RU1797596C - Способ получени фосфорной кислоты - Google Patents

Abstract

Сущность: фосфатное сырье разлагают оборотной фосфорной и серной кислотами с получением суспензии. Обработка суспензии в магнитном поле с индукцией 0,008- 0,14 Тл при скорости движени  суспензии 0,2-0,4 м/с. Разделение суспензии на продукционную кислоту и фосфогипс. Промывка фосфогипса с получением оборотной фосфорной кислоты. Обработка оборотной кислоты в магнитном поле с индукцией 0,07-0,13 Тл. Содержание натри  и кали  в фосфогипс 0.11-0,15%. 3 з.п. ф-лы. 4 табл.

Description

Изобретение относитс  к технологии неорганических веществ и может быть использовано при переработке отходов производства экстракционной фосфорной кисЛоты (ЭФК).

При получении ЭФК сернокислотным методом в качестве отхода образуетс  фосфогипс . Большие объемы этого экологически неблагопри тного продукта вынуждают вести поиски различных путей его утилизации . Эти пути завис т от химического состава фосфогипса, который определ етс  как составом исходного фосфатного сырь , так и особенност ми технологии производства ЭФК.

Непосто нство количественного состава фтора и других примесей существенно вли ет на технологию переработки фосфогипса и на свойства образующихс  продуктов. Направленным изменением химического состава фосфогипса можно было §ы значительно расширить области возможного использовани  изделий из фосфогипса. Однако дл  получени  фосфогипса требуемого химического состава нужно создавать специальное трудоемкое и дорогосто щее производство дл  переработки больших количеств фосфогипса.

В промышленности примен етс  только один способ изменени  химических свойств фосфогипса - промывка водой, что сокращает концентрацию водорастворимых примесей (см. Ахмедов М.А., Атакузиев Т.А. Фосфогис, Ташкент, Фан, 1980).

Недостатками способа  вл етс  невозможность увеличени  концентрации компонентов и вли ни  на нерастворимые в воде примеси, а также то. что промывные воды (количество многократно превосходит обь- ем фосфогипса) требуют химической нейтVI

О

VJ ел ю

Os

ы

рализации и очистки. При переработке.фосфоритного фосфогипса надо учитывать, что заводы, производ щие ЭФК из фосфоритов, расположены в Средней Азии, где расход воды ограничен,.

Известен способ получени  ЭФК (авт.св. N; 1058223), включающий разложение фосфатного-сырь  серной кислотой, охлаждение образующейс  фосфогипсовой суспензии, магнитную обработку части eye- пензии на стадии дозревани  кристаллов фосфогипса, фильтрование всей суспензии с получением продукционной кислоты и отхода - фосфогипса. В продукционной кислоте уменьшаетс  содержание сульфатных ионов, форма кристаллов гипса также измен етс , но. изменений его химического состава не наблюдаетс  (не превышает погрешности измерений).

Известен способ получени  ЭФК (авт.св. № 1386561, прототип), включающий разложение фосфатного сырь  оборотной фосфорной и серной кислотами, разделение фильтрованием образующейс  суспензии на продукционную кислоту и отход - фосфо- гипс, промывку фосфогипса направление промывных вод в экстрактор в качестве оборотной фосфорной кислоты с магнитной обработкой оборотной кислоты. В оборотной фосфорной кислоте измен ютс  физико-хи- мические свойства, в частности возрастает поверхностное нат жение, что про вл етс  в протекании процессов в экстракторе. При получении ЭФК из фосфоритов уменьшаетс  пенообразование. Проведенные иссле- довани  показали, что изменений химического состав фосфогипса не наблюдалось (не превышали погрешности измерений ).

Недостаток способа заключаетс  в том, что образующийс  в качестве отхода фосфо- гипс имеет фиксированный химический состав - как и при обычной технологии. Так, фосфогипс, полученный при переработке на ЭФК фосфоритов Каратау, содержит фтора до 0,3%, что затрудн ет изготовление из такого фосфогипса строительных изделий с полимерными св зующими, преп тствует использованию последних в жилищном строительстве. Уменьшение содержани  фтора в таком фосфогипсе позволит улучшить технологию получени  блоков из пол- имерфосфогипса, повысив их качество и снизив себестоимость.

