Способ получения фосфорной кислоты

 

Использование: в производстве удобрений. Сущность изобретения: магнийсодержащее фосфатное сырье обрабатывают при нагревании серной кислотой концентрацией 7-9%, содержащей 0,4-0,6 мас.% ионов меди (II). Суспензию фильтруют и отделяют обезмагненный фосфат. Очищенный фосфат разлагают оборотной фосфорной и серной кислотами. Суспензию фильтруют с отделением продукта. Степень извлечения магния составляет 60-80%. Производительность фильтрации по очищенному фосфату 500- 1000 кг/(м^ -ч), в зависимости от вида сырья. 4 табл.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ss)s С 01 В 25/22

Г ОСУДА РСТ8Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГК. tT СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4839966/26 (22) 15.06.90 (46) 15.11.92.Бюл.М 42 (71) Ленинградский технологический институт им.Ленсовета (72) H.Н.Треущенко, А.Ю.Румянцев, Б.А.Дмитревский, А.А.Филимонов, Г,Р.Ринберг, Х.P.Ìèðñàäûêîâ и М.М.Мирходжаев (56) Патент США М 3493340, кл. 23-165, 1970.

Химическая промышленность. 1981, М 3, с 153-155. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНОЙ

КИСЛОТЫ

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений.

Известен способ получения фосфорной кислоты, включающий обезмагнивание фосфатного сырья серной кислотой при нагревании, отделении жидкой фазы, сернокислотное разложение фосфатного сырья с последующим отделением осадка сульфата кальция фильтрацией и его промывку.

Недостатком данного способа является то, что для предварительной обработки сырья берут довольно концентрированную (25-50%) серную кислоту при рН 2,6-7,5.

Проведение процесса при рН 2,6-2,9 понижает селективность процесса, а при величине рН выше 4,0 скорость реакции мала и из сырья при технологически приемлемых условиях будет извлекаться незначительное

ЫЛ,, 1775355 А1

{57) Использование; в производстве удобрений. Сущность изобретения: магнийсодер. жащее фосфатное сырье обрабатывают при нагревании серной кислотой концентрацией 7-9, содержащей 0,4-0,6 мас,% ионов меди (Н). Суспензию фильтруют и отделяют обезмагненный фосфат. Очищенный фосфат разлагают оборотной фосфорной и серной кислотами, Суспензию фильтруют с отделением продукта. Степень извлечения магния составляет 60-80%. Производительность фильтрации по очищенному фасфату 5001000 кг/(м ч), в зависимости от вида сырья. 4 табл. количество MgO. Образующийся при этом гипс имеет мелкокристаллическую структуру. Производительность фильтрации после предварительной обработки этого сырья серной кислотой невелика (200-300 кг/(м ч)), Вследствие этого для отделения жидкой фазы необходимо производить сгущение пульпы, что и риводит к увеличению продолжительности процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения фосфорной кислоты, включающий обезмагнивание фосфатного сырья предварительной обработкой серной кислотой при нагревании, фильтрацию, сернокислотнае разложение фосфатного сырья с получением экстракционной фосфорной кислоты, последующим отделением осадка сульфата кальция фильтрацией и его промывку.

1775355

Недостатком этого способа является то, что в данных условиях (норма кислоты 5780 и продолжительность процесса 5-15 мин) селективно вести процесс возможно только для сырья, содержащего не более

2,5 / Mg0, при неглубоком взаимном прорастании минералов, что характерно для анионного концентрата фосфорита кингисеппского месторождения, При использовании сырья с сильным взаимным прорастанием минералов и с содержанием

Mg0 выше 2,5%, таких как фосфориты Каратау, провести селективно процесс с высокой степенью обезмагнивания за такой промежуток времени (5-15 мин) невозможно. Фосфориты Каратау обладают гораздо худшими исходными фильтрующими свойствами по сравнению с анионным концентратом кингисеппского фосфорита (100-150 кг/(м ч) по сравнению с 240-300 кг/(м ч) ) вследствие разницы в структуре зерен v. различного гранулометрического состава.

