Способ извлечения фосфора из шламов

 

Изобретение относится к способам переработки шламов и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений. Сущность изобретения: способ извлечения фосфора из шламов заключается в том, что шлам обрабатывают азотной кислотой концентрацией 2,5 - 4,0 мас. % при нагревании реакционной смеси до 50 - 70^oС со скоростью 1 - 5 град/мин. Соотношение компонентов шлам: азотная кислота 1:(1-4). Способ позволяет извлечь фосфор из шламов, содержащих около 3 - 20% фосфора. 1 табл.

Изобретение относится к способам переработки шламов и может быть использовано в промышленности по производству минеральных удобрений.

Известен способ извлечения фосфора из шламов путем обработки шлама хлорорганическим реагентом в смеси с азотной кислотой или ее солями при соотношении хлорорганический реагент: азотная кислота или ее соли по отношению к шламу, равном (4,2-4,8):(0,030-0,042):1 [1] Недостатком известного способа являются необходимость использования значительного количества экстрагента и невозможность полного извлечения фосфора из шлама, а также многостадийность процесса, загрязненность извлеченного фосфора органическими веществами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ извлечения фосфора из шламов путем обработки их 5-30% азотной кислотой при массовом соотношении шлама и кислоты 1:(0,6-1) [2] Недостатком известного способа является невозможность извлечения фосфора из шламов, содержащих 3-20% фосфора вследствие бурных окислительных процессов, протекающих между азотной кислотой и примесями, в результате чего углерод и фосфор всплывают на поверхность. Происходит вспенивание и возгорание фосфора.

Изобретение направлено на полное извлечение фосфора из бедных 3-20% фосфорсодержащих шламов, на улучшение экологической обстановки, так как фосфорсодержащие шламы из емкостей закапывали в землю, на дополнительное получение дорогостоящего фосфора.

Бедные шламы представляют собой устойчивую коллоидную систему, состоящую из мельчайших минеральных и углеродистых частиц, прочно связанных с фосфором за счет абсорбционных сил. Примеси обволакивают частицы фосфора труднорастворимыми пленками. Чем меньше содержание фосфора в шламах, тем труднее протекает процесс разрушения пленки и извлечения фосфора.

Минеральная часть шламов состоит, в основном, из силикатов и фосфатов, железа, алюминия, магния, кальция.

Азотная кислота относится к сильным кислотам, наиболее характерным химическим свойством ее является ярко выраженная окислительная способность. Концентрированная азотная кислота при взаимодействии с металлами восстанавливается до NO₂, разбавленная до NO, а очень разбавленная азотная кислота при действии таких активных металлов, как, например, магний восстанавливается до аммиака, который с избытком кислоты образует азотнокислый аммоний (NH₄NO₃) по уравнению 4Mg+10HNO₃=4Mg(NO₃)₂+NH₄NO₃+3H₂O очень разбавл.

Zn+HNO₃=NH₄NO₃+Zn(NO₃)₂+H₂O очень разбавл.

В концентрированной азотной кислоте при перемешивании 3Р₂+10НNO₃+4H₂O=6H₃PO₄+10NO конц.

FeO+HNO₃=Fe(NO₃)₂+NO₂ конц.

FeP+3HNO₃=Fe(NO₃)₃+PH₃
конц.

Поставленная задача решается путем обработки бедных 3-20% фосфорсодержащих шламов 2,5-4,0% азотной кислотой при температуре реакционной смеси 50-70^оС, причем процесс нагрева ведут со скоростью 1-5 град/мин при соотношении шлам:кислота 1:(1-4).

П р и м е р 1. 0,05 кг шлама, содержащего 9,2% фосфора, обрабатывают 2% -ной азотной кислотой в количестве 0,05 кг (весовое соотношение шлам:кислота 1: 1) при нагревании реакционной смеси со скоростью 2 град/мин до 50^оС. Достигнув температуры 50^оС, смесь перемешивают в течение 1 ч. Степень извлечения фосфора в элементарном виде 48%
П р и м е р 2. Проводят аналогично примеру 1, кроме того, что обработку шлама ведут 2,5%-ной азотной кислотой. Степень извлечения фосфора 80%
П р и м е р 3. Проводят аналогично примеру 1, кроме того, что обработку шлама ведут 4%-ной азотной кислотой. Степень извлечения фосфора 95,5%
П р и м е р 4. Проводят аналогично примеру 1, кроме того, что обработку шлама ведут 5,0%-ной азотной кислотой. Степень извлечения фосфора 95% Фосфор всплывает и горит.

