Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты органическими экстрагентами и получению кислоты с низким содержанием примесей, что позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. Более конкретно предлагаемый способ разработан для фосфорной кислоты, практически не содержащей ионы магния (например, кислота, полученная из Кольского апатита). Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ее экстракцию трибутилфосфатом в смесителе-отстойнике, промывку полученного экстракта, водную реэкстракцию с получением реэкстракта и возвратом части его на стадию промывки. Процесс промывки экстракта ведут в 4 ступени при соотношении органической и водной фаз Vo:Vв, равном (12-18):1, а реэкстракцию ведут водой в две стадии, причем воду на первую стадию подают в количестве, обеспечивающем соотношение Vo:Vв, равное (13-17):1, и возвращают полученный реэкстракт на промывку, а на вторую стадию воду подают в количестве, обеспечивающем соотношение Vo:Vв, равное (4-6):1. В реэкстракт, полученный после первой стадии реэкстракции, подаваемый на промывку, дополнительно вводят аммиак до мольного соотношения NH₃:Н₃РО₄=0,2-0,5. Техническим результатом является создание способа очистки фосфорной кислоты, не содержащей значительных количеств ионов магния, с получением фосфорной кислоты, пригодной для производства солей пищевой кондиции. Способ также позволяет достаточно просто переходить к переработке магнийсодержащей кислоты. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты органическими экстрагентами и получению кислоты с низким содержанием примесей, что позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. Более конкретно предлагаемый способ разработан для фосфорной кислоты, практически не содержащей ионы магния (например, кислота, полученная из Кольского апатита).

В последнее время широкое развитие получили способы очистки экстракционной фосфорной кислоты с использованием пульсационных колонн (например, патенты РФ №2149830, С01В 25/46, 1999 г.; №2174491, С01В 25/46, 2000 г.; №2075436, С01В 25/46; №2219125, С01В, 2003 г. и др.).

Данные способы имеют как достоинства, так и недостатки. К достоинствам способов можно отнести значительное сокращение производственных площадей за счет установки вертикальной пульсационной колонны, что становится актуальным при проектировании и пуске новых цехов производства экстракционной фосфорной кислоты. К недостаткам таких способов относятся значительные энергозатраты и установка специального оборудования для обеспечения необходимого режима пульсации, определяющего время контакта органической и водной фаз. Кроме того, при нарушении процесса требуется значительный период для вывода производства на необходимый технологический режим.

В связи с вышесказанным не теряет актуальность и разработка способов очистки экстракционной фосфорной кислоты с использованием другой аппаратуры.

Так, например, известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий экстракцию ее ТБФ путем смешения органической и водной фаз и их последующее расслаивание с выделением рафината, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы с получением очищенной фосфорной кислоты.

По этому способу экстракцию фосфорной кислоты, полученной из Кольского апатитового концентрата, ведут ТБФ и его растворами в керосине. ЭФК через систему баков поступает на экстракцию ТБФ в режиме противотока, в 6-ступенчатый смеситель-отстойник ящичного типа емкостью 60 л, в котором объем одной ступени экстракции составляет 10 л, в т.ч. объем камеры смешения 4 л. Экстрагент, насыщенный фосфорной кислотой, направляют на реэкстракцию водой в 8-ступенчатом смесителе-отстойнике ящичного типа емкостью 80 л. После реэкстракции регенирированный экстрагент вновь подается на экстракцию, а из реэкстрактора получают очищенную фосфорную кислоту, пригодную, например, для производства моющих средств.

