Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к технологии очистки фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением природных фосфатов с помощью жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты включает ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50^oС с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40-80^oС с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, на очистку подают 50-58% по Р₂О₅ экстракционную фосфорную кислоту, циркулирующий экстрагент в количестве 0,5-3% промывают 10-15%-ным щелочным раствором при 20-90^oС и после разделения фаз экстрагент промывают водой при 20-90^oС и возвращают на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-45% Р₂О₅ при объемном соотношении U_Щ:U_К = (1-5):1 и 20-50^oС с последующим отделением смолистых веществ и раствора фосфата натрия, который смешивают с рафинатом или очищенной фосфорной кислотой. Экстракцию, реэкстракцию, промывку экстрагента щелочным раствором и водой проводят в пульсационных колоннах при интенсивности пульсации 100-1600 мм/мин. Способ позволяет увеличить производительность по очищенной кислоте, снизить потери экстрагента и утилизировать раствор фосфата натрия. 8 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфатов, содержит значительное количество органических примесей, которые аккумулируются экстрагентом в процессе циркулирования в системе, при этом они вызывают образование межфазных слоев и эмульсий, вызывая таким образом, плохое разделение растворителя и водной фазы при операциях извлечения и отделения. Эти проблемы приводят к снижению выхода, загрязнению получающейся кислоты, а также остановкам для очистки оборудования от собирающихся отложений и устранения межфазных слоев. Поэтому обязательным условием успешного выполнения процесса очистки ЭФК трибутилфосфатом является организация промывки после стадии реэкстракции щелочным раствором (Способ восстановления растворителя для извлечения фосфорной кислоты. Патент США 4311681, МКИ С 01 В 25/16).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является известный способ очистки ЭФК, патент РФ 2075436, кл. С 01 В 45/46, 30.09.94, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30-50^oС и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при температуре 40-80^oС, которые осуществляются путем смешения водной и органической фазы с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и реэкстракции.

Однако длительный опыт работы по данному способу выявил ряд его основных недостатков.

Прежде всего, с течением времени в циркулирующем экстрагенте накапливается до 2 г/л органических смолистых веществ (нафтеновые, смоляные кислоты и др. органические соединения), мешающих интенсивному характеру, ведению процесса. Поэтому необходима организация промывки экстрагента от смолистых веществ.

Сущность изобретения заключается в способе, который включает ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50^oС с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислотны из органической фазы при 40-80^oС с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, и отличается тем, что на очистку подают 50-58% по P₂O₅ экстракционную фосфорную кислоту, а циркулирующий экстрагент в количестве 0,5-3% промывают 10-15% щелочным раствором при 20-90^oС, после разделения фаз экстрагент промывают водой при 20-90^oС и возвращают на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-45% Р₂O₅ при объемном соотношении U_Щ:U_K = (1-5):1 и 20-50^oС с последующим отделением смолистых веществ и раствора фосфата натрия.

Экстракцию, реэкстракцию, промывку экстрагента щелочным раствором и водой проводят в пульсационных колоннах при интенсивности пульсации 100-1600 мм/мин при объемном соотношении органических и водных фаз U_О:U_В = (1-10):1, а в качестве щелочного раствора при промывке экстрагента используют раствор Nа₂СО₃ или NaOH, при этом промывку экстрагента осуществляют в 1-3 ступени. Раствор фосфата натрия, образующийся на стадии смешения щелочного раствора с фосфорной кислотой, смешивают с рафинатом или очищенной фосфорной кислотой, а смолистые органические вещества отделяют декантацией и при необходимости подвергают вторичной содовой промывке для дополнительного выделения экстрагента.

