Способ получения экстракционной фосфорной кислоты

Изобретение относится к способу получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из апатитового концентрата, а также высококачественных фосфоритов (содержание Р2O5 не менее 36%). Способ включает обработку фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с кристаллизацией дигидрата сульфата кальция, разделение продукционной дигидратной пульпы на две части, получение из одной части пульпы продукционной кислоты, противоточную водную промывку кека дигидрата сульфата кальция и возвращение промывных растворов на стадию разложения, обработку второй части дигидратной пульпы серной кислотой при массовых соотношениях в жидкой фазе пульпы P2O5:H2SO4=(2,5-6,0):1 и H2SO4:F=(2,0-9,4):1 в присутствии острого пара с получением полугидрата сульфата кальция, разделение полугидратной пульпы фильтрацией, противоточную водную промывку полугидрата сульфата кальция с использованием его для получения гипсового вяжущего и возвращение фильтрата и промывных вод на стадию разложения. Кристаллизацию дигидрата сульфата кальция проводят при содержаниях 25,0-28,5% P2O5 и 0,5-2,4% H2SO4, обработку дигидратной пульпы ведут серной кислотой концентрации 93,0-98,5%, а полугидрат сульфата кальция на стадии фильтрации подвергают дополнительной промывке водой из расчета 0,2-0,6 м3/т α-полугидрата сульфата кальция с утилизацией полученного фильтрата на стадии промывки дигидрата сульфата кальция. Способ позволяет сократить расход пара в полугидратной стадии и стабилизировать содержание Р2O5 в α-полугидрате сульфата кальция. 1 табл.

 

Изобретение относится к получению экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из апатита, а также высококачественных фосфоритов (содержание P2O5 не менее 36%), широко используемой в производстве минеральных удобрений, кормовых фосфатов и фосфорных солей.

В настоящее время основное количество ЭФК в мире получают с использованием одностадийных дигидратных или полугидратных методов, в которых сульфат кальция кристаллизуется в виде одной фазы (CaSO4·2H2O или CaSO4·0,5H2O соответственно). Указанные способы хорошо освоены, позволяют получить относительно высокий выход P2O5 в ЭФК.

К недостаткам этих процессов относится:

- получаемый в качестве побочного продукта кристаллогидрат сульфата кальция содержит относительно большое количество примесей (Р2О5 общ, Р2О5 воднор., F и т.д.), что затрудняет его утилизацию (например, использование побочного продукта для производства гипсовых вяжущих);

- как правило, технологический выход P2O5 в ЭФК не превышает 95-96,5%. Использование в производстве ЭФК перекристаллизации одной модификации кристаллогидрата сульфата кальция в другую позволяет существенно улучшить основные технико-экономические показатели ЭФК. Так способ по заявке №2000127392/10 от 01.11.2000 г. предполагает кристаллизацию смеси кристаллогидратов сульфата кальция CaSO4*2H2O в соотношении (1-10):1 (часть первоначально выпавших кристаллов дигидрата сульфата кальция перекристаллизовывается в полугидрат сульфата кальция). Данный процесс позволяет несколько улучшить выход P2O5 в ЭФК и сократить содержание вредных примесей в побочном продукте. Однако полученная смесь кристаллогидратов сульфата кальция мало пригодна для получения гипсового вяжущего вследствие того, что перекристаллизация одной модификации сульфата кальция в другую протекает только на 10-50%, а сульфат кальция состоит из смеси кристаллогидратов, что дестабилизирует технологический процесс получения гипсового вяжущего (нестабильность сырьевой смеси для производства гипсового вяжущего).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения ЭФК, описанный в выложенной заявке №93021173 С01В 25/226, приоритет 22.04.93 г. и опубликованной 20.03.96 г.

Описанный способ включает обработку фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с кристаллизацией дигидрата сульфата кальция, разделение продукционной дигидратной пульпы на две части, получение из одной части пульпы продукционной кислоты, противоточную водную промывку кека дигидрата сульфата кальция и возвращение промывочных растворов на стадию разложения, обработку второй части дигидратной пульпы серной кислотой при массовых соотношениях в жидкой фазе пульпы P2O5:H2SO4=(2,5-6,0):1 и H2SO4:F=(2,0-9,4):1 в присутствии острого пара с получением полугидрата сульфата кальция, разделение полугидратной пульпы фильтрацией, противоточную водную промывку полугидрата сульфата кальция с использованием его для получения гипсового вяжущего и возвращение фильтрата и промывных вод на стадию разложения. В примерах описанного способа приведены следующие параметры на стадии кристаллизации дигидрата сульфата кальция: содержание P2O5 - 29,0-30,3%, H2SO4 - 2,5%.