П р и м е р 5. 0,05 кг шлама обрабатывают 3%-ной азотной кислотой в количестве 0,05 кг (весовое соотношение шлам кислота 1:1) при нагревании реакционной смеси со скоростью 2 град/мин до 40^оС, смесь перемешивают в течение 1 ч. Степень выделения фосфора 15%
П р и м е р 6. Проводят аналогично примеру 5, кроме того, что реакционную смесь нагревают до 50^оС. Степень выделения фосфора 88%
П р и м е р 7. Проводят аналогично примеру 5, кроме того, что реакционную смесь нагревают до 60^оС. Степень выделения фосфора 93%
П р и м е р 8. Проводят аналогично примеру 5, кроме того, что реакционную смесь нагревают до 70^оС. Степень выделения фосфора 97%
П р и м е р 9. Проводят аналогично примеру 5, кроме того, что реакционную смесь нагревают до 75^оС. Степень выделения фосфора 90% фосфор всплывает и горит.

П р и м е р 10. 0,05 кг шлама обрабатывают 3%-ной азотной кислотой в количестве 0,05 кг (весовое соотношение 1:1) при нагревании реакционной смеси до 60^оС, со скоростью 0,5 град/мин, смесь перемешивают в течение 1 ч. Степень выделения фосфора 90% процесс протекает неоправданно медленно.

П р и м е р 11. Проводят аналогично примеру 10, кроме того, что нагревание реакционной смеси проводят со скоростью 1 град/мин. Степень выделения фосфора 94%
П р и м е р 12. Проводят аналогично примеру 10, кроме того, что нагревание реакционной смеси проводят со скоростью 3 град/мин. Степень выделения фосфора 95%
П р и м е р 13. Проводят аналогично примеру 10, кроме того, что нагревание реакционной смеси проводят со скоростью 5 град/мин. Степень выделения фосфора 96%
П р и м е р 14. Проводят аналогично примеру 10, кроме того, что нагревание реакционной смеси проводят со скоростью 6 град/мин. Происходит вспенивание реакционной массы, ее загорание.

П р и м е р 15. 0,05 кг шлама обрабатывают 4,5%-ной азотной кислотой в количестве 0,025 кг (весовое соотношение 1:0,5) при нагревании реакционной смеси до 60^оС со скоростью 2 град/мин, смесь перемешивают в течение 1 ч. Степень выделения фосфора 40% Вследствие недостатка азотной кислоты.

П р и м е р 16. Проводят аналогично примеру 15, кроме того, что соотношение шлам:азотная кислота 1:1. Степень извлечения фосфора 80%
П р и м е р 17. Проводят аналогично примеру 15, кроме того, что соотношение шлам азотная кислота 1:3. Степень извлечения фосфора 90%
П р и м е р 18. Проводят аналогично примеру 15, кроме того, что соотношение шлам азотная кислота 1:3. Степень извлечения фосфора 92%
П р и м е р 19. Проводят аналогично примеру 15, кроме того, что соотношение шлам азотная кислота 1:4. Степень извлечения фосфора 96%
П р и м е р 20. Проводят аналогично примеру 15, кроме того, что соотношение шлам азотная кислота 1:5. Степень извлечения фосфора 94%
Результаты приведенных примеров представлены в таблице. Из данных таблицы видно следующее:
при нагревании шлама со скоростью вышел 5 град/мин наблюдается самопроизвольное повышение температуры, вспенивание, выделение газов, загорание;
при нагревании шлама со скоростью ниже 1 град/мин отрицательных эффектов не наблюдается, однако вести в этом режиме процесс не рационально вследствие его длительности;
нагревание реакционной смеси выше 70^оС способствует окислению фосфора до фосфорной кислоты;
нагревание реакционной смеси ниже 50^оС не рационально из-за низкого выхода фосфора вследствие неполного разрушения коллоидной системы, удерживающий фосфор;
при концентрации азотной кислоты ниже 2,5% происходит не полное разрушение бедных фосфорсодержащих шламов, вследствие чего снижается выход фосфора;
при концентрации азотной кислоты выше 4,0% наблюдаются побочные процессы окисления фосфора и примесей;
соотношение фосфорсодержащий шлам азотная кислота 1:0,5 не обеспечивает полное разрушение коллоидной системы;
соотношение фосфорсодержащий шлам: азотная кислота1:5. не рационально вследствие потерь избытка азотной кислоты.

Предлагаемый способ позволяет перерабатывать 3-20% фосфорсодержащие шламы со степенью извлечения фосфора 80-95% избежать несчастных случаев вследствие возгораний, выделения окислов азота, улучшить экологическую обстановку местности.

Формула изобретения

Способ извлечения фосфора из шламов, включающий их обработку азотной кислотой при температуре выше температуры плавления фосфора с последующим отделением продукта, отличающийся тем, что используют 2,5 4,0 мас.-ную азотную кислоту, обработку осуществляют при 50 70^oС при скорости нагрева реакционной смеси 1 5 град/мин и при соотношении компонентов фосфорсодержащий шлам: азотная кислота, равном 1: (1 4).

РИСУНКИ

Рисунок 1