При промывке экстрагента 10-15% раствором Na₂CO₃ или NaOH при соотношении органической и водой фаз U_О:U_В = (1-10):1 при температуре 20-90^oС, времени контакта фаз 5-60 мин, в щелочной раствор из экстрагента переходит 10-25% смолистых органических веществ. Органическая фаза и щелочной раствор разделяются. Органическая фаза промывается далее водой при температуре 20-90^oС при соотношении органической и водой фаз U_О:U_В = (1-3):1 и времени контакта фаз 5-60 мин. На данной стадии промывки отделялось 10-25% смолистых органических веществ. Процессы промывки проводятся либо в пульсационных колоннах, либо в реакторах с мешалкой. Однако в ходе промывки возможны потери экстрагента с водной фазой, достигающие 3%, кроме этого образующийся раствор мононатрийфосфата содержит до 5 мг/л смолистых органических веществ, вследствие чего не может быть использован для получения солей натрия. Для извлечения смолистых веществ в щелочной раствор после стадии промывки добавляется фосфорная кислота концентрацией 20-45% при соотношении фаз _Щ:U_К = (5-1):1 и температуре 20-50^oС.

При добавлении кислоты снижается концентрация смолистых органических веществ в растворе, более чем 90% смолистых веществ выделяется в виде отдельной фазы. Органическая и водная фазы разделяются, водная фаза, представляющая собой раствор мононатрийфосфата в фосфорной кислоте, либо передается на смешение с рафинатом, либо утилизируется в производстве фосфатов натрия.

Отделенная фаза смолистых органических веществ в случае высокого содержания в ней трибутилфосфата возвращается на повторную щелочную промывку. Выделенный после повторной щелочной промывки трибутилфосфат возвращается в цикл на экстракцию фосфорной кислоты из ЭФК, щелочные растворы со второй щелочной промывки утилизируются либо с рафинатом в технологии удобрений, либо после выделения смолистых органических веществ в технологии фосфорнокислых солей.

Выполнение перечисленных мероприятий: использование экстракционной фосфорной кислоты концентрацией 50-58% в сочетании с пульсационными колоннами на стадии реэкстрации и щелочной промывкой экстракта для удаления из системы смолистых органических соединений позволило увеличить производительность по очищенной кислоте на 50% и снизить потери экстрагента с рафинатом в 10 раз.

Пример 1.

В пульсационную насадочную колонну подают ЭФК с массовой концентрацией 50-58% P₂O₅, полученную из апатитового концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит полуторные окислы железа, соединения серной кислоты, фтора, смолистые органические вещества. В верхнюю часть экстракционной колонны подается 5632 кг/час ЭФК. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют ТБФ-ом на 80% с получением 25% по P₂O₅ рафината, который смешивают с ЭФК, аммонизируют и получают стандартный аммофос. 16390 кг/час экстракта передают в колонну на реэкстракцию водой, в которой образуются 14900 кг/час экстрагента, содержащего 1,6 г/л смолистых органических веществ. 2,5 м³/сутки экстрагента, что составляет 0,7% от суточного количества экстрагента, прошедшего стадию реэкстрации, направляют в реактор на щелочную промывку 15% содовым раствором при температуре 50^oС. Объем содового раствора составляет 0,420 м³, время перемешивания содового раствора с экстрагентом составляет 15 минут. После разделения фаз содержание смолистых веществ в водной фазе составляет 3,48 г/л, степень отмывки экстрагента от смолистых веществ - 24,6%. Экстрагент после щелочной промывки подвергается водной промывке путем добавления 0,8 м³ воды при температуре 50^oС и времени перемешивания 15 минут. Содержание смолистых веществ в водной фазе составляет 0,86 г/л, степень отмывки экстрагента от смолистых веществ - 12,7%. Экстрагент после водной промывки с содержанием 1 г/л смолистых веществ возвращается на стадию экстракции.

Водная фаза после щелочной промывки в количестве 0,38 м³ смешивается при температуре 30^oС с 0,08 м³ продукционной очищенной кислоты концентрацией 38% Р₂O₅, образующейся на стадии реэкстрации. После смешения смолистые вещества выделяются в виде отдельной фазы в количестве 1,322 кг и раствора мононатрийфосфата. Остаточное содержание ТБФ в фазе смолистых веществ составляет 6%, с таким содержанием ТБФ смолу не целесообразно использовать для дальнейшего извлечения ТБФ. Раствор мононатрийфосфата утилизируется с рафинатом в производстве аммофоса либо смешивается с очищенной фосфорной кислотой в производстве натриевых солей фосфорной кислоты.