Однако данная технология требует относительно большого расхода пара на нагрев пульпы на полугидратной стадии. Используемый режим промывки кека α-полугидрата сульфата кальция не в полной мере обеспечивает качество α-полугидрата сульфата кальция по содержанию остаточной Р2О5 в промытом осадке.

Нами поставлена задача максимально сократить расход пара в полугидратной стадии и при этом стабилизировать содержание P2O5 в α-полугидрате сульфата кальция.

Поставленная задача решена в предложенном способе получения экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата и богатого фосфоритного сырья, включающем обработку фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с кристаллизацией дигидрата сульфата кальция, разделение продукционной дигидратной пульпы на две части, получение из одной части пульпы продукционной кислоты, противоточную водную промывку кека дигидрата сульфата кальция и возвращение промывных растворов на стадию разложения, обработку второй части дигидратной пульпы серной кислотой при массовых соотношениях в жидкой фазе пульпы P2O5:H2SO4=(2,5-6,0):1 и H2SO4:F=(2,0-9,4):1 в присутствии острого пара с получением полугидрата сульфата кальция, разделение полугидратной пульпы фильтрацией, противоточную водную промывку полугидрата сульфата кальция с использованием его для получения гипсового вяжущего и возвращение фильтрата и промывных вод на стадию разложения, в котором кристаллизацию дигидрата сульфата кальция проводят при содержаниях 25,0-28,5% P2O5 и 0,5-2,4% H2SO4, обработку дигидратной пульпы ведут серной кислотой концентрацией 93,0-98,5%, а полугидрат сульфата кальция на стадии фильтрации подвергают дополнительной промывке водой из расчета 0,2-0,6 м3/т α-полугидрата сульфата кальция с утилизацией полученного фильтрата на стадии промывки дигидрата сульфата кальция.

Сущность способа заключается в следующем. Как показали наши исследования изменение содержания Р2O5 и H2SO4 на дигидратной стадии способствует реализации ее при более высокой температуре, а именно 84-87°С, и повышению содержания H2SO4 на полугидратной стадии, что приводит к увеличению расхода H2SO4, т.е. большему разогреву пульпы на полугидратной стадии, а следовательно, к сокращению расхода пара на нагрев в полугидратной стадии. В приведенном прототипе температура для апатита составляет 80°С, у нас 84°С и выше.

При этом снижение содержания Р2O5 меньше 25% приводит к существенному снижению концентрации продукционной ЭФК, росту затрат на ее упарку. Увеличение же содержания P2O5 выше 28,5% приводит к ухудшению качества кристаллов дигидрата и снижению температуры на дигидратной стадии. Интервал содержания H2SO4 в пределах 0,5-2,4% H2SO4 обусловлен необходимостью кристаллизации легко фильтрующихся кристаллов дигидрата: повышение содержания H2SO4 больше 2,4%, кроме того, приводит к снижению расхода H2SO4 на полугидратной стадии и увеличению расхода пара. Концентрация серной кислоты в предложенном способе строго варьируется в пределах 93,0-98,5%. Нижний предел концентрации обусловлен увеличением расхода пара на нагрев пульпы на полугидратной стадии. Увеличение выше 98,5% нецелесообразно вследствие отдувки SO3 из кислоты и ухудшения экологии. Кроме того, в предлагаемом способе проводится дополнительная промывка кека α-полугидрата сульфата кальция водой с использованием полученного фильтрата на дигидратной стадии (замкнутый цикл), что позволяет стабилизировать содержание P2O5 в полугидрате сульфата кальция на низком уровне. Расход воды на эту промывку колеблется от 0,2 м3/т α-полугидрата до 0,6 м3/т α-полугидрата, так как при расходе менее 0,2 м3/т α-полугидрата не достигается существенного эффекта по доочистке кека от Р2O5.

Расход более 0,6 м3/т α-полугидрата не приводит к увеличению эффекта доотмывки.

Таким образом, использование предложенного способа, особенно в условиях крупнотоннажного производства, позволит сократить расход пара до 60-70% (а в некоторых вариантах вообще исключить расход пара) и при этом получить α-полугидрат сульфата кальция с содержанием водно-растворимого P2O5 в нем не более 0,2%. Такой α-полугидрат позволит значительно улучшить качество гипсового вяжущего, получаемого из него. Последнее позволит существенно сократить количество сульфата кальция, направляемого в отвал, и улучшить технико-экономические показатели производства ЭФК за счет повышения эффективности выхода P2O5 в продукт.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1.

