Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации с помощью жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой. Экстракцию и реэкстракцию осуществляют в пульсационных колоннах путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха при температуре экстракции 30-50^oС и температуре реэкстракции 40-80^oС. Сущность способа состоит в том, что общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на две части в соотношении V1: V2=1:(3-9), первую часть воды смешивают с экстрактом и после разделения фаз загрязненную примесями водную фазу смешивают с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передают на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, а экстракт направляют на смешение со второй частью воды для получения очищенной фосфорной кислоты. Данный способ позволяет снизить содержание примесей металлов в очищенной кислоте в 2-4 раза, т.е. повысить качество очищенной кислоты. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации. Сущность изобретения заключается в способе, который 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 последующей циркуляцией экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха, общий поток воды, поступающий на реэкстракцию, делят на две части в соотношении V1: V2=1:(3-9), первую часть воды смешивают с экстрактам и после разделения фаз загрязненную примесями водную фазу смешивают с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передают на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, а экстракт направляют на смешение со второй частью воды для получения очищенной фосфорной кислоты. При этом целесообразно на очистку подавать 50-63% по Р₂О₅ экстракционную фосфорную кислоту. Смешение первой части воды с экстрактом целесообразно проводить при объемном соотношении фаз 1:(25-50), смешение второй части воды с экстрактом при 1:(5-11); экстракцию и реэкстракцию проводить в пульсационных колоннах с интенсивностью пульсации 100-2000 мм/мин, реэкстракцию проводить в двух пульсационных колоннах с числом теоретических ступеней 0,5-2 и 3-7.

Использование реэкстракции фосфорной кислоты из экстракта водой в два этапа позволяет выделить основную часть примесей из экстракта с первым потоком воды, утилизация образующейся при этом загрязненной фосфорной кислоты путем смешения ее с потоком экстракционной фосфорной кислоты, подаваемой на очистку, позволяет снизить содержание примесей Fe, Мg, SO₄ и F в очищенной фосфорной кислоте. Использование небольших объемов воды на первой стадии реэкстракции по сравнению со второй стадией позволяет получать загрязненную кислоту в малых количествах, тем самым не вызывать существенного снижения концентрации исходной экстракционной фосфорной кислоты и тем самым существенно не влиять на выработку очищенной фосфорной кислоты.

Изобретение относится к способам 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 примесей, для удаления которых используют ряд методов, одним из которых является метод жидкостной экстракции органическими экстрагентами.

Известен способ очистки (ЭФК) с использованием трибутилфосфата (ТБФ) (патент РФ N2149830, кл. С 01 В 25/46, 12.10.1999), 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 фаз с образованием эмульсии, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, в котором экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5,5):1, и числе ступеней 1-6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при температуре 30-60^oС продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции и взятой в количестве 25-65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты.

В рассматриваемом способе для очистки экстракта, поступающего на стадию реэкстракции, используется очищенная продукционная фосфорная кислота в количестве 25-65% от выработки, таким образом, выход кислоты с низким содержанием примесей составляет всего лишь 35-75%. При этом в технологическом процессе образуется два потока кислоты: промывная продукционная кислота с содержанием более 600 частей Fe и более 6000 частей SO₄ на млн. частей P₂O₅ и раствор очищенной кислоты с содержанием 147 частей Fe и 1579 частей SO₄. Образование двух сортов продукционных кислот в производственной цепи затрудняет ведение технологического процесса очистки, осложняет сбыт продукционной кислоты с повышенным содержанием примесей Fe, SO₄.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ очистки ЭФК (патент РФ N2075436, кл. С 01 В 25/46, 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.

По этому способу стадия реэкстракции ведется в один этап и получают очищенную фосфорную кислоту с содержанием 40% P₂О₅; 0,014% Fe; 0,13% SO₄ и 0,08% F. В случае использования для очистки обессульфаченной апатитовой кислоты состава 52,84% P₂O₅, 0,28% Fe, 0,31% SO₄ и 0,25% F.

Степень очистки кислоты составляет: от Fe - 95%; F - 68%; SO₄ - 58%.

В случае применения для очистки обессульфаченной ЭФК из Ковдорского фосфатного концентрата состава 55,08% P₂O₅; Mg - 1,48%; Fe - 0,218%; SO₄ - 0,38%; F - 0,09% получается кислота состава: P₂O₅ - 41%; Fe - 0,03%; F - 0,017%; SO₄ - 0,025%. Степень очистки кислоты составляет от Mg - 93,2%; Fe - 86,2%; SO₄ - 93,4%; F - 81,1%.