Процесс экстракции ведут при 18-22°С, соотношении органической и водной фаз, равном 2,0-7,5:1; при этом нагрузка по сумме фаз составляет 0,036-0,110 м³/ч, а время контакта на каждой ступени равно 2,2-6,7 мин (получено на основании представленных данных расчетным путем). Процесс реэкстракции ведут при соотношении органической и водной фаз, равном, в среднем, 7:1 при комнатной температуре (Кармышов В.Ф., Коняхина Л.В., Токмакова Т.В. и др. Очистка ЭФК из апатитового концентрата экстракцией три-н-бутилфосфатом. Хим. пром., 1986 г., №7, с.405-407). Применение для извлечения фосфорной кислоты аппаратов ящичного типа смеситель-отстойник позволяет организовать простое обслуживание и стабильность заданных параметров процесса.

По известному способу получают фосфорную кислоту, содержащую (%): P₂O₅ - 27,4; SO₃ - 0,44; F - 0,24; Fe₂О₃ - 0,008; Al₂О₃ - 0,012; SiO₂ - 0,16.

Недостатком известного способа является невысокое качество очищенной фосфорной кислоты, что позволяет использовать ее для производства технических фосфатов, некоторых моющих средств, но не дает возможность организовать на основе фосфорной кислоты получение пищевых и кормовых фосфатов, тем самым значительно ограничивая области ее применения.

Известен также способ очистки экстракционной фосфорной кислоты ТБФ (Патент США, №3410656, кл. 423-321.1, 1968), который включает ступенчатую экстракцию ее трибутилфосфатом, промывку экстракта фосфорнокислым раствором и последующую реэкстракцию с получением реэкстракта и после его упаривания очищенной фосфорной кислоты. По этому способу фосфорную кислоту, полученную путем разложения фосфатного сырья серной кислотой, сначала обессульфачивают и обесфторивают. На экстракцию поступает кислота следующего состава: Р₂О₅ - 43,68%; СаО - 0,56%; SO₄ (в пересчете на SO₃) - 0,35%; F - 0,19%; Fe₂О₃ - 1,42%; R₂О₃ - 3,11%; SiO₂ - 0,10%.

Экстракцию ведут ТБФ, процесс идет в колонне в течение 3 часов при соотношении органической и водной фаз от 10:1 до 0,5:1. Исходя из этого расчетным путем установлено, что число ступеней экстракции - не менее 10.

После колонны рафинат экстракции выводят из процесса, а экстракт направляют на промывку в маленькую колонну, куда поступает промывной раствор, представляющий собой смесь части реэкстракта и продукционной фосфорной кислоты. Процесс отмывки ведут при отношении органической и водной фаз от 10:1 до 40:1 (в примере 1-26:1). Раствор после промывки направляют в голову процесса экстракции на смешение с исходной фосфорной кислотой, а промытый экстракт подают на реэкстракцию водой в колонну реэкстракции (такая же по объему, что и колонна экстракции). Процесс реэкстракции ведут при отношении органической и водной фаз от 5:1 до 12:1. После реэкстракции часть реэкстракта направляют на удаление фтора путем упарки при 110-150°С и после очистки на древесном угле выводят в виде продуктивной фосфорной кислоты, а остальную часть реэкстракта смешивают с частью очищенной фосфорной кислоты и направляют на промывку экстракта. В результате извлечение Р₂О₅ из ЭФК в очищенную фосфорную кислоту составляет 50-85%.

Недостатки известного способа заключаются в:

- необходимости проведения предварительных операций обессульфачивания и обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты, что связано с использованием нового реакторного и насосного оборудования, сгустителей для отделения твердой фазы, содержащей сульфат-ионы и фтор, приводит к дополнительным сырьевым и энергетических затратам и требует привлечения дополнительного обслуживающего рабочего персонала;

- длительности процесса - только экстракция идет в течение 3 часов; если учесть процессы промывки и реэкстракции, то общее время одного цикла составит не менее 7 часов;

- использовании для экстракции колонн: хотя к их достоинствам можно отнести сокращение производственных площадей за счет установки вертикальных аппаратов, их эксплуатация требует значительных энергозатрат. Кроме того, при нарушении процесса требуется значительный период для вывода производства на необходимый технологический режим.