Хибинский апатитовый концентрат с содержанием P2O5 - 39,0% и F - 3,0% в количестве 57,7 т/ч обрабатывают серной кислотой (93% Н2SO4) в количестве 50,2 т/ч и оборотной фосфорной кислотой в количестве 210,0 т/ч при температуре 87°С и содержании в жидкой фазе пульпы 25,0% Р2О5 и 2,4% H2SO4.

Полученную пульпу в количестве 307,5 т/ч разделяют на два потока в соотношении 65,3% и 34,7%. Первую часть направляют на вакуум-фильтр, отделяют продукционную кислоту в количестве 88,2 т/ч, осадок подвергают противоточной промывке. Промывные растворы в количестве 108,1 т/ч направляют на стадию разложения. Степень извлечения P2O5 в раствор составляет 98,5%; степень отмывки осадка - 98,5%.

Вторую часть дигидратной пульпы обрабатывают серной кислотой (93% H2SO4) в количестве 6,1 т/ч (соотношение P2O5/H2SO4=2,5:1) и паром в количестве 0,52 т/ч при температуре 90°С. Происходит процесс перекристаллизации дигидрата сульфата кальция и образуется α-полугидрат сульфата кальция.

Полученную пульпу, содержащую α-полугидрат сульфата кальция в количестве 28 т/ч, разделяют на вакуум-фильтре и осадок подвергают трехкратной противоточной промывке. Фильтрат и промывной раствор в количестве 101,7 т/ч рециркулируют на дигидратную стадию разложения. Промытый осадок подвергают дополнительной отмывке на фильтре водой в количестве 5,6 м3/ч (0,2 м3/т α-полугидрата сульфата кальция). Содержание Н2Ообщ. в отмытом полугидрате сульфата кальция составляет 19%, содержание общего P2O5 и водно-растворимого P2O5 - 0,47% и 0,2% соответственно (Кизвл. = 99,1%, Котм. = 99,3%), что позволяет использовать его для производства гипсового вяжущего. Фильтрат, полученный после дополнительной отмывки, утилизируют на стадии промывки дигидрата сульфата кальция.

Пример 2.

Хибинский апатитовый концентрат с содержанием P2O5 - 39,0% и F - 3,0% в количестве 57,7 т/ч обрабатывают серной кислотой (94% H2SO4) в количестве 46,5 т/ч и оборотной фосфорной кислотой в количестве 213,9 т/ч при температуре 85°С и содержании в жидкой фазе пульпы 27,0% Р2О5 и 2,0% H2SO4.

Полученную пульпу в количестве 307,5 т/ч разделяют на два потока в соотношении 65,3% и 34,7%. Первую часть направляют на вакуум-фильтр, отделяют продукционную кислоту в количестве 81,9 т/ч, осадок подвергают противоточной промывке. Промывные растворы в количестве 109,7 т/ч направляют на стадию разложения. Степень извлечения P2O5 в раствор составляет 98,5%; степень отмывки осадка - 98,5%.

Вторую часть дигидратной пульпы обрабатывают серной кислотой (94% H2SO4) в количестве 9,2 т/ч (соотношение P2O5/H2SO4 в растворе = 2,0:1) и паром в количестве 0,09 т/ч при температуре 92°С. Происходит процесс перекристаллизации дигидрата сульфата кальция и образуется α-полугидрат сульфата кальция.

Полученную пульпу, содержащую α-полугидрат сульфата кальция в количестве 28 т/ч, разделяют на вакуум-фильтре и осадок подвергают трехкратной противоточной промывке. Фильтрат и промывной раствор в количестве 104,3 т/ч рециркулируют на дигидратную стадию разложения. Промытый осадок подвергают дополнительной отмывке на фильтре водой в количестве 11,2 м3/ч (0,4 м3/т α-полугидрата сульфата кальция). Содержание H2Oобщ. в отмытом полугидрате сульфата кальция составляет 19%, содержание общего P2O5 и водно-растворимого P2O5 - 0,44% и 0,17% соответственно (Кизвл. = 99,1%, Котм. = 99,4%), что позволяет использовать его для производства гипсового вяжущего. Фильтрат, полученный после дополнительной отмывки, утилизируют на стадии промывки дигидрата сульфата кальция.

Основные технологические показатели (Котм., Кизвл.), характеризующие эффективность способа получения ЭФК по примерам 3-7 (приведенным в таблице №1 и различающимся концентрацией используемой серной кислоты, содержанием Р2О5 и H2SO4 в ж/ф пульпы на дигидратной стадии, температурой осуществления процесса на стадии разложения и количеством воды, используемым для дополнительной промывки α-полугидрата сульфата кальция) являются близкими к показателям, приведенным для примеров 1 и 2.