К недостаткам способа относится относительно невысокая степень очистки от примесей металлов.

Нами поставлена задача улучшения качества очищенной фосфорной кислоты.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим 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 последующей циркуляцией экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режима пульсации, в котором общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на две части в соотношении V1:V2=1:(3-9), первую часть воды смешивают с экстрактом и после разделения фаз загрязненную примесями водную фазу смешивают с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передают на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, а экстракт направляют на смоление со второй частью воды для получения очищенной фосфорной кислоты.

Основными отличиями предлагаемого способа являются: 1. Разделение потока воды, подаваемой на реэкстракцию на две части в соотношении V1:V2=1:(3-9), при этом первая часть поступает на первое смешение с экстрактом, в процессе которого в водную фазу переходит до 50% примесей, присутствующих в экстракте и около 10% P₂O₅.

2. Загрязненная примесями водная фаза, образующаяся после первого смешения экстракта с водой, смешивается с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передается на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса. Указанные пропорции не позволяют значительно снижать концентрацию исходной ЭФК.

3. Очиненный от примесей экстракт направляется на смешение со второй, большей частью воды, подаваемой на реэкстракцию, при этом образуется очищенная фосфорная кислота, в которую переходит около 80% Р₂О₅ из экстракта.

4. Использование для очистки ЭФК с концентрацией 50-62% Р₂О₅ обеспечивает утилизацию загрязненной фосфорной кислоты в процессе и обеспечивает снижение примесей в очищенной фосфорной кислоты.

Для осуществления предлагаемого способа на стадии экстракции и реэкстракции используют пульсационные колонны с оптимальным количеством ступеней контакта фаз в каждом аппарате и оптимальной интенсивностью пульсации.

Выполнение указанных мероприятий позволило снизить содержание примесей металлов в очищенной кислоте в 2-4 раза, т.е. повысить качество очищенной кислоты.

Пример 1 В пульсационную насадочную колонну подает ЭФК с массовой концентрацией 52,8% P₂O₅, полученную из апатитового концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит, мас. %: Fe - 0,28; SO₄ - 0,31; F - 0,25. В верхнею часть экстракционной колонны подается 4902 кг/ч ЭФК. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют в режиме пульсации с интенсивностью 300 мл/мин и температуре 40^oС трибутилфосфатом на 80% и получают 2942 кг/ч рафината, содержащего P₂O₅-23,88 мас.%, который передают в производство аммофоса. 16233 кг/ч экстракта, содержащего 14,6% P₂O₅, передают в первую колонну реэкстракции, противотоком на промывку подают 590 кг/ч воды. Процесс ведут в режиме пульсации при интенсивности пульсации 1000 мм/мин, температуре 50^oС. При этом образуется 687 кг/ч загрязненной примесями кислоты следующего состава, мас.%: Р₂О₅ - 37,12; Fe - 0,077; SO₄ - 0,29; F - 0,13; которую направляют на смешение с экстракционной фосфорной кислотой и далее в начало процесса на стадию экстракции.

Частично промытый экстракт передают во вторую колонну реэкстракиии, где смачивают противотоком с 2433 кг/ч воды в режиме пульсации при интенсивности пульсации 1300 мм/мин, температуре 50^oС и получают продукционную очищенную кислоту в количестве 4813 кг/ч следующего состава, мас.%: P₂O₅ - 39,2; Fe - 0,0049; SO₄ - 0,11; F - 0,07. Степень очистки кислоты составляет: от Fe - 98,25%, F - 72%, SO₄ - 64,5%.

Пример 2 В пульсационную насадочную колонну подают ЭФК с массовой концентрацией 55,08% P₂О₅, полученную из Ковдорского фосфатного концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит, мас.%: Мg - 1,48; Fe - 0,218; SO₄ - 0,38; F - 0,09. В верхнюю часть экстракционной колонны подается 5827 кг/ч ЭФК. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют трибутилфосфатом в режиме пульсации с интенсивностью 300 мм/мин, температуре 40^oС и получают 3099 кг/ч рафината, содержащего Р₂О₅-46,6 мас.%, который передают в производство аммофоса. 10923 кг/ч экстракта, содержащего 16,25% P₂О₅, передают в первую колонну реэкстракции, противотокам на промывку подают 250 кг/ч воды. Процесс ведут в режиме пульсации с интенсивностью 800 мм/мин в одну ступень и температуре 50^oС. При этом образуется 349 кг/ч загрязненной примесями кислоты следующего состава, мас. %: P₂O₅ - 43,13; Mg - 0,88; Fe - 0,19; SO₄ - 0,165; F - 0,037; которую направляют на смешение с экстракционной фосфорной кислотой и далее в начало процесса на стадию экстракции трибутилфосфатом.