Вследствие этого обеэмагненный фосфорит

Каратау имеет крайне низкую производительность фильтрации (200-300 xr/(ì . ч)), вследствие чего применение фильтрации на стадии разделения жидкой и твердой фаз процесса обезмагнивания по данному способу не имеет возможности.

Цель изобретения — интенсификация процесса обезмагнивания.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения фосфорной кислоты, включающем обезмагнивание фосфатного сырья серной кислотой концентрации 7-9 при нагревании. фильтрацию, сернокислотное разложение фосфатного сырья с получением экстракционной фосфорной кислоты, последующим отделением осадка сульфата кальция фильтрацией и его промывку, обезмагнивание фосфатного сырья проводят медьсодержащей серной кислотой, причем содержание Си в серной кислоте составляет 0,4-0,6 мас. о/о.

Отличием предлагаемого способа от известного является использование для процесса обеэмагнивания серной кислоты, содержащей 0,4-0,6 Cv

Сущность изобретения заключается в том, что присутствие ионов Си " в количестве 0,4-0,6/ в процессе реакции серной кислоты с карбонатами способствует образованию более крупных кристаллов гипса.

При ведении процесса на фосфорите, содержащей до 2,5 MoO, возможно использование концентрированной (10-93 ) серной кислоты вследствие малого времени контактирования (5-15 мин), которое достаточно, чтобы извлечь 1-1,6 Mg0, При этом в известном способе использовался анионный концентрат кингисеппского месторо>к5 дения, в котором взаимное прорастание минералов не столь велико и гранулометрический размер зерен достаточно велик (0,25 мм). Поэтому селективность процесса достаточно велика, При этом обезмагнен10 ный продукт может быть отделен от жидкой фазы фильтрацией. Однако, при величине рН менее 3,0 селективность процесса низкая, Вследствие разложения, кроме карбонатов.. фосфатной части

15 производительность фильтрации повышается до 900-1000 кг/(м ч), При проведении процесса в оптимальных условиях (т.е. при высокой селективности) производительность фильтрации не превышает 800

20 кг/(м ч ), при этом размер кристаллов гипса составляет (60-80)х(8-10) мкм, При использовании серной кислоты концентрации

7-9%, содержащей 0,4-0,6% Cu +, приводит к увеличению размеров кристаллов в опти25 мальных условиях до (85-100)х(11-15) мкм, что приводит к увеличению производительности фильтрации в данных условиях до

900-1000 кг/(м ° ч ) (табл.1).

При проведении процесса на фосфори30 те, содержащем выше 2,5 MgO, и имеющем гранулометрический размер зерен менее 0,16 мкм при сильном взаимном прорастании минералов, например фосфориты месторождения Каратау использование

35 концентрированной (свыше 9 ) серной кислоты приводит к резкому уменьшению селективности процесса за счет местных пересыщений. Использование очень разбавленной кислоты (менее 7,) повышает

40 величину рН выше 4,0, что пони>кает степень извлечения MgO.

Таким образом, проведение процесса обезмагнивания серной кислотой концентрацией 7-9, содержащей 0,4-0,6 Cu +, 45 способствует интенсификации процесса.

При этом кристаллы гипса имеют крупные размеры, что позволяет для руды с глубоким взаимным прорастанием минералов (например, фосфориты Каратау) проводить отделе50 ние жидкой фазы фильтрацией, а для руд с неглубоким взаимным прорастанием минералов, имеющих крупный гранулометрический состав (например, фосконцентрат кингисеппского месторождения), повысить

55 производительность фильтрации. При этом использование медьсодержащей кислоты позволяет, с одной стороны, интенсифицировать процесс обезмагнивания, а, с другой стороны, утилизировать кислые стоки меде1775355 плавильных заводов, что способствует решению экологических проблем.

В табл.1 приведены сравнительные характеристики известного и предлагаемого процессов применительно для руд с глубоким взаимным прорастанием минералов, а в табл.2 — для руд с неглубоким взаимным прорастанием минералов.