Пример 2.

ЭФК того же состава, что в примере 1, подвергают очистке, осуществляемой аналогично примеру 1.

2,5 м³ экстрагента с содержанием 1,6 г/л смолистых органических соединений направляют в раствор на щелочную промывку 10% раствором Nа₂СО₃ при температуре 80^oС. Объем содового раствора составляет 0,84 м³, время перемешивания растворов 1 час. После разделения фаз содержание смолистых веществ в водной фазе составляет 1,94 г/л, степень отмывки экстрагента от загрязнений - 25,5%. Экстрагент после щелочной промывки подвергается промывке путем добавления 0,8 м² воды при температуре 80^oС и времени перемешивания 60 минут. Степень отмывки экстрагента составляет 13,5%. Содержание смолистых веществ в отмытом экстрагенте составляет 1 г/л, и его возвращают на стадию экстракции. 0,84 м³ содового раствора после промывки смешивают при температуре 50^oС с 0,42 м³ очищенной фосфорной кислоты концентрацией 40% P₂O₅, полученную смесь из выделенных смолистых веществ с примесью трибутилфосфата и водного раствора мононатрийфосфата направляют в накопитель. В накопителе происходит разделение водной фазы, представляющей собой мононатрийфосфат, и органической фазы, представляющей собой смолу, содержащую 81% ТБФ и 45 г/л смолистых веществ. Смолу подвергают вторичной промывке 10% раствором NaOH. Промывку ведут при температуре 50^oС, времени перемешивания 15 минут, при объемном соотношении фаз U_О: U_В = 1:1. Получают отработанный щелочной раствор, подлежащий утилизации с рафинатом и органическую фазу с содержанием ТБФ 83% и смолистых веществ 5 г/л. Смолу подвергают промывке водой при объемном соотношении фаз U_орг.:U_вод. = 2:1, температуре 50^oС и времени перемешивания 15 мин. Промытый водой органический экстрагент содержит 88% ТБФ, 0,78 г/л смолистых веществ и передается на стадию экстракции.

Раствор мононатрийфосфата из накопителя утилизируется в производстве удобрений или натриевых солей фосфорной кислоты.

Формула изобретения

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50^oС с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40-80^oС с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, отличающийся тем, что на очистку подают 50-58% по Р₂О₅ экстракционную фосфорную кислоту, а циркулирующий экстрагент в количестве 0,5-3% промывают 10-15%-ным щелочным раствором при 20-90^oС, после разделения фаз экстрагент промывают водой при 20-90^oС и возвращают на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-45% Р₂О₅ при объемном соотношении U_Щ:U_К=(1-5):1 и 20-50^oС с последующим отделением смолистых веществ и раствора фосфата натрия.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракцию, реэкстракцию, промывку экстрагента щелочным раствором и водой проводят в пульсационных колоннах при интенсивности пульсации 100-1600 мм/мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракцию, реэкстракцию, промывку щелочным раствором и водой проводят при объемном соотношении органических и водных фаз U_О:U_В=(1-10):1.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора при промывке экстрагента используют раствор Na₂СО₃ или NaOH.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что промывку щелочным раствором осуществляют в 1-3 ступени.

6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что промывку экстрагента водой осуществляют в 1-3 ступени.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор фосфата натрия смешивают с рафинатом или очищенной фосфорной кислотой.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что смолистые органические вещества, образующиеся на стадии смешения щелочного раствора с кислотой, отделяют декантацией.

9. Способ по пп.1, 8, отличающийся тем, что выделенные смолистые органические вещества подвергают вторичной содовой промывке для дополнительного выделения экстрагента.