При переработке фосфогипса в различ- ные издели  ионный состав фосфогипса имеет разное значение. При использовании фосфогипса как регул тора сроков схватывани  цементного теста большие количества фосфора увеличивают сроки схватывани , а

малые - уменьшают. Избыток магни  увеличивает текучесть шлаков при переработке фосфогипса электротермическим методом на диоксид серы. Избыток алюмини  облегчает технологию получени  волокнистых теплоизол ционных материалов изотходовэтого производства , а избыток железа ухудшает их теплоизол ционные свойства. Избыток натри  и кали  ускор ет технологический цикл получени  стекла с использованием фосфогипса . Избыток редкоземельных элементов придает стеклам специальные свойства. Малые количества натри , фтора, железа, алюмини  улучшают качество гипсового в жущего , получаемого при автоклавной переработке фосфогипса. Высока  концентраци  магни  и кремни  ускор ет процесс десуль- фуризации фосфогипса углем.

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  обеспечение возможности регулировани  ионного состава фосфогипса ,при сохранении высокого качества продукционной кислоты.

П р и м е р 1. 100 г фосфорной муки Каратау состава, мас.%: P20s 24,5; СаО 39,4; С02 5,5; МдО 2,4; Si02 16,5; R203 2,5, помещали в термостатированный реакционный сосуд, куда вводили 42 см3 92,0%-ной серной кислоты и 300 см3 фосфорной кислоты с концентрацией 12% P20s. Серную кислоту предварительно нагревали до 40°С, фосфорную - до 70°С. Затем фосфорную кислоту пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через переменное магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и помещали в сосуд с емкостью 750 см , где охлаждали до 60°С, после чего вводили в реакционный сосуд. В сосуде поддерживали температуру 78± 3°С в течение 5 ч при непрерывном перемешивании суспензии. Затем суспензию пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и подавали на лабораторный обогреваемый вакуум-фильтр с поверхностью фильтровани  56 см , глубина создаваемого вакуума 50 кПа. Осадок промывали 165 см3 воды при 65°С. Скорость фильтровани  суспензии составила 1,09 мм/с, скорость пргомывки осадка фосфогипса 2,1 мм/с, коэффициент разложени  97,1 %, коэффициент отмывки 98.4%, содержание фтора в фосфогипсе 0,12%.

Аналогично были проведены опыты дл  обосновани  пределов предлагаемых параметров , а также опыты по способу-прототипу и фоновые (без магнитной обработки). Результаты исследований представлены в табл.1,

Как видно из табл. 1, при оптимальных услови х содержание фтора в фосфоритном

фосфогипсе может быть уменьшено в 2 раза . Изменение содержани  фтора в кислоте не превышает обычных изменений фтора в ЭФК (см. Копылев Б.А. Технологи  ЭФК Л.: Хими , 1971, с. 166, 168) и не ухудшает качество ЭФК (например, при переработке

ее в.аммофос).

Охлаждение оборотной фосфоной кислоты менее чем на 7°С не обеспечивает заметного уменьшени  концентрации фтора в фосфогипсе. а охлаждение свыше 12°С также сопровождаетс  уменьшением содержани  фтора в фосфогипсе и, кроме того, снижением скоростей фильтрозани  суспензии и промывки фосфогипса.

Увеличение скорости потока суспензии свыше 0,4 м/с не дает заметного сокращени  концентрации фтора в фосфогипсе и, кроме того, не сопровождаетс  возрастанием скоростей фильтровани  и промывки суспензии по сравнению с прототипом. При уменьшении скорости потока суспензии ниже 0,2 м/с в трубке, по которой протекает успензи , откладываютс  инкрустации - твердые соли кремнефторидов натри  и кали .

Изменение скорости потока оборотной кислоты в пределах 0,2-1,2 м/с не вли ет на изменение магнитной индукции дл  оборотной кислоты и дл  суспензии.

П р и м е р 2. 100 г фос. муки Каратау помещали в термостатированный реакционный сосуд, куда вводили 42 см3 92%-ной серной кислоты м 300 см3 фосфорной кислоты с концентрацией 12% P20s. Серную кисоту предварительно нагревали до 40°С, фосфорную - до 70°С. Затем фосфорную кислоту пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через переменное магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и помещали в сосуд с емкостью 750 см3, где охлажали до 58°С, после чего вводили в реакционный сосуд. В сосуде поддерживали температуру 78±3°С в течение 5 ч при непрерывном перемешивании суспензии. Затем суспензию пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и подавали на лабораторный обогреваемый вакум-фильтр с поверхностью фильтровани  56 м2, при глубине создаваемого вакуума 50 кПа. Осадок промывали 165 см3 воды при 65°С. Скорость фильтровани  суспензии сотавила 1,07 мм/с, скорость промывки осад- a фосфогипса 2,0 мм/с, коэффициент разложени  97,0 %, коэффициент отмывки 8,3%, содержание в фосфогипсе железа ,67% алюмини  0,53%. магни  0.27%.

