Способ получения фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к технологии производства фосфорной кислоты из фосфатного сырья, содержащего 2-9% С_орг и 1-5,5% CO₂, и может быть использовано в химической промышленности. Сущность изобретения заключается в способе получения фосфорной кислоты из фосфатного сырья, содержащего 2-9% С_орг и 1-5,5% CO₂. Способ включает смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или оборотной пульпой при скорости смешения 0,25-0,5 м/с, отделение образовавшегося пенного продукта от фосфатной пульпы в циркуляционном режиме при кратности циркуляции 5-25, обработку пульпы, полученной после его отделения, серной кислотой, кристаллизацию сульфата кальция, отделение фосфорной кислоты фильтрацией и промывку осадка с подачей промывных вод на стадию предварительного смешения. Использование изобретения позволяет перерабатывать на фосфорную кислоту фосфориты, имеющие большое содержание органических примесей, и получать продукт необходимого качества.

Изобретение относится к технологии производства фосфорной кислоты из фосфатного сырья, содержащего 2 - 9% C_орг и 1 - 5,5% CO₂.

Известен способ получения фосфорной кислоты, заключающийся в разложении карбонатсодержащих минералов оборотной фосфорной кислотой при температуре 30-60^oC в течение 5 - 20 минут с последующей обработкой декарбонизированной пульпы серной кислотой. Декарбонизацию проводят в отдельном реакторе, степень декарбонизации при этом составляет 60-70% (авт. свид. СССР N 513930, 1976 г., C 01 B 25/225).

Недостатком способа является невысокая степень декарбонизации сырья и невозможность использовать способ при переработке сырья с высоким содержанием органики, последняя остается в пульпе, что приводит к пенообразованию в основном реакторе разложения.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения фосфорной кислоты, включающий предварительное смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или оборотной пульпой, отделение образовавшегося пенного продукта, обработку пульпы, полученной после отделения пенопродукта серной кислотой, кристаллизацию сульфата кальция, отделение фосфорной кислоты фильтрацией и промывку осадка с подачей промывных вод в качестве оборотной фосфорной кислоты на стадию смешения. По этому способу перерабатывают фосфорит Каратау, содержащий 5,9-6,5% CO₂ и практически не содержащий органических соединений (содержание органики не превышает 0,4%, но содержит кремнистые и глинистые минералы). Фосфорит смешивают с оборотной фосфорной кислотой и/или пульпой и подают в делитель, где просто при перемешивании при скорости более 0,6 м/сек в течение 0,5-20 мин происходит отделение пенного продукта от основной фосфатной пульпы. Весовое соотношение пенного продукта и пульпы составляет 1: (5-10). Далее отделенную пульпу перерабатывают по известной технологии. Предварительное отделение пенного продукта позволяет значительно улучшить условия фильтрации (авт. свид. СССР N 1159881, 1985, C 01 B 25/225).

Однако известная технология мало применима для переработки сырья с уменьшенным количеством CO₂ и большой примесью органики, так как при этом образующаяся пена более устойчива, а следовательно, отделение ее затруднено, органические и другие примеси остаются в пульпе, что сказывается как на дальнейшей переработке ее, так и на качестве конечного продукта.

Нами поставлена задача создания производства фосфорной кислоты из фосфорсодержащего сырья, содержащего органики 2-9% и CO₂ - от 1 до 5,0% (Марокко, Алжир, Айдахо и др.). При этом процесс должен быть технологичен, а фосфорная кислота должна удовлетворять принятым нормам содержания в ней примесей.

Поставленная задача решена в способе получения фосфорной кислоты, включающем предварительное смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или оборотной пульпой, отделение образовавшегося пенного продукта, обработку пульпы, полученной после отделения пенного продукта серной кислотой, кристаллизацию сульфата кальция, отделение фосфорной кислоты фильтрацией и промывку осадка с подачей промывных вод в качестве оборотной фосфорной кислоты на стадию смешения. При этом предварительное смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой ведут при скорости перемешивания 0,25-0,5 м/сек, а пенный продукт отделяют от фосфорной пульпы в циркуляционном режиме при кратности циркуляции 5-25.

Сущность способа заключается в следующем. В связи с тем, что перерабатываемое сырье имеет большие примеси C_орг, необходимо провести процесс так, чтобы примеси не перешли в конечный продукт. Поэтому необходимо максимальное удаление их до основного процесса разложения. В связи с этим процесс пеноотделения играет очень важную роль. Перерабатываемое сырье имеет также пониженное содержание CO₂, что, естественно, сказывается на процесс пенообразования. Так как пониженное количество CO₂ в сырье ведет к тому, что пена образуется медленно и плохо разрушается, необходимо так подобрать скорости перемешивания реагентов, чтобы процесс пенообразования был оптимальным. Скорость предварительного перемешивания фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или пульпой должна быть 0,25-0,5 м/сек. При увеличении этой скорости происходит засасывание пузырьков воздуха и органические примеси поднимаются ими - процесс пенообразования очень обильный, происходит большое вспенивание. Уменьшение скорости приводит к неравномерному перемешиванию. Для отделения пены желательно провести его в объеме, не связанным с поступлением воздуха. Его проводят в циркуляционном режиме для более полного выделения C_орг. Кратность циркуляции при этом составляет 5-25. Снижение кратности циркуляции приводит к неполному выделению органических примесей, а увеличение ее выше указанного предела нецелесообразно, так как эффект достигается полностью. Кроме того, возможны разрушение пены и вынос ее на поверхность пульпы.

