшерін және Р2O5 фильтратты ерітіндісі есептейді.
Преципитаттағы жалпы және цитратта еритін Р2O5 анықтау.
Р2O5 – ті анықтағанда массалық және иондық әдіс қолданылады.
Массалық әдіс. Преципитат құрамына кіретін барлық фосфорды тұз қышқылы ерітіндісі арқылы ерітіндіге айналдырады. Онда РO4 ионы MgNH4PO4·6H2O түрде түседі. Тұнбаны магний пирофосфатына дейін Mg2Р2О7 күйдіреді және өлшейді.
Бұл әдісті преципитатты алудан қалған Р2O5 фильтратты ерітіндісін анықтауға қолдануға болады.
Иондық әдіс. Бұл әдіс көп уақытты және әр түрлі реактивтерді қажет етеді. Сондықтан бұл жұмыста массалық әдіс қолданған қолайлы.

Жалпы Р2O5 – тің мөлшерін анықтау

Жұмыстың орындалу реті

Аналитикалық таразыда ұнтақ тәрізді преципитаттың ≈ 2,5 г өлшеп, 250 см3 түбі тегіс колбаға саламыз, оған 5 – 10 см3 дистильденген сумен ылғалдандырамыз және 50 см3 20% тұз қышқылын құямыз. Колбаны шынымен жабады және электроплиткада алдымен ақырын, сосын сұйықтықты кайнағанға дейін жеткізіп және 30 мин баяу қайнатады. Әр уақыт сайын шыны таяқшамен араластырады.
Қайнатқанан кейін ерітіндіні 2 есе сумен сұйылтады және тұнбасымен бірге 250 см3 өлшегіш колбаға құяды, колбанын қабырғасын сумен мұқият шаяды. Ерітіндіні бөлме температурасына дейін суытады, сосын ерітіндіні белгісіне дейін сумен жеткізіп, араластырады және құрғақ фильтр арқылы фильтрлейді, фильтраттын бірінші порциясын есепке алмайды.
250 см3 стаканға пипеткамен 25 см3 фильтрат құяды, 10 – 15 см3 50% аммоний цитрат ерітіндісін қосып, фенолфталин қатысында аммиак ерітіндісімен бейтараптайды. Баяу, үзбей шыны таяқшамен араластыра отырып, 30 – 35см3 магнезиальді сілті қоспасын қосып, кейін 20 см3 25% аммиак ерітіндісін қосады және 30 мин араластырады. Одан кейін ерітіндіні 30 – 40 мин қойып қояды. Одан кейін тығыз күлсіз фильтрмен фильтрлейді.
Тұнбаны фильтр қағазына ауыстырады, стакандағы кристалды шаю үшін 8 – 10 см3 2,5% аммиак ерітіндісімен шаяды. Фильтрдағы тұнбаны 3 – 4 рет шаяды, шаятын судың көлемі ≈100 см3. Фильтр қағазын түнбасымен күйдірілген және өлшенген тигельде кептіреді, фильтр қағазы толық күйгенге дейін 700 - 800°С күлдендіреді және муфель пешінде 1000 - 1050°С тұнба ағарғанша күйдіреді. Кейін тигельді тұнбамен бірген эксикаторда суытып, өлшейді.

Нәтижелерді өндеу

Р2O5 мөлшерін келесі формуламен есептейді:

Цитратта еритін Р2O5 мөлшерін анықтау
Жұмыс орындау реті
Фарфорлы ступкаға 1 г құрғақ немесе 2,5г ылғал преципитатты аналитикалық таразыда өлшеп, абайлап Петерман ерітіндісімен дымқылдайды және мұқият үйкелейді. Үйкеленген массаны Петерман ерітіндісімен воронка арқылы 250см3 колбаға құяды. Ступкада, пестикте және воронкада қалған преципитат бөлшектерін фильтр қағазының бөлігімен алып, сол колбаға салады. Пестикті, ступканы, воронканы Петерман ерітіндісімен шайып, оны колбаға құяды. Барлық жұмысқа 100см3 Петерман ерітіндісін қолданады.
Колбаны тығынмен жабады, фильтр қағазын түйіршікке айналғанша шайқайды. Бөлме темперетурасында бірнеше сағат қалдырады (немесе келесі лабораториялық жұмысқа дейін қалдырады). Кейін су моншасында 1 сағ 40°С – та ысытады. Ысыту кезінде колбаны әр 15 мин сайын шайқайды.
Суыған ерітіндінің көлемін сумен белгісіне дейін жеткізеді. Колбаны мұқият араластырады және фильтрлейді, фильтраттың лайланған бірінші порциясын төгіп тастайды. 250 см3 стаканға пипеткамен 50 см3 мөлдір фильтратты құяды, 10 см3 концентрленген азот қышқылын құяды, кайнағанға дейін жеткізіп және 10 - 15 мин қайнатады. Суыған ерітіндіге 8 -10 см3 50% аммоний цитрат ерітіндісі немесе 20 – 25 см3 Петерман ерітіндісін және фенофталеин қатысында аммиак ерітіндісімен бейтараптайды.
Кейін анализ жалпы Р2О5 анықтағандай орындалады.
Баяу, тоқтаусыз таяқшамен араластырады, 30 – 35 см3 магнезиальді сілті қоспасын, одан кейін 20 см3 25% аммиак ерітіндісін құяды және 30 мин араластыруды жалғастырады. 30 – 40 мин ерітіндіні қалдырады, одан кейін тығыз күлсіз фильтрмен фильтрлейді.
Тұнбаны фильтр қағазына ауыстырады, стакандағы кристалды шаю үшін 8 – 10 см3 2,5% аммиак ерітіндісімен шаяды.
Фильтрдағы тұнбаны 3 – 4 рет шаяды, шаятын судың көлемі ≈100 см3. Фильтр қағазын түнбасымен күйдірілген және өлшенген тигельде кептіреді, фильтр қағазы толық күйгенге дейін 700 - 800°С күлдендіреді және муфель пешінде 1000 - 1050°С тұнба ағарғанша күйдіреді. Кейін тигельді тұнбамен бірген эксикаторда суытып, өлшейді.

Нәтижелерді өндеу

Р2O5 мөлшерін келесі формуламен есептейді:

Қауіпсіздік техникасы.

Студенттер қауіпсіздік техникасымен және нұсқаулықтармен танысқаннан соң, журналға қол қойылғанан кейін жұмысқа жіберіледі.
Зертханалық жұмыс барысында төмендегідей қауіпсіздік ережелерін орындау керек:
Жұмыс әдістемелік нұсқаулық бойынша орындалады.
Жұмысты орындауда халат кию керек.
Қосылып тұрған қондырғыны бақылаусыз қалдыруға болмайды.
Шыны ыдыстармен, реактивтермен және электрқондырғылармен жұмыс жасау кезінде жалпы химиялық зертханадағы техника қауіпсіздігі нұсқаулығымен қатаң сақталуы керек.
Концентрленген фосфор, азот қышқылдарымен және аммиак ерітіндісімен жұмыс сорғыш шкафтын астында орындалады.
Алынға ерітіндіні арнайы алданы ала дайындалған ыдысқа жинайды.
Шынымен, концентрленген қышқылмен және сілтімен жұмыс жасағанда алғашқы көмек көрсетуді білу керек.

Бақылау сұрақтары:

1. Преципитаттың негізгі қасиеттерін және қолдануы туралы айтыңыз?
2. Преципитатта фосфор қандай формада болады?
3. Неліктен преципитатты арнайы тыңайтқыш алуда өндірілмейді?
4. Преципитирлеу дегеніміз не?
5. Преципитатты қалай алады? Оны алу үшін шикізат болып не табылады?
6. Преципитат алудың өнеркәсіптік өндірісінде қандай әдістер қолданылады?
7. Әк сүтінен преципитатты алу процесін жазыңыз.
8. Преципитирленген әктен фосфор қышқылын преципицирленген әк сүтінен айырмашылығы неде?
9. Әк және әктен преципитат алудың температуралық режимі?
10. Неліктен преципитирлеу қатал рН нақтылы өткізіп жатыр? Оның мәні қандай?
11. Фосфор қышқылының құрамындағы преципитат қоспасын алу процесіне әсері қандай?
12. Преципитат минералды тыңайтқыштың қай түріне жатады? Жалпы минералды тыңайтқыштың жіктеу сызбасын көрсетіңіз.
13. Петерман ерітіндісін дайындалуын айтыңыз.
14. Тұнба коэффициенті және реципитирленуі немен сипатталады?
15. Р2О5 анықтау әдісінің мәні неде?
16. Жалпы және цитрат ерітіндісіндегі Р2О5 қалай анықтайды?
17. Фосфор тыңайтқышның құрамындағы Р2О5 формасының анализ әдісін айтыңыз.
18. Преципитат өндірісінің бақылау мәні неде?
19. Негізгі компоненттердің және суперфосфаттағы әр түрлі негізгі қорек заттар преципитаттың, фосфор ұнының және обесфторен фосфатын формулаларын көрсетіңіз.
20. Фосфорлы тыңайтқыштарда фосфордың аналитикалық бақылауының негізгі түрлерін атаңыз.