Аналогично были проведены опыты дл  босновани  пределов предлагаемых параметров , а также опыты по способу прототипа и фоновые (без магнитной обработки), Результаты исследований представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2 при оптимальных услови х содержание железа в фосфоритном фосфогипсе может быть увеличено в 1,7 раза, алюмини  - увеличено в 1,4 раза, магни  -увеличено в 1,5 раза.

0 Охлаждение оборотной фосфорной кислоты менее чем на 10°С не обеспечивает заметного увеличени  указанных трех компонентов в фосфогипсе, а охлаждение свыше 14°С также не сопровождаетс  заметным ро5 стом их концентрации и, кроме того, резко снижаютс  скорости фильтровани  суспензии и промывки осадка.

Увеличение скорости потока суспензии свыше 0,4 м/с не дает заметного изменени 

0 концентрации железа, алюмини  и магни  в. фосфогипсе и, кроме того, не сопровождаетс  возрастанием скоростей фильтровани м промывки по сравнению с прототипом. При уменьшении скорости потока суспензии ниже

5 0,2 м/с в трубке, по которой протекает суспензи , откладываютс  инкрустации - твердые соли кремчефторидов натри  и кали .

Изменение скорости потока оборотной фосфорной кислоты в пределах 0,2-1,2 м/с

0 не вли ет на изменение концентраций железа , алюмини  и магни  в фосфогипсе.

Оптимальные значени  магнитной индукции составл ют интервал 0,08-0,12 Тл, причем наилучшие результаты достигаютс 

5 при одинаковых значени х магнитной индукции дл  оборотной кислоты и дл  суспензии. Пример 3. 100 г апатитового флото- концентрата (39,4% PaOs) помещали в термостатированный реакционный сосуд, куда

0 вводили 67 см 92%-ной серной кислоты и 200 см3 фосфорной кислоты с концентрацией 18% P20s. Серную кислоту предварительно нагревали до 40°С, фосфорную - до 70°С. Затем фосфорную кислоту пропускали

5 по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через переменное магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и помещали в сосуд с емкостью 750 см3. где охлаждали до 60°С, после чего вводили в реакционный сосуд. В сосуде

0 поддерживали температуру 78±3°С в течение 5 ч при непрерывном перемешиваний суспензии. Затем суспензию пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и

5 подавали на лабораторный обогреваемый вакуум-фильтр с поверхностью фильтровани  56 см3, глубина создаваемого вакуума 50 кПа, Осадок промывали 165 см3 воды при 65°С. Скорость фильтровани  суспензии составл ла 1,16 мм/с, скорость промывки осадка фосфогипса 2,2 мм/с, коэффициент разложени  98,0%, коэффициент отмывки 98,8%, содержание в фосфо- гмпсе натри  0,21 %, содержание кали  0,05%.

Аналогично были проведены опыты дл  обосновани  пределов предлагаемых пара- . метров, а также опыты по способу прототипа и фоновые (без магнитной обработки).

Результаты исследований представлены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, при оптимальных услови х содержание натри  в фосфогипсе . может быть увеличено в 1,4 раза, кали  - увеличено в 1,7 раза.

Охлаждение оборотной фосфорной кислоты менее чем на 8°С не обеспечивает заметного увеличени  указанных двух компонентов в фосфогипсе, а охлаждение свыше 12°С также не сопровождаетс  заметным ростом их концентрации и, кроме того, сопровождаетс  снижением скоростей фильтровани  суспензии и промывки фосфогипса .

Увеличение скорости потока суспензии свыше 0,4 м/с не дает заметного изменени  концентрации натри  и кали  и, кроме того, не сопровождаетс  возрастанием скоростей фильтровани  и промывки по сравнению с прототипом. При уменьшении скорости потока суспензии ниже 0,2 м/с в трубке, по которой протекает суспензи , откладываютс  инкрустации в виде твердого кремнефто - рида натри .

Изменение скорости потока оборотной кислоты в пределах 0,2-1,2 м/с не вли ет на изменение концентраций натри  и кали  в фосфогипсе.

Оптимальные значени  магнитной индукций составл ют интервал 0,08-0,12 Тл, причем наилучшие результаты достигаютс  при одинаковых значени х магнитной индукции дл  оборотной кислоты и дл  суспензии . ...-.--..