Пример. 100 кг руды месторождения

Кокджон состава: 24 Рг05, 2,9 MgO репульпируют в 200 кг воды и обрабатывают

122 кт 7 $-ной серной кислоты, содержао1еи

0,4 Cu . Процесс ведут при 60 С и рН 3,5 в течение 45 мин, Размер кристаллов гипса (50-60)х(8-10) мкм. Степень извлечения MgO а жидкую фазу составляет 60, Рг05 3 .

Полученную пульпу направляют на фильтрацию, Производител: ность фильтрации 500 кг/(м ч). После фильтрации кек в количестве 134 кг, содержащий 25 влаги, направляют в экстрактор, В экстрактор подают 90 -ную серную кислоту и оборотную фосфорную кислоту, промывные воды. Процесс ведут при 75 С, Ж;Т=2.5:1 в течение 5 ч. Коэффициент разложения составляет 96 . Пульпу разделяют на вакуум-фильтре. Производительность фильтрации 900 кг/(м ч), коэффициент отмывки 99, концентрация кислоты 25, Раствор сульфата магния нейтрализуют и перерабатывают по известному способу на гидроксид магния или гипсомагнезиальную смесь. Раствор после отделения от магния возвращают в цикл.

В табл,3 приведены примеры ведения процесса на руде с глубоким взаимным прорастанием минералов.

При проведении процесса в оптимальных условиях (пример 1-3) при концентрации серной кислоты 7-9, содержащей

0,4-0,6 Си, получаются кристаллы гипса размером (50-70)х(8-16) мкм, что позволяет проводить отделение жидкой фазы фильтрацией (производительность фильтрации

500-700 кг/(м ч))при содержании влаги в кеке 20-35 При этом степень извлечения

Mg0 составляет 60-80, а Рг053-5 .

Проведение процесса кислотой концентрации 15 (пример 4) резко понижает величину рН до 2,5 за счет местного пересыщения, при подаче кислоты селективность процесса резко понижается (степень извлечения Pz05 повышается до 15 ).

Наличие в серной кислоте 0,9 меди не приводит к увеличению производительности фильтрации.

Проведение процесса обезмагнивания при концентрации серной кислоты 4 повышает величину рН до 4,0 (пример 5). При этом степень извлечения MgO резко уменьшается (до 40%).

Наличие в серной кислоте всего 0,2 меди не позволяет получать крупные кри5 сталлы гипса, при этом производительность фильтрации уменьшается до 350 кг/(м ч), г.

В данных условиях отделение жидкой фазы можно проводить только сгущением.

При проведении процесса по известно10 му способу (примеры 6-8) производительность фильтрации уменьшается до

200-300 кг/(м . ч) и отделение жидкой фазы в производственных условиях возможно только сгущением.

15 Проведение процесса обезмагнивания

93 -ной кислотой (пример 6) при использовании тонкоиэмельченной руды понижает салективность процесса за счет местных пе.ресыщений, Понижение концентрации сер20 ной кислоты до 4 приводит к увеличению рН до 4,4. При этом степень иэвлеченйя

Mg0 понижается до 40 .

В табл.4 приведены примеры ведения процесса обезмагнивания руды с неглубо25 ким взаимным прорастанием минералов и крупным гранулометрическим размером зерен.

При проведении процесса в оптимальных условиях (примеры 9-11) кристаллы гип30 са имеют размер (85-100)х(11-15) мкм, Производительность фильтрации при этом составляет 900-1000 кгl(м ч). Повыше2 ние содержания Си в кислоте до 0,9% (пример 12) не приводит к увеличению про35 изводительности фильтрации. Повышение концентрации кислоты до 15 понижает . рН, а, следовательно, уменьшается селективность процесса.

При содержании Си + в кислоте до 0,2%

40 (пример 13) производительность фильтрации понижается до 700 кг/(м . ч).

Проведение процесса обеэмагнивания по известному способу (примеры 14-15) не отличается стабильностью вследствие ма45 лого времени пребывания величины рН, Размеры кристаллов гипса уменьшаются.