Данные условия могут быть соблюдены в аппаратах различной конструкции, которые выбираются для каждой технологической схемы.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. 50 т/ч фосфатного сырья, содержащего 30% P₂O₅, 1% CO₂ и 9,0% C_орг, смешивают с 160 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 20% P₂O₅ при скорости перемешивания равной 0,25 м/с и подают в делитель, где в течение 10 мин отделяют пенный продукт в количестве 50 т/ч, содержащий 5,7% органики. Кратность циркуляции пульпы в делителе равна 5, степень выделения органики составляет 85%, степень декарбонизации 98%. Пенный продукт подают на фильтрацию; фосфорную кислоту после фильтрации возвращают в процесс, твердый осадок промывают на фильтре и выводят в отход. Основной поток Б количестве 160 т/ч направляют в экстрактор, куда добавляют 46 т/ч 93% серной кислоты и циркулирующую пульпу и выдерживают смесь при перемешивании 4 часа при температуре 80^oC. Содержание CO₂ в фоссырье основного потока 0,04%, C_орг 1,8%. Пенообразование в экстракторе отсутствует. После экстракции пульпу подают на вакуум-фильтр, где получают 49,6 т/ч продукционной кислоты концентрацией 29% P₂O₅.

Пример 2. 50 т/ч фосфатного сырья, содержащего 30% P₂O₅, 4% CO₂ и 4,0% C_орг смешивают с 160 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 20% P₂O₅ при скорости перемешивания, равной 0,35 м/с, и подают в делитель, где в течение 20 мин отделяют пенный продукт в количестве 40 т/ч, содержащий 4,9% C_орг. Кратность циркуляции в делителе равна 15, степень выделения органики составляет 90%, степень декарбонизации 95%. Пенный продукт подают на фильтрацию; фосфорную кислоту после фильтрации возвращают в процесс, твердый осадок промывают на фильтре и выводят в отход. Основной поток в количестве 170 т/ч направляют в экстрактор, куда добавляют 46 т/ч 93% серной кислоты и циркулирующую пульпу и выдерживают смесь при перемешивании 4 часа при температуре 80^oC. Содержание CO₂ в фоссырье основного потока 0,4%, C_орг 0,8%. Пенообразование в экстракторе отсутствует. После экстракции пульпу подают на вакуум-фильтр, где получают 49,6 т/ч продукционной кислоты концентрацией 29% P₂O₅.

Пример 3. 50 т/ч фосфатного сырья, содержащего 30% P₂O₅, 2% C_орг и 5,5% CO₂, смешивают с 1000 т/ч циркулирующей пульпы гипса в фосфорной кислоте, поступающей из экстрактора и содержащей 667 т/ч жидкой фазы концентрацией 29% P₂O₅ и 333 т/ч фосфогипса, при скорости смешения 0,5 м/с и подают в делитель, где в течение 5 мин отделяют пенный продукт в количестве 35 т/ч, содержащий 2% C_орг. Кратность циркуляции в делителе равна 25, степень выделения органики 80%, степень декарбонизации 70%. Пенный продукт выводят из процесса на дальнейшую переработку, он содержит 32 т/ч фосфорной кислоты концентрацией 29% P₂O₅.

Основной поток в количестве 1015 т/ч направляют в экстрактор, куда добавляют 46 т/ч 93% серной кислоты и 160 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 20% P₂O₅ и выдерживают смесь при перемешивании 4 часа при температуре 80^oC. Содержание CO₂ в фоссырье основного потока 1,6%, C_орг - 0,4%. Пенообразование в экстракторе отсутствует. После экстракции пульпу подают на вакуум-фильтр, где получают 18 т/ч продукционной фосфорной кислоты концентрацией 29% P₂O₅.

Использование предложенного способа позволяет перерабатывать на фосфорную кислоту фосфориты, имеющие большое содержание органических примесей, и получать продукт необходимого качества.

Формула изобретения

Способ получения фосфорной кислоты, включающий предварительное смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или оборотной пульпой, отделение образовавшегося пенного продукта, обработку пульпы, полученной после его отделения, серной кислотой, кристаллизацию сульфата кальция, отделение фосфорной кислоты фильтрацией и промывку осадка с подачей промывных вод на стадию предварительного смешения, отличающийся тем, что предварительное смешение фосфатного сырья с оборотной фосфорной кислотой и/или оборотной пульпой ведут при скорости смешения 0,25 - 0,5 м/с, а пенный продукт отделяют от фосфатной пульпы в циркуляционном режиме при кратности циркуляции 5 - 25.