DE3708140A1 - Verfahren zur fluessig-/fluessig-extraktion von nassverfahrensphosphorsaeure mit organischen loesungsmitteln - Google Patents
Verfahren zur fluessig-/fluessig-extraktion von nassverfahrensphosphorsaeure mit organischen loesungsmittelnInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Flüssig-/Flüssig-Extraktion von Naßverfahrensphosphor
säure mit einem nicht mischbaren organischen Lösungs
mittel, indem man in der Mischapparatur die organische
Phase vorlegt und unter Rühren die Säurephase zugibt,
intensiv mischt und anschließend in einem Absitzgefäß
die Phasen trennt.
Naßverfahrensphosphorsäure wird durch Aufschluß von
Phosphatmineralien mit Schwefelsäure hergestellt. Der
dabei entstehende Gips wird zusammen mit anderen Fest
stoffen durch Filtration von der Säure abgetrennt. Die
filtrierte Säure enthält noch gelöste Begleitstoffe,
die entweder als Wert- oder Schadstoffe angesehen
werden.
Zur Gewinnung oder Eliminierung dieser Stoffe sind eine
Reihe von Extraktionsverfahren bekannt geworden, wobei
einige beispielhaft angeführt werden.
Uran läßt sich mit dem System DEHPA-TOPO aus Phosphor
säure extrahieren. Ein anderer Extraktionsprozeß zur
Gewinnung von Uran ist in der DE 29 52 475 offenbart.
Für die Entfernung von Cadmium aus Phosphorsäure sind
Verfahren gebräuchlich, wie sie in der DE 32 18 599 A1
und in der DE 33 27 394 A1 offengelegt sind. Nach diesen
Anmeldungen wird Cadmium aus Phosphorsäuren bis zu einer
Konzentration von 65% P₂O₅ entfernt.
Die genannten Elemente werden mit Hilfe einer Flüssig-/
Flüssig-Extraktion aus der Naßverfahrensphosphorsäure
entfernt, wobei die organische Phase nicht mit der
Säurephase mischbar sein darf.
Alle Extraktionsverfahren haben das gemeinsame Merk
mal, daß das spezifische Extraktionsreagenz durch eine
inerte Komponente verdünnt wird. In der Regel wird ein
Lösungsmittel auf Kohlenwasserstoffbasis eingesetzt.
Bevorzugt werden aliphatische Anteile verwendet. Das
Lösungsmittel hat die Aufgabe, die Mischbarkeit der
meist polaren Reagenzien mit der wäßrigen Phosphorsäure
herabzusetzen und die Phasentrennung zu verbessern. Die
behandelte Säure enthält in der Regel noch Reagenz- und
Lösungsmittelspuren. Davon ist nur ein kleiner Teil ge
löst, der weitaus größere Teil ist in Form von feinen
Tröpfchen emulgiert.
Die Menge emulgierter Stoffe hängt in erster Linie von
den Stoffeigenschaften des Systems ab. Dabei sind die
Viskosität, Dichtedifferenz und Grenzflächenspannung
von Bedeutung. In höher konzentrierten Säuren steigt
die Viskosität stark an, so daß sich besondere Trenn
probleme ergeben.
Für die Weiterbehandlung der Phosphorsäure sind diese
Lösungsmittelreste hinderlich, da die Gefahr besteht,
daß die Gummierungen der Apparaturen beschädigt werden.
Zur optimalen Auftrennung der Emulsionen kann man am
einfachsten die Absetzzeiten im Settler verlängern. Von
Fall zu Fall ist es auch möglich, die Stoffeigenschaften
durch Verdünnung und Temperaturerhöhung zu beeinflussen.
Als weitere Maßnahme zur Verbesserung der Koaleszenz
sind mechanische Trennhilfen vorgeschlagen worden.
Die grobdispergierte Phase kann an geeigneten Packungen
wie Platten, Füllkörper und Gestricke koaleszieren.
Feindispersionen werden durch Koalisierfilter abgetrennt.
