Способ получения фосфорной кислоты

 

Использование: в производстве фосфорной кислоты и минеральных удобрений. Цель - увеличение производительности путем интенсификации фильтрации и снижения потерь фосфора с гипсом. Способ получения фосфорной кислоты, включает разбавление серной кислоты, смешивание ее с фосфорсодержащим сырьем и разделение образующейся пульпы фильтрованием. Разбавление ведут пульпой со скоростью 1 - 2 м/с, а смешивание - со скоростью 6 - 8 м/с до концентрации Р₂О₅ 190 - 230 г/л. Векторы скоростей потоков пульпы направлены друг к другу под углом 90 ± 10^o. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии минеральных удобрений, в частности к технологии фосфорной кислоты разложением фосфорсодержащего сырья серной кислотой.

Известен способ получения фосфорной кислоты, включающий смешивание фосфорсодержащего сырья с серной кислотой и разделение образующейся пульпы фильтрованием [1] Этот способ при наличии в сырье больших количеств примесей (Mg, Fe, Al и т.п.) малоэффективен, поскольку при переходе в раствор этих элементов ухудшается качество кристаллов (строение, размер, форма) сульфата кальция, что резко сказывается на скорости фильтрования и в конечном итоге, на производительности линии.

Этот недостаток для таких видов фосфорсодержащего сырья устраняют в способе получения фосфорной кислоты, включающем разложение фосфорсодержащего сырья серной кислотой в присутствии аммиачной селитры, взятой в виде 50-70% -ного раствора [2] Этот способ наиболее близок к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, однако образование хорошо фильтруемых кристаллов происходит за счет выведения из раствора металлоаммонийфосфатов, т. е. приводит к потерям Р₂О₅ с осадком, а следовательно, к уменьшению его выхода в продукт, т.е. к снижению производительности.

Цель изобретения увеличение производительности путем интенсификации фильтрования и снижения потерь фосфора.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения фосфорной кислоты, включающем разбавление серной кислоты, смешивание ее с фосфорсодержащим сырьем и разделение образующейся пульпы фильтрованием, разбавление серной кислоты ведут пульпой со скоростью 1-2 м/с, а смешивание ее с фосфорсодержащим сырьем со скоростью 6-8 м/с до концентрации Р₂О₅ 190-230 г/л. Векторы скоростей потоков пульпы направлены друг к другу под углом 90±10^о.

Локальное введение серной кислоты в пульпу фосфорной кислоты приводит к пересыщению по иону SO₄^2- и зарождению плохофильтруемых игольчатых кристаллов. Разбавление серной кислоты и смешивание ее с фосфорсoдержащим сырьем по предлагаемому способу, т.е. в два этапа с различными скоростями, позволяет быстро уменьшить концентрацию SO₄^2- и увеличить концентрацию Р₂О₅ до определенного уровня. Это предотвращает зарождение игольчатых кристаллов фосфогипса, а рост крупных ромбических хорошо фильтруемых кристаллов позволяет перенести в благоприятные по концентрации SO₄^2- и Р₂О₅ условия.

Диапазон выбранных параметров объясняется следующим образом. При уменьшении скорости разбавления серной кислоты менее 1 м/с не происходит ее равномерного распределения по реакционному объему, что приводит к недоразложению сырья и потерям фосфора с гипсом. При скорости разбавления более 2 м/с увеличивается время пребывания кристаллов в жидкостном факеле, т.е. при высокой концентрации SO₄^2- и возможно зарождение игольчатых кристаллов фосфогипса, что ухудшает условия фильтрования.

При скорости смешивания с фосфорсодержащим сырьем менее 6 м/с возрастает время пребывания кристаллов при повышенной концентрации Р₂О₅, что приводит к образованию мелких ромбических плохофильтруемых кристаллов. При скорости смешивания более 8 м/с улучшения качества кристаллов не наблюдается, поскольку происходит их механическое измельчение.

При концентрации Р₂О₅ в пульпе менее 190 г/л выход магния из сырья высок и образование ромбических кристаллов затруднено, а при концентрации Р₂О₅ более 230 г/л из-за пересыщения образуются мелкие ромбические кристаллы. В обоих случаях удельный съем осадка с фильтра, т.е. производительность, понижаются.

Отклонения векторов скоростей потоков пульпы от угла 90^о приводит либо к увеличению времени пребывания кристаллов в зоне высокой концентрации SO₄^2- (спутный поток), т.е. образованию плохо фильтруемых кристаллов либо к разрушению жидкостного факела и ухудшению равномерности распределения сырья (встречный поток), т.е. к увеличению потерь фосфора.

П р и м е р. 37,5 т/ч серной кислоты концентрацией 92,5% в аппарате типа труба в трубе смешивают с 75 т/ч пульпы фосфорной кислоты. Поток из смесителя выходит со скоростью 1,5 м/с и образует вертикальный жидкостный факел в основном объеме пульпы, движущейся горизонтально со скоростью 7 м/с (от перемешивающего устройства пропеллерного типа). В пульпу подают 35,5 т/ч ковдорского апатитового концентрата, 150 т/ч пульпы, содержащей 210 г/л Р₂О₅, подают на карусельный вакуум-фильтр, где разделяют при удельной нагрузке 1300 кг/м²˙ч фосфогипс, содержащий 0,6% Р₂О₅ и продукционную фосфорную кислоту, содержащую 20,5% Р₂О₅.

Продукт того же качества получали при промежуточных и крайних значениях параметров, а также в условиях, описанных в прототипе.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, значительное улучшение показателей по сравнению с прототипом по интенсивности фильтрования и потерям Р₂О₅ с фосфогипсом достигается в заявленном диапазоне скоростей разбавления и смешивания серной кислоты с фосфорсодержащим сырьем и пульпой фосфорной кислоты и ее концентрации по Р₂О₅. В результате, несмотря на некоторое понижение концентрации Р₂О₅ в продукционной фосфорной кислоте, общая производительность линии по Р₂О₅ возрастает.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ, включающий разбавление серной кислоты, смещение ее с фосфорсодержащим сырьем и выделение из образующейся пульпы фосфорной кислоты фильтрованием, отличающийся тем, что пульпу разделяют на два потока, одним из которых, движущимся со скоростью 1 - 2 м/с, разбавляют серную кислоту, а другой, движущийся со скоростью 6 - 8 м/с, смешивают с фосфорсодержащим сырьем до концентрации в пульпе P₂O₅ 190 - 200 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что векторы скоростей потоков пульпы направлены друг к другу под углом 90 ± 10^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1