- извлечение Р₂О₅ в очищенную фосфорную кислоту из ЭФК колеблется от 50 до 85%.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности является известный способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ее экстракцию трибутилфосфатом в смесителе-отстойнике, промывку полученного экстракта и водную реэкстракцию с получением реэкстракта и возвратом части его на стадию промывки.

По этому способу экстракцию ведут при количестве ступеней, равном 4-5, в смесителе отстойнике и в качестве одного из вариантов промывку ведут с использованием части реэкстракта (Патент РФ №2286944, С01В 25/46, 2005 г.).

Данный способ лишен недостатков приведенных выше известных способов.

Однако он был разработан с целью очистки фосфорной кислоты, полученной из магнийсодержащего фосфатного сырья, и при переходе на кислоту, например, полученную из Кольского апатита, не позволяет добиться достаточной степени очистки, что проиллюстрировано в приведенном ниже примере.

Нашей задачей было создание способа очистки фосфорной кислоты, не содержащей значительных количеств ионов магния, с получением фосфорной кислоты такого качества, которое позволило бы направлять ее в производство солей пищевой кондиции. При этом очень важно, чтобы технологическая схема была проста в осуществлении и позволяла достаточно просто переходить от переработки кислоты, практически не содержащей ионов магния, к магнийсодержащей кислоте (в связи с чем в качестве прототипа и был выбран известный способ по патенту №2286944).

Поставленная задача решена в предложенном способе очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающем ее экстракцию трибутилфосфатом в смесителе-отстойнике, промывку полученного экстракта и водную реэкстракцию с получением реэкстракта и возвратом части его на стадию промывки. По предложенному способу процесс промывки экстракта ведут в 4 ступени при соотношении органической и водной фаз Vo:Vв, равном 12-18:1, а реэкстракцию ведут водой в две стадии, причем воду на первую стадию подают в количестве, обеспечивающем соотношение Vo:Vв, равное 13-17:1, и возвращают полученный реэкстракт на промывку, а на вторую стадию - воду подают до достижения соотношения Vo:Vв, равного 4-6:1. В реэкстракт, полученный после 1 стадии реэкстракции, подаваемый на промывку, дополнительно вводят аммиак до мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄=0,2-0,5. Для получения товарной очищенной фосфорной кислоты реэкстракт после второй стадии реэкстракции направляют на упарку.

Суть предлагаемого способа заключается в получении высококачественной фосфорной кислоты пищевой кондиции при использовании экстракционной фосфорной кислоты, полученной в процессе сернокислотного разложения Кольского апатитового концентрата, и трибутилфосфата.

При этом необходимо было создать такие условия экстракции фосфорной кислоты трибутилфосфатом, которые позволяют при высокой степени извлечения фосфорной кислоты ТБФ обеспечить минимальную соэкстракцию содержащихся в ней примесей, прежде всего, ионов железа, фтора и сульфат-ионов. Поскольку эти принципы находятся в противоречии друг с другом (практически нереально на стадии экстракции обеспечить максимальное извлечение Н₃PO₄ при минимальном извлечении примесей), решение этой задачи было перенесено на стадии промывки и реэкстракции насыщенного ТБФ-экстракта. Предполагалось, что промывка ТБФ фосфорнокислым раствором высокой концентрации, содержащим минимальное количество примесей (тысячные и десятитысячные доли процента), позволит вытеснить избытком фосфорной кислоты эти примеси из экстракта, направить их в голову процесса экстракции, например, путем предварительного смешения промывного раствора после промывки экстракта и исходной ЭФК и сбросить основное количество примесей с рафинатом экстракции, исключив их накапливание в циклах экстракция - промывка - реэкстракция.