Einen wesentlichen Nachteil dieser Filter stellt die An
fälligkeit gegen Feststoffe in der Emulsion dar. Zudem
sind sie häufig nicht beständig gegenüber starken Säuren
oder bestimmten organischen Lösungsmitteln.
Bei der Durchführung der Uranextraktion nach dem DEHPA-
TOPO-Verfahren im technischen Maßstab sind diese Schwie
rigkeiten einer breiten Fachwelt bekannt geworden.
F. J. Hurst und D. J. Crouse (Radioactive Waste Manage
ment, 6 (1982), 201 ff.) empfehlen, den Gehalt an orga
nischem Lösungsmittel unter 50 ppm in der Raffinat
phosphorsäure abzusenken. Eine Möglichkeit zur Reduzie
rung von Lösungsmittelverlusten durch Emulsionen wird
von den Autoren angegeben. Danach wird bei der Uran
extraktion aus Phosphorsäure mit dem System DEHPA-TOPO
ein Säure-/Lösungsmittel-Verhältnis von 2 : 1 in den ersten
Stufen eingestellt. In der letzten Stufe jedoch wird durch
Rückführung von Lösungsmittelphase aus dem Settler in den
Mixer ein Säure-/Lösungsmittel-Verhältnis von 1 : 1,1
eingestellt, so daß eine Phaseninversion erfolgt. Diese
Rückführung erfordert einen zusätzlichen apparativen
Aufwand und ist oft nur dann praktikabel, wenn das Phasen
verhältnis schon in der Nähe von 1 : 1 liegt. Dennoch ent
hält das Raffinat so viel verschlepptes Lösungsmittel,
daß weitere Maßnahmen wie zusätzliche Verweiltanks, ge
packte Kolonnen und Flotationszellen erforderlich sind,
um auf einen Gehalt unter 50 ppm im Raffinat zu kommen.
Es ist daher ein Bedürfnis für ein technisch einfaches
Verfahren gegeben, das geeignet ist, bei der Flüssig-/
Flüssig-Extraktion von Naßverfahrenssäure mit einer
organischen Lösungsmittelphase die Koaleszenz zu be
schleunigen und die Lösungsmittelverschleppung in der
Säure erheblich zu vermindern, ohne daß aufwendige und
anfällige Hilfsmittel benötigt werden.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß der aufge
zeigte technische Notstand dadurch überwunden werden
kann, indem man in die intensiv gerührte, zunächst
phosphorsäure-freie organische Lösungsmittelphase die
Naßsäurephase in dem erforderlichen Phasenverhältnis
eindosiert und nach dem Stoffaustausch die Phasen trennt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine
Reihe von Vorteilen aus:
Es erfordert keinen zusätzlichen technischen Aufwand;
bestehende Mixer-Settler-Anlagen können damit betrieben
werden.
Das Verfahren kann sowohl im Chargenbetrieb als auch im
kontinuierlichen Betrieb angewendet werden.
Das Verfahren ist besonders für Extraktionsprozesse an
konzentrierten Phosphorsäuren mit einem P₂O₅-Gehalt um
oder über 50% geeignet. Dies ist besonders überraschend,
da diese Säuren durch ihre hohe Viskosität bekannter
maßen zu Schwierigkeiten bei der Phasentrennung und der
Lösungsmittelverschleppung führen. Schon nach einer Ver
weilzeit von 1-2 h nach dem Mischvorgang in der konzen
trierten Raffinatsäure werden Lösungsmittelgehalte unter
50 ppm beobachtet, ohne daß zusätzliche mechanische Hilfs
mittel nötig wären. Dagegen sind ohne die erfindungs
gemäßen Maßnahmen Verweilzeiten in einem zusätzlichen
Settler von bis zu 24 h erforderlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf ein sehr
breites Band von Phasenverhältnissen anwenden. Sie liegen
zwischen 15 : 1 (A : O) bis 1 : 5 (A : O) Gewichtsteilen bei dem
Einsatz konzentrierter Säure- und entsprechenden Lösungs
mittelphasen.