Таблица №1
Технологические показатели способа получения ЭФК
№ примера
1234567
концентрация серной кислоты, % H2SO4939498,5969598,595
дигидратная стадия получения ЭФК
содержание Р2O5 в ж/ф пульпы, %2527282827,528,528
содержание H2SO4 в ж/ф пульпы, %2,421,61,520,51,7
температура, °С87858585868484,5
стадия перекристаллизации дигидрата сульфата кальция в полугидрат сульфата кальция
температура, °С90929090919292
содержание SO3 в растворе, %7,29,58,07,67,37,19,8
расход пара, кг/т пульпы4,90,80,82,75,04,30,0
стадия промывки полугидрата сульфата кальция
расход воды на дополнительную промывку, м3/т альфа-полугидрата сульфата кальция0,20,40,60,360,50,60,5
содержание Р2O5 водно-растворимого в осадке, %0,20,170,150,180,160,150,17
коэффициент отмывки, %99,399,499,599,499,599,599,4
Примечание - эффективность извлечения Р2O5 в ЭФК во всех примерах является аналогичной и составляет:

на дигидратной стадии - 98,4-98,6%

после перекристаллизации - 99,1-99,2%

Способ получения экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата и богатого фосфоритного сырья, включающий обработку фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с кристаллизацией дигидрата сульфата кальция, разделение продукционной дигидратной пульпы на две части, получение из одной части пульпы продукционной кислоты, противоточную водную промывку кека дигидрата сульфата кальция и возвращение промывных растворов на стадию разложения, обработку второй части дигидратной пульпы серной кислотой при массовых соотношениях в жидкой фазе пульпы Р2O5:H2SO4=(2,5-6,0):1 и H2SO4:F=(2,0-9,4):1 в присутствии острого пара с получением полугидрата сульфата кальция, разделение полугидратной пульпы фильтрацией, противоточную водную промывку полугидрата сульфата кальция с использованием его для получения гипсового вяжущего и возвращение фильтрата и промывных вод на стадию разложения, отличающийся тем, что кристаллизацию дигидрата сульфата кальция проводят при содержаниях 25,0-28,5% P2O5 и 0,5-2,4% H2SO4, обработку дигидратной пульпы ведут серной кислотой концентрацией 93,0-98,5%, а полугидрат сульфата кальция на стадии фильтрации подвергают дополнительной промывке водой из расчета 0,2-0,6 м3/г α-полугидрата сульфата кальция с утилизацией полученного фильтрата на стадии промывки дигидрата сульфата кальция.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции реакционного оборудования, используемого для производства экстракционной фосфорной кислоты из различных видов природного фосфатного сырья.

Изобретение относится к способу получения очищенной фосфорной кислоты из аммонийфосфатного раствора (АМФР) ионообменным методом. .
Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) с получением продукта с низким содержанием примесей, который может использоваться в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации.

Изобретение относится к технике получения из природных фосфатов фосфорной экстракционной кислоты. .
Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты. .

Изобретение относится к промышленности минеральных удобрений и строительных материалов и позволяет упростить процесс, снизить энерго- и трудозатраты и выбросы в атмосферу.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к способу извлечения фтора из растворов азотнокислотного разложения.фосфатного, сырья . .
Изобретение относится к получению фосфорной кислоты

Изобретение относится к первичному способу обработки сырья, используемого для производства фосфорной кислоты гончарным способом, и технологической системе первичной обработки сырья. Система включает отдельные друг от друга системы первичной обработки углеродистого восстановителя, фосфорной руды и кварцевой руды. Данные системы посредством транспортирующего средства одинаково подключаются к смешивающей машине окатышей. Системы первичной обработки углеродистого восстановителя и кварцевой руды отдельно подключены к смешивающему устройству внешних оболочек посредством транспортирующего устройства. Все системы первичной обработки в основном состоят из последовательно подключенных одностадийного дробителя, промежуточного бункера, измельчающей машины, хранилища и дозатора. Далее в способе сначала углеродистый восстановитель, фосфорная руда и кварцевая руда отдельно проходят первичную обработку, затем транспортируются в машину для смешивания для создания окатышей, после первичной обработки углеродистый восстановитель и кварцевая руда отдельно направляются в смешивающую машину внешней оболочки для смешивания. Технический результат заключается в снижении себестоимости и уменьшении расхода сырья при производстве. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.

