Способ получения фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к технологии переработки фосфорного шлама, образующегося при производстве фосфора электротермическим способом. Изобретение включает плавление шлама, нагрев расплавленного шлама до содержания в нем фосфора в количестве 60 - 90% и подачу на сжигание шлама с соотношением минеральной части и фосфора H.O./P₄=0,11 - 0,3 с последующей гидратацией. Изобретение позволяет получить фосфорную кислоту с содержанием взвешенных частиц менее 0,05%. 1 табл.

Изобретение относится к технологии переработки фосфорного шлама, образующегося при производстве фосфора электротермическим методом.

При электротермической переработке фосфатного сырья фосфорсодержащий печной газ после очистки от пыли в электрофильтре поступает в орошаемые водой конденсаторы, в которых фосфор из газообразного состояния переходит в жидкое. Сконденсированный продукт, фосфор сырец, содержит кроме фосфора минеральные примеси и воду. При отстаивании фосфор сырец расслаивается на фосфор и фосфорный шлам.

Соотношение между фосфором и шламом изменяется в широких пределах и зависит от уровня подготовки сырья и технологических показателей процессов электрогонки, газоочистки и конденсации.

При нестабильной работе технологического оборудования получается плохо расслаивающийся и часто переслаивающийся фосфор сырец. Фосфорный шлам, получаемый при расслаивании такого фосфора-сырца, содержит более 60% фосфора и в среднем 2,5 3,0% минеральных примесей (остальное вода).

В случае качественной подготовки фосфатного сырья и стабильной работе технологического оборудования получается хорошо расслаивающийся фосфор-сырец.

При отстаивании такого фосфора сырца образуется фосфорный шлам с содержанием фосфора в среднем 35 45% и минеральных примесей 4% и более.

При отстаивании фосфорсодержащих сточных вод образуются шламы с содержанием фосфора 20 30% и минеральных примесей 7 20% (остальное вода).

Удовлетворительные технико-экономические показатели работы установок для переработки шламов достигаются при сжигании шламов (смесей шламов) с содержанием фосфора не менее 50% Известен способ получения фосфорной кислоты из шлама, заключающийся в смешении фосфорного шлама с моноалкиловыми эфирами полиэтиленгликоля ОП 7 или ОП 10, сжигания шлама с последующей гидратацией фосфорного ангидрида [1] Согласно этому способу для переработки используют шламы с содержанием фосфора 56% и соотношением Н.О./Р₄=0,12 (см. пример). Получают кислоту с содержанием низших окислов от 0,2 до 0,03 мас.

Указанный способ обладает следующими недостатками: вследствие повышения дисперсности перерабатывающего шлама, в том числе и минеральных частиц, при введении поверхностно активных веществ увеличивается количество взвешенных минеральных частиц в продукционной кислоте. При воспроизведении параметров заявленных в способе получено содержание взвешенных минеральных частиц в фосфорной кислоте порядка 0,2 мас.

переработка шламов с содержанием фосфора порядка 56% и высоким соотношением H. O. /P₄=0,12 также приводит к увеличению содержания взвешенных минеральных частиц; использование дополнительно дорогостоящих реагентов, что создает также и технологические трудности, связанные с необходимостью равномерного распределения небольших количеств реагентов в большом количестве шлама (1 ч на 1 т).

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков (прототипом) является способ получения фосфорной кислоты, заключающийся в нагревании фосфорного шлама до 80 90^oС, дополнительном нагревании перед сжиганием до 110 120^oС, сжигании шлама с последующей гидратацией образующегося фосфорного ангидpида [2] Согласно данному способу перерабатывают шламы с содержанием фосфора 50 55% и отношением H.O./P₄=0,1, при этом получают фосфорную кислоту, содержащую 75% основного вещества, 0,1 мас. взвешенных веществ и 0,1 мас. низших окислов в пересчете на H₃PO₃. При снижении концентрации перерабатываемого шлама до 40% происходит ухудшение качества фосфорной кислоты по всем показателям Недостатком указанного способа является сравнительно невысокое качество получаемой кислоты за счет относительно высокого содержания низших окислов и взвешенных частиц, а также невозможность переработки шламов с содержанием фосфора <50% с получением кислоты высокого качества.

Технической задачей изобретения является улучшение качества фосфорной кислоты за счет снижения содержания низших окислов и взвешенных частиц и обеспечение возможности переработки шламов с низким содержанием фосфора.

Решение технической задачи достигается тем, что в известном способе получения фосфорной кислоты, включающем плавление шлама, нагревание расплавленного шлама, его сжигание с последующей гидратацией, расплавленный шлам нагревают до достижения концентрации фосфора в нем 60 90% и на сжигание подают шлам с соотношением минеральной части и фосфора H.O./P₄=0,11 - 0,3.

Существенные отличия заявляемого способа заключаются в нагревании шлама до концентрации в нем фосфора 60 90% и подаче на сжигание шлама с соотношением минеральной части и фосфора H.O./P₄=0,09 0,3.

Техническим результатом заявляемого способа является улучшение качества фосфорной кислоты за счет снижения содержания низших окислов и взвешенных частиц и обеспечение возможности переработки шламов с содержанием фосфора 50 мас.

Заявляемый способ по сравнению с известным позволяет: повысить производительность установки в среднем в 1,3 раза за счет подачи на сжигание шлама со средним содержанием фосфора 75 мас.

уменьшить потери P₂O₅ с выбросами в атмосферу за счет снижения общего количества выбросов.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем.