Bei der Extraktion von nur grob vorgeklärten bräunlichen
Naßverfahrenssäuren entstehen Wechselwirkungen zwischen
den kolloidalen organischen Stoffen wie Huminstoffen, den
nachgefällten anorganischen Salzen aus Phosphorsäure und
den Lösungsmitteltröpfchen und führen zu einem Trübwerden
der Raffinatsäure, im Extremfall zur Ausbildung einer
dritten Phase. Diese kann zu ernsthaften Störungen führen,
da sie bei genügender Stärke die Phasentrennung verhindert
und den Durchbruch des Settlers zur Folge hat. Zudem ad
sorbiert sie oft erhebliche Mengen extraktionswirksamer
Reagenzien, so daß die organische Phase an Reagenz ver
armt und die Extraktionsrate zurückgeht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die organi
schen Inhaltsstoffe in einem untergeordneten Maß mobi
lisiert, so daß Verunreinigungen und Verluste der orga
nischen Phase gering bleiben. Zusätzlich wird auch die
Neigung zur Bildung dritter Phasen durch die Huminstoffe
und Nachfällungen der Rohsäure unterdrückt. Diese Stoffe
verbleiben in der Raffinatsäure.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein hydro
dynamisch stabiler Zustand im Mixer aufgebaut. Bei einem
kontinuierlichen Dauerbetrieb bleibt dieser Zustand über
Tage erhalten. Die Beständigkeit ist so groß, daß auch
Änderungen in der Rührgeschwindigkeit und im Phasenver
hältnis während des Betriebes ohne Einfluß auf den Effekt
des erfindungsgemäßen Verfahrens bleiben.
An Hand der Beispiele wird das Verfahren näher beschrieben,
ohne daß dadurch der Erfindungsgegenstand beschränkt wird.
Bei der technischen Durchführung einer Cd-Extraktion aus
Phosphorsäure gemäß der DE 32 18 599 A1 wurde die Säure
phase und Lösungsmittelphase im Phasenverhältnis 5 : 1 (A : O)
in einem Mixer gleichzeitig eindosiert und innig vermischt.
Als Säurephase wurde eine Naßsäure mit 57% P₂O₅, 18 ppm Cd,
190 ppm TOC, hergestellt aus Marokko-Rohphosphat, verwendet.
Die Lösungsmittelphase bestand aus einem aliphatischen
Kohlenwasserstoff, in dem 2,0% Tridodecylaminhydrochlorid
und 1,0% Nonylphenol gelöst waren. Die mittlere Kontakt
zeit der beiden Phasen im Mixer betrug 3 min. Nach dem
Rühren wurde das Auftrennen der Phasen und der Gang des
TOC-Gehaltes in der extrahierten Säurephase gemessen.
Die Rühr- und Trennversuche wurden bei 20°C und 50°C
durchgeführt und mehrmals wiederholt.
Nach der Extraktion wurde in den Raffinatsäuren der
Cd-Gehalt im Mittel mit 4,5 ppm bestimmt.
Es wurde, wie in Beispiel 1 angegeben, die gleiche Roh
säure nach dem Verfahren gemäß der DE 32 18 599 A1
extrahiert. Erfindungsgemäß wurde die organische Phase
in dem Mixer vorgelegt, das Rührwerk gestartet und an
schließend koninuierlich die beiden Phasen in den Mixer
eindosiert. Nach dem Rühren wurde das Auftrennen der
Phasen und der Gang des TOC-Gehaltes in der extrahierten
Säurephase gemessen. Die Versuche wurden mehrmals bei
20°C und 50°C durchgeführt.
Nach der Extraktion wurde in den Raffinatsäuren der
Cd-Gehalt im Mittel mit 4,1 ppm bestimmt.
Nach 1 h Standzeit wird in der extrahierten Säure ein
TOC-Gehalt bestimmt, der mit 32 ppm bzw. 14 ppm über
dem Eingangswert der nicht extrahierten Rohsäure liegt.
Die Lösungsmittelphase hat einen C-Gehalt von 87%.