Производительность фильтрации падает до

400-800 кг/(м ч ).

Формула изобретения

50 Способ получения фосфорной кислоты, включающий обезмагнивание фосфатного сырья обработкой серной кислотой концентрации 7-9% при нагревании, фильтрацию с отделением очищенного фосфата, серно55 кислотное разложение фосфата, отделение продукта фильтрацией от осадка сульфата кальция, его промывку и направление примывных вод на разложение, о т R и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью интенсификации

1775355 держащей ионы меди (Н) при их концентрации 0,4-0,6 мас. .

Табли ца 1

Характеристика

Способ известный предлагаемый

2,5 выше 2,5

Содержание MgO в руде, Проведение процесса обезмагничиванин предварительной обработкой серной кислотой: температура, ОС рН концентрация серной кислоты,3

z4 концентрация Си е êèñëoòå,3. степень извлечения Ng0,% степень извлечения Р О,Ф размер кристаллов гипса,мкм отделение жидкой фазы

Производительность фильтрации, кг м2 ч)

Содержание жидкой фазы в сгущенной части пульпы (отфильтрованной),3

200-300 500-700

40-60

20"35

Т а б л и ц а 2

Способ

Характеристика известный предлагаемый

Содержание MgO a руде, 2,5

2,5

Проведение процесса обезмагничивания предварительной обработкой серной кислотой: температура, С рн концентрация серной кислоты, концентрация Си в кислоте,4

z+ степень извлечения Ng0, Ж степень извлечения Pz 0@,Æ размер кристаллов гипса,мкм

Производительность фильтрации, кг м2 ч) 400-800 900-1000 процесса обеэмагнивания, обработку фосфатного сырья ведут серной кислотой, со70-90

3,0-4,4 . 4-93 отс.

40-77

2-8 (10-40)x

x(2-6) сгущение

70-90

3,0-4,4

4-93 отс.

45,6-72,0

0,5-2,8 (60-80)х х(8-10) 60-90

3,0-3,5

1-9

0,4-0,6

60-80

3-5 (50-70)х х(8-15) фильтрация

60-90

3,0-3,5

7-9

0,4-0,6

60-.80

0,5-2,8 (85-100)х х(11-15) 1775355

Таблица 3

Параметры и показатели процесса обезмагнивания

Пример

Содержание жидкой фазы в сгущенной части, Ф

Степень извлечения, Концентрация кислоты рИ

Содержание Си

Размер кристаллов гипса мкм

Ре05

0,4

0,5 4

500 35

600

20 (6 5

0,9

0,2 3

8 отс. 5 отс. 2

Содержание Си +

Р,О, МвО таблица 4

Параметры и показатели процесса обезмагнивания

Пример

Концентрация кислоты

Содержание жидкой фазы в сгущенной части, Ф рн

Степень извлечения, ф

Размер кристаллов гипса, мм (85-90)х(11"12) (90-95)х(13-14) (95-100)х(14-15) (95-100)x(14-15) 0,4

1000

0,5

0,6

0,9

1000 (70-75)х(8-Э) 700 (75-80)х(9-10) 800

0,2 отс ° отс. отс. (60-75) х (8-9) 60о (60-80)х(8-10) 4оо

Составитель А.Румянцев

Редактор Н.Соколова Техред М.Моргентал Корректор П.Гереши

Заказ 4016 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

1 3,5

2 3,2

3 3,0

4 2,5

5 4,0

6 3,0

7 3,5

8 4,4

9 3,5

10 3,2

11 3,0

12 . 2,5

13 4,0

14 3,0

15 36

16 4,3

8

93

8

93

0,5

1,1

2,8

6,3

0,5

2,8

1,2

0,5

82

4о

77

8о

87

46

45,6

72 (50-60)х(8-1О) (55-65)х(10-12) (60-70)x(12-15) (60-70)х(12-15) (30-40)x(6-8) (30-40) х (5-6) (25-30) х (4-5) (1Î-20) x(2-4) Производительность фильтрации, кг мз. ч) 700

200

Производитель" ность фильтрации, кгфз u)