Для реализации этого решения были выбраны предлагаемые заявителем технологические параметры процессов промывки и рекэстракции. При этом были учтены химические свойства примесей, содержащихся в ЭФК. Повышение концентрации фосфорной кислоты в реэкстракте, идущем на промывку (за счет увеличения Vo:Vв), позволило вытеснить из ТБФ ионы железа, которые имеют склонность к образованию растворимых фосфатных комплексов различных типов, а введение второй стадии реэкстракции позволило получить кислоту пищевой кондиции. Дополнительный прием, путем введения ионов аммония, позволил наиболее эффективно вытеснить сульфат-ион и ионы фтора в виде сернокислого и фтористого (кремнефтористого) аммония. Поддержание необходимого количества ступеней и оптимального соотношения органической и водной фаз на стадиях промывки и 2-стадийной реэкстракции позволило решить поставленную авторами задачу - получить ОФК пищевой кондиции без проведения предварительных операций обессульфачивания и обесфторивания ЭФК, применив для этих целей простое оборудование - смесители отстойники ящичного типа.

Проведенные нами исследования показали, что для достижения цели заявляемого изобретения необходимо вести технологический процесс в строго определенных рамках, определяемых формулой изобретения.

Так, промывку экстракта ведут частью реэкстракта в 4 ступени, при соотношении органической и водной фаз, равном (12-18):1. При уменьшении числа ступеней экстракции (менее 4) качество промывки экстракта от примесей ухудшается, например при n=3 - содержание железа в продукционной фосфорной кислоте возрастает с 0,003 до 0,007%, а содержание фтора - с 0,003 до 0,006%; при увеличении числа ступеней экстракции (более 4) показатели процесса остаются неизменными, но введение дополнительной(ых) стадий усложняет технологию и приводит к дополнительным затратам.

При увеличении соотношения фаз (более 18:1) сложно осуществить требуемую гидродинамику процесса из-за увеличения времени расслаивания фаз до 30 мин; при уменьшении соотношения фаз (менее 12:1) ухудшается степень отмывки экстракта от сульфат-иона (при соотношении фаз 10:1 - содержание сульфат-иона в продукционной фосфорной кислоте возрастает с 0,003% до 0,01%).

Реэкстракцию ведут в 2 стадии: на первой стадии соотношение органической и водной фаз - (13-17):1, на второй стадии соотношение органической и водной фаз - (4-6):1; причем реэкстракт (промывной фосфорнокислый раствор) после 1 стадии реэкстракции возвращают на промывку экстракта.

При увеличении соотношения фаз на первой стадии реэкстракции (более 17:1) увеличивается время расслаивания фаз: так, оно составляет при Vo:Vв=18 - 15 мин; а при Vo:Vв=19 - 27 мин; при уменьшении соотношения фаз (менее 13:1) ухудшается степень реэкстракции железа (при соотношении фаз 12:1 - содержание железа в продукционной фосфорной кислоте возрастает с 0,003% до 0,012%).

Возвращение всего реэкстракта после 1 стадии реэкстракции на промывку позволяет осуществить эффективное вытеснение из экстракта всех содержащихся в нем примесей и направить их в голову процесса экстракции, смешав промывной раствор с исходной упаренной ЭФК. Сокращение доли реэкстракта, направляемого на промывку, т.е. фактически сокращение количества подаваемой фосфорной кислоты, приводит к ухудшению качества промывки и попаданию части неотмытых примесей в продукционную ОФК. Кроме того, распределение потоков реэкстракта после первой стадии реэкстракции приводит к усложнению процесса и ухудшению его управляемости.

При увеличении соотношения фаз на второй стадии реэкстракции (более 6:1) уменьшается расход воды на реэкстракцию фосфорной кислоты и примесей, они остаются в регенерированном ТБФ, который направляют в следующие циклы экстракции, что постепенно приводит к накапливанию в экстракте значительного количества примесей и ухудшению качества товарной ОФК; при уменьшении соотношения фаз (менее 4:1) увеличивается расход воды на промывку, что приводит к снижению концентрации Р₂О₅ в продукционном реэкстракте и, как следствие, к увеличению энергетических затрат при его упаривании до 73-75% Н₃PO₄, при этом другие показатели процесса остаются стабильными. Вывод реэкстракта только после 2 стадии реэкстракции на упаривание позволяет получить ОФК высокого качества.