Частично промытый экстракт передают во вторую колонну реэкстракиии, где его смешивают противотоком, с 895 кг/ч воды. Процесс ведут в режиме пульсации при интенсивности пульсации 1200 мм/мин в 6 ступеней и температуре 50^oС; и получают продукционную очищенную кислоту в количестве 3441 кг/ч следующего состава, мас.%: Р₂О₅ - 41,0; Mg - 0,023; Fe - 0,014; SO₄ - 0,011; F - 0,012. Степень очистки кислоты составляет: от Mg - 98,4%, Fe - 93,5%, F - 87%, SO₄ - 97%.

Расчеты к таблице (таблица приведена в конце описания).

Пример 1 Приход в колонну кислоты ЭФК 4902 кг/ч, γ =1,617 г/см³, объем 3030 л/ч. После экстракции ТБФ получают 16233 кг/ч экстракта γ =1,1 г/см³, V=14756 л/ч. Экстракт промывают 590 кг/ч воды в соотношении 590:14756=1:25,01.

При этом получают 687 кг/ч загрязненной кислоты γ =1,372 г/см³, V=501 л/ч. 501 л/ч загрязненной кислоты смешивают с 3030 л/ч ЭФК в соотношении 501:3030=1:6,05.

Частично отмытый экстракт в количестве 16233-(687-590)= 16136 кг/ч с γ =1,086 г/см³, V=14845 л/ч направляется на II смешение с водой, подаваемой в количестве 2433 кг/ч.

Соотношение I части воды со II частью составляет 590 л/ч : 2433 л/ч=1: 4,12. Соотношение объема II части воды с экстрактом составляет 2433 л/ч : 14845 л/ч=1:6,1.

Пример 2 В верхнюю часть колонны подают 5827 кг/ч ЭФК, γ =1,665 г/см³, объем 3500 л/ч. После экстракции ТБФ получают 10923 кг/ч экстракта γ =1,11 г/см³, или V=9844 л/ч. Экстракт промывают 250 кг/ч воды.

При этом получают 349 кг/ч загрязненной кислоты γ =1,400 г/см³, или V= 250 л/ч. Кислоту смешивают с исходной ЭФК в соотношении 250 л/ч : 3500=1:14. Смешение I части воды с экстрактом производят при соотношении 250 л/ч : 9844 л/ч=1:40.

Частично отмытый экстракт в количестве 10923-(349-250)= 10824 кг/ч, γ =1,100 г/см³, V=9840 л/ч смешивается со II частью воды, подаваемой в количестве 895 л/ч. Соотношение объемов I и II частей воды составляет 250 л/ч : 895 л/ч=1:3,58. Соотношение объема II части воды с экстрактом составляет 895 л/ч : 9840 л/ч=1:10,99.

Формула изобретения

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующей циркуляцией экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, отличающийся тем, что общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на две части в соотношении V₁:V₂=1:(3-9), первую часть воды смешивают с экстрактом и после разделения фаз загрязненную примесями водную фазу смешивают с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передают на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, а экстракт направляют на смешение со второй частью воды для получения очищенной фосфорной кислоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на очистку подают 50-63% по Р₂O₅ экстракционную фосфорную кислоту.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что смешение первой части воды с экстрактом ведут при объемном соотношении фаз 1:(25-50).

4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что смешение второй части воды с экстрактом ведут при объемном соотношении фаз 1:(5-11).

5. Способ по пп.1-4, отличающийся тем, что экстракцию и реэкстракцию ведут в пульсационных колоннах с интенсивностью пульсации 100-2000 мм/мин.

6. Способ по пп.1-5, отличающийся тем, что реэкстракция проводится в двух пульсационных колоннах с числом теоретических ступеней 0,5-2 и 3-7.

РИСУНКИ

Рисунок 1