При обезвоживании шламов с концентрацией фосфора менее 50% получают обогащенный шлам с концентрацией фосфора 60 90% при этом происходит разрушение мицеля шлама с выделением фосфора П минеральных частиц. При сжигании шлама с повышенной концентрацией воды объем газов после сгорания фосфора меньше и соответственно концентрация P₂O₅ в нем выше. Снижение объемов газа приводит к снижению скорости прохождения газа при тех же размерах аппарата, что и в прототипе. Снижение скорости прохождения газа обусловливают уменьшение выноса минеральных частиц в башню гидратации и соответственно в продукционную кислоту. Разрушение шламовых мицелл при обезвоживании шламов производит также к снижению недоокисленных форм в продукционной кислоте.

В приведенных примерах исходный шлам в полном объеме или определенную часть его подвергали обезвоживанию нагреванием в закрытом аппарате до получения заданного состава продукта.

Обезвоженный шлам или его смесь с необезвоженным при температуре 80^oС подавали через форсунку в камеру сжигания циклонной камеры. Для обеспечения горения фосфора подавали через форсунку в камеру сжигания циклонной камеры. Для обеспечения горения фосфора подавали воздух с коэффициентом избытка α (например, на 500 кг/ч фосфора в шламе подается 6700 нм³/4 воздуха).

Из продуктов сгорания в башне гидратации циркулирующей фосфорной кислотой улавливали фосфорный ангидрид и низшие окислы фосфора с образованием фосфорной кислоты.

Очистку газов от тумана фосфорной кислоты проводили в электрофильтрах. Кислоту, отобранную после башни гидратации и уловленную в электрофильтре, направляли в сборник продукционной кислоты, откуда отбирали пробы для определения содержания основного вещества и регламентируемых примесей.

Пример 1. Исходный шлам (содержание фосфора 28,5% H.O./P₄=0,11) подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 60% фосфора и 31,6% воды. При сжигании обезвоженного шлама в количестве 500 кг/ч в пересчете на фосфор получили 1420 кг/ч фосфорной кислоты, содержащей 75% основного вещества <0,05% взвешенных веществ и 0,07% низших окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Пример 2. Исходный шлам (содержание фосфора 38,5% H.O./P₄=0,11) подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 90% фосфора и 0,2% воды. При сжигании обезвоженного шлама в количестве 550 кг/ч в пересчете на фосфор получили 1570 кг/ч фосфорной кислоты, содержащей 75% основного вещества <0,05% взвешенных веществ и <0,05% низших окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Пример 3. Исходный шлам (содержание фосфора 40% H.O./P₄=0,30) подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 70% фосфора и 8,6% воды. При сжигании обезвоженного шлама в количестве 520 кг/ч в пересчете на фосфор получили 1480 кг/ч фосфорной кислоты, содержащей 75% основного вещества 0,1% взвешенных веществ и 0,1% низших окислов в пересчете на H₃PO₃.

Пример 4. Исходный шлам (содержание фосфора 41,9% H.O/P₄=0,18) подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 80% фосфора и 5,7% воды. При сжигании обезвоженного шлама в количестве 550 кг/ч в пересчете на фосфор получали 1570 кг/ч фосфорной кислоты, содержащей 75% основного вещества, <0,05% взвешенных веществ и 0,06% низших окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Пример 5. Исходный шлам (содержание фосфора 41,9% H.O,/P₄=0,18), поступающий на установку получения фосфорной кислоты, делили на два потока: 2 части подавали на обезвоживание и 1 часть в сборник шлама. Обезвоженный шлам, содержащий 85,7% фосфора и 1% воды, подавали также в сборник шлама и смешивали с закаченным туда исходным шламом. Полученная смесь, содержащая 60% фосфора и 28,9% воды, подается на сжигание в количестве 500 кг/ч в пересчете на фосфор. Полученная фосфорная кислота в количестве 1415 кг содержит 75% основного вещества <0,05% взвешенных веществ и 0,1% низких окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Пример 6. На установку получения фосфорной кислоты поступают шлам со склада желтого фосфора (содержание фосфора 38,5% H.O./P₄=0,11) и шлам из отстойника фосфорсодержащих сточных вод (содержание фосфора 19,5% H.O./P₄= 1,03). Шлам со склада желтого фосфора подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 90% фосфора и 0,2% воды. Обезвоженный шлам смешивали со шламом из отстойника фосфорсодержащих сточных вод и полученную смесь (60% фосфора, 27,4% воды, H.O./P₄=0,21) подачи на сжигание в количестве 500 кг/ч в пересчете на фосфор. Полученная фосфорная кислота содержала 75% основного вещества, <0,05% взвешенных веществ и 0,08% низших окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Пример 7. Исходный шлам (содержание фосфора 30% H.O./P₄=0,54) подвергали обезвоживанию до получения продукта, содержащего 60% фосфора и 7,4% воды. При сжигании обезвоженного шлама в количестве 500 кг/ч в пересчете на фосфор получали 1420 кг/ч фосфорной кислоты, содержащей 75% основного вещества, 0,8% взвешенных веществ и 0,4% низших окислов фосфора в пересчете на H₃PO₃.

Были проведены опыты при других концентрациях фосфора в шлама, подаваемом на сжигание, и соотношении H.O.P₄. Полученные данные представлены в таблице.

Как видно из таблицы, при содержании фосфора в шламе, подаваемом на сжигание 60 90 мас. и соотношении H.O./P₄=0,11 0,30, можно получать высококачественную фосфорную кислоту из исходных шламов с низким содержанием фосфора.

Формула изобретения

Способ получения фосфорной кислоты, включающий плавление фосфорного шлама, нагревание расплавленного шлама, его сжигание с последующей гидратацией, отличающийся тем, что расплавленный шлам нагревают до достижения концентрации фосфора в нем 60 90 мас. и на сжигание подают шлам с соотношением минеральной части и фосфора Н.О./Р₄ 0,09 0,30.

РИСУНКИ

Рисунок 1