П р и м е р 4. 100т фос.муки Каратау помещали в термостатированный реакционный сосуд, куда вводили 42 см3 92%-ной серной кислоты и 300 см3 фосфорной кислоты с концентрацией 12% РгОз- Серную кислоту предварительно нагревали до 40°С. фосфорную - до 70°С. Затем фосфорную кислоту пропускали по винипластовой трубке со скоростью 0,3 м/с через переменное магнитное поле с индукцией 0,10Тл и помещали в сосуд емкостью 750 см3, где охлаждали до 58°С, после чего вводили в реакционный сосуд. В сосуде поддерживали температуру 78± 3°С в течение 5 ч при непрерывном перемешивании суспензии/ Затем суспензию пропускали по винипла

й

стовой трубке со скоростью 0,3 м/с через магнитное поле с индукцией 0,10 Тл и подавали на лабораторный вакуум-фильтр с поверхностью фильтровани  56 см2, глубина

5 создаваемого вакуума 50 кПа. Осадок промывали 165 см3 воды при 65°С. Скорость фильтровани  суспензии составила 1,07 мм/с, скорость промывки осадка фосфогипса 2,0 мм/с, коэффициент отмывки 98,3%,

10 содержание в фосфогипсе натри  0,11 %, ка- ли .0,10%.

Аналогично были проведены опыты дл  обосновани  пределов предлагаемых параметров , а также опыты по способу прототи15 па и фоновые.

Результаты исследований представлены в табл. 4.

Как видно из табл. 4, при оптимальных услови х содержание натри  в фосфогипсе

20 может быть уменьшено в 1,5 раза, кали  в 1,8 раза.

Охлаждение оборотной фосфоной кислоты менее чем на 10°С не обеспечивает заметного уменьшени  указанных двух ком- 25 понентов, а охлаждение свыше 14°С также сокращает этот эффект и, кроме того, сопровождаетс  резким снижением скоростей фильтровани  суспензии и промывки фосфогипса .

30 Увеличение скорости потока суспензии свыше 0,4 м/с не дает заметного изменени  концентрации натри  и калил и, кроме того, не сопровождаетс  возрастанием скоростей фильтровани  и промывки по сравне- 35 нию с прототипом. При уменьшении скорости потока суспензии ниже 0,2 м/с в трубке, по которой протекает суспензи , откладываютс  инкрустации - твердые соли кремнефторидов натри  и кали .

40 Изменение скорости потока оборотной кислоты в пределах 0,2-1,2 м/с не вли ет на изменение концентраций натри  и кали  в фосфогапсе.

Оптимальные значени  магнитной ин45 дукции составл ют интервал 0,08-0,12 Тл, причем наилучшие результаты достигаютс  при одинаковых значени х магнитной индукции дл  оборотной кислоты и дл  суспензии . .

50 Таким образом, предлагаемый способ позвол ет на стадии получени  ЭФКрегулировать химический состав образующегос  фосфогипса, облегча  технологию последующей переработки и утилизации этого отхода

55 производства ЭФК. Например, уменьшение содержани  фтора в 2 раза в фосфоритном фосфогипсе облегчает технологию получени  строительных материалов из фосфогипса с полимерными добавками и позвол ет значительно расширить область применени  блоков из полимерфосфогипса (например , дл  жилищного строительства, животноводческих комплексов и др.). Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1, Способ получени  фосфорной кисло- ты, включающий разложение фосфатного сырь  оборотной фосфорной и серной кислотами , разделение фильтрованием образующейс  суспензии на продукционную фосфорную кислоту и фосфогипс, его про- мывку с получением оборотной фосфорной кислоты и ее обработку в магнитном поле с индукцией 0.07-0,13 Тл, возврат оборотной кислоты на стадию разложени , отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности регулировани  ионного состава фосфогипса при сохранении высокого качества продукционной кислоты, оборотную фосфорную кислоту после магнитной обработки охлаждают на 7-14°С, а суспензию

перед разделением обрабатывают в магнитном поле с индукцией 0,08-0,14 Тл при скорости движени  суспензии 0,2-0,4 м/с.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью уменьшени  содержани  фтора в фосфогипсе, образующегос  при разложении фосфорита, оборотную кислоту охлаждают на 7-12 С.

3. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что, с целью увеличени  содержани  железа, алюмини  и магни  и уменьшени  содержани  натри  и кали  в фосфогипсе, образующегос  при разложении фоосфори- тов, оборотную кислоту охлаждают на 10Т4°с . . , ; . - . ;.. ..

4. Способно п. 1, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  содержани  натри  и кали  в фосфогипсе, образующегос  при разложении апатита, оборотную кислоту охлаждают на 8-12° С.

Та б л и ц а 1

Таблица2

ТаблицаЗ

Продолжение табл. 3

Т a и ц а 4