Aus diesen Zahlenwerten ergibt sich ein Lösungsmittel
gehalt von 37 ppm bzw. 16 ppm in der extrahierten Säure
nach einer Absitzzeit von 1 h.
In Batch-Versuchen wurden die Unterschiede bezüglich der
Trübung in der Raffinatsäure und der Bildung einer dritten
Phase zwischen der herkömmlichen und erfindungsgemäßen
Arbeitsweise bei verschiedenen Phasenverhältnissen unter
sucht. Für diese Versuche wurde eine Rohphosphorsäure
mit 54,0% P₂O₅ und 1200 ppm Trübstoff eingesetzt. Die
organische Phase entsprach der in Beispiel 1 angegebenen
Zusammensetzung. Die Rührzeit betrug in allen Fällen 3 min.
Die Trübung und das Volumen der dritten Phase wurde nach
einer Absitzzeit von 1 h gemessen.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gegenübergestellt.
Trübung:Vergleichsstandard ppm SiO₂
Dritte Phase:Vol. % bezogen auf Raffinatsäurevolumen
Die Tabelle 5 zeigt, daß bei der erfindungsgemäßen
Arbeitsweise unabhängig von dem Phasenverhältnis eine
wesentlich geringere Trübung und eine deutlich vermin
derte Neigung zur Bildung einer dritten Phase gegen
über der herkömmlichen Arbeitsweise gegeben ist.
Dieses Beispiel zeigt die Unempfindlichkeit des erfin
dungsgemäßen Verfahrens gegenüber Änderungen der Rührer
drehzahl. In einem Mixer mit 100 l Nutzvolumen wurde
unter Rühren organische Phase vorgelegt und anschließend
die Phasen im Verhältnis 5 : 1 A/O (M/M) eindosiert. Bei
verschiedenen Rührerdrehzahlen wurden Proben genommen,
um die Trennzeiten, den TOC-Gehalt und die Cd-Extrak
tionsrate in der Raffinatsäure zu ermitteln. Die mittlere
Verweilzeit der Phasen betrug in allen Fällen 3 min.
Es wurde bei 31°C gearbeitet. Die Säurephase bestand
aus einer geklärten Rohphoshorsäure mit 56,0% P₂O₅,
169 ppm TOC und 19 ppm Cd. Die organische Phase hatte
die Zusammensetzung wie in Beispiel 1.
Es zeigt sich, daß mit steigender Rührerdrehzahl die
Phasentrennzeit nur unwesentlich verlängert wird,
während der TOC-Gehalt der Säure praktisch unverändert
ist.
Claims (3)
1. Verfahren zur Flüssig-/Flüssig-Extraktion von Naß
verfahrensphosphorsäure mit einem organischen Lösungs
mittelsystem, dadurch gekennzeich
net, daß man in die intensiv gerührte, zunächst
phosphorsäure-freie organische Lösungsmittelphase die
Naßsäurephase in dem erforderlichen Phasenverhältnis
eindosiert und nach dem Stoffaustausch die Phasen
trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die organische Lösungsmittel
phase aus mindestens einem spezifischen Extraktions
reagenz besteht, das in inerten Kohlenwasserstoffen,
die in Phosphorsäure praktisch unlöslich sind, gelöst
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Naßverfahrens
phosphorsäure einen P₂O₅-Gehalt von 20 bis 65% hat.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873708140 DE3708140A1 (de) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | Verfahren zur fluessig-/fluessig-extraktion von nassverfahrensphosphorsaeure mit organischen loesungsmitteln |
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DE19873708140 DE3708140A1 (de) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | Verfahren zur fluessig-/fluessig-extraktion von nassverfahrensphosphorsaeure mit organischen loesungsmitteln |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3708140A1 true DE3708140A1 (de) | 1988-09-22 |
DE3708140C2 DE3708140C2 (de) | 1991-04-18 |
Family
ID=6322966
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873708140 Granted DE3708140A1 (de) | 1987-03-13 | 1987-03-13 | Verfahren zur fluessig-/fluessig-extraktion von nassverfahrensphosphorsaeure mit organischen loesungsmitteln |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE3708140A1 (de) |
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