Изобретение относится к химической промышленности и охране окружающей среды и может быть использовано при получении фосфорной кислоты и очистке газов от фтора. Установка содержит одинаковые колонны 5 и 6 двух ступеней абсорбции, являющиеся противоточными скрубберами, предназначенными для очистки от фтора дымового газа, поступающего из башни гидратации фтора. Абсорбционные колонны 5 и 6 обеих ступеней оснащены отбойными газожидкостными сепараторами 52 и 62 кремнефтористой кислоты и промывными трубками 51 и 61 декапировки кремнефтористой кислоты. В верхних частях отбойных газожидкостных сепараторов 52 и 62 имеются выходные отверстия 12 дымового газа и установлены слои пеноотделения. Выходные отверстия кремнефтористой кислоты абсорбционных колонн 5 и 6 посредством трубопроводов с циркуляционными насосами 2 сообщены с соплами промывных трубок 51 и 61. Кроме того, выходное отверстие 53 кремнефтористой кислоты колонны 6 второй ступени сообщено с отбойным газожидкостным сепаратором 52 колонны 5 первой ступени. Выходное отверстие 12 дымового газа колонны 5 первой ступени сообщено с промывной трубкой 61 колонны 6 второй ступени, а выходное отверстие 12 дымового газа колонны 6 второй ступени сообщено с вакуумной башней распыления 7, в верхней части которой выполнено выходное отверстие 12 дымового газа. Излишки раствора кремнефтористой кислоты из колонны 5 первой ступени подают в установку 21 для обработки на фильтр-прессе и последующей очистки в устройстве 54. Изобретение обеспечивает высокую степень улавливания фтора и отсутствие его выбросов в атмосферу. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Изобретение представляет вращающуюся печь для производства восстановленной фосфорной руды, используемую в технологии производства фосфорной кислоты печным методом. Печь состоит из корпуса, коробки разгрузочного конца, коробки загрузочного конца и привода, приводящего в движение корпус печи. На разгрузочном конце находятся сопла для сжигания горючего. В коробке загрузочного конца печи встроена загрузочная труба и дымоход, соединенный с башней гидратации. В верхней части корпуса печи нет воздухопровода, дымоход расположен в зоне радиуса корпуса печи, в котором в качестве центра выступает осевая линия печи. Направление движения дымовых газов в дымоходе параллельно направлению осевой линии печи или проходит под углом менее 45°. Во время эксплуатации печи по технологии производства фосфорной кислоты печным методом материал запускается в коробку загрузочного конца печи. Загораются сопла для сжигания топлива, нагревается система, материал фосфорной руды в условиях высокой температуры, восстановившись, производит печные дымовые газы. Поступая в дымоход выпускного отверстия, дымовые газы не сильно отклоняются, к тому же препятствуют центробежному физическому оседанию в загрузочном конце печи. Находящаяся в воздухе метафосфорная кислота сразу вслед за печными дымовыми газами поступает в башню гидратации. Настоящее изобретение эффективно решает проблему уплотнительных колец на загрузочном конце печи. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу первичной обработки сырья, используемого в технологии производства фосфорной кислоты. Способ включает следующие этапы: (1) первичная обработка сырья, (2) заготовка внутренней сферы гранул, (3) формование композитных окатышей, (4) восстановление композитных окатышей по печному методу и (5) гидратация и поглощение фосфора. Технический результат заключается в обеспечении энергосберегающего, экологически безопасного и высокоэффективного процесса, позволяющего получить фосфорную кислоту высокого качества. 12 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к устройству по производству фосфорной кислоты по технологии производства фосфорной кислоты печным методом. Устройство состоит из башни гидратации и системы циркуляции и распыления кислотной жидкости. При этом к башне гидратации сзади присоединена башня улавливания тумана фосфорной кислоты и башня разделения и ликвидации тумана. В нижней части башни гидратации находится отверстие для поступления печных дымовых газов, а в верхней части башни гидратации расположено отверстие для выхода дымовых газов после гидратации и всасывания. В камере башни гидратации над отверстием поступления дымовых газов встроено устройство распыления, при этом отверстие для поступления жидкости системы циркуляции и распыления кислотной жидкости расположено в нижней части башни гидратации, а отверстие для выхода жидкости системы циркуляции и распыления кислотной жидкости присоединено к трубке устройства распыления, в которую поступает жидкость. В середине системы циркуляции и распыления кислотной жидкости находятся резервуар для кислотной жидкости и циркуляционный насос. Технический результат заключается в высоком извлечении фосфорной кислоты и в сокращении вредных выбросов. 11 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.
Наверх