Промывка экстракта частью реэкстракта, в который дополнительно вводят аммиак до мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄=0,2-0,5, позволяет добиться максимальной эффективности при отмывке экстракта от сульфат-иона, железа и фтора. При увеличении мольного отношения, например, до 0,6 в этом нет необходимости; в то же время в фосфорнокислом растворе появляется избыточное количество ионов аммония, которые могут частично экстрагироваться ТБФ, что влияет на качество товарной ОФК. При снижении мольного отношения, например, до 0,1 эффект от введения ионов аммония имеет место, но в меньшей степени: так, содержание ионов железа остается неизменным (0,001%), а содержание сульфат-ионов и ионов фтора равно соответственно: 0,004 и 0,003%.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1.

Для исследований использовали ЭФК производства ОАО Череповецкий «Аммофос», полученную при переработке Кольского апатитового концентрата полугидратным методом (табл.1):

Таблица 1 Состав исходной упаренной ЭФК
№ п/п	Наименование компонентов	Содержание
%
1	P2O5	53,8
2	Н3PO4	74,2
3	SO4	3,0
4	Fe	0,26
5	Al	0,08
6	MgO	менее 0,1
7	F	0,24

Упаренная ЭФК поступает в две бутыли объемом по 10 л, где отстаивается от находящегося в ней осадка. Осветленная кислота подается насосом в сборник ЭФК, а затем в напорную емкость ЭФК, откуда подается в экстрактор или в сборник ЭФК. Напорная емкость должна быть всегда заполнена ЭФК. 100% ТБФ поступает в бочках объемом 200 л и хранится на складе вне производственного здания, откуда он насосом подается в сборник ТБФ. Из сборника ТБФ насосом подается в напорную емкость, которая снабжена верхним переливом, соединенным со сборником ТБФ. Из напорных емкостей ЭФК и ТБФ при расходах, равных соответственно 1,0 л/ч и 4,0 л/ч, поступают в 4-ступенчатый экстрактор, который представляет собой горизонтальный смесительно-отстойный аппарат, общим объемом - 2,5 л, рабочим объемом - 2 л, разделенный перегородками на 4 ступени (секции), каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. Рабочий объем одной секции равен 0,5 л: объем камеры смешения составляет 0,08 л, камеры расслаивания - 0,42 л. Все секции снабжены гидрозатвором, обеспечивающим их гидравлическую независимость. Исходные реагенты поступают в экстрактор с противоположных концов, навстречу друг другу. Так осуществляется противоток при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1, и температуре окружающей среды - 20-25°С.

Рафинат и экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительные отстойники для более глубокого разделения растворов. Из отстойника рафината последний поступает в сборник рафината, откуда его направляют на получение комплексных удобрений; из отстойника экстракта последний поступает в сборник экстракта и оттуда - на промывку. Промывку экстракта осуществляют в одноступенчатом промывочном экстракторе фосфорнокислым раствором при объемном соотношении органической и водной фаз - 7:1, времени смешения растворов - 1 мин и температуре 30-40°С. Промытый экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительный отстойник для отделения от захваченной водной фазы. Из отстойника промытого экстракта последний поступает в сборник экстракта, а оттуда на реэкстракцию фосфорной кислоты.

Реэкстракцию осуществляют в пятиступенчатом реэкстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, нагретой до 40-50°С, при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1, времени смешения растворов - 1 мин, времени расслаивания фаз - 5 мин. Из реэкстрактора регенерированный ТБФ поступает в отстойник, где его дополнительно осветляют, ТБФ из отстойника самотеком стекает в сборник исходного ТБФ, откуда направляется через напорную емкость ТБФ на экстракцию. Отделившаяся водная фаза стекает в сборник воды.

Водный реэкстракт, содержащий 33% P₂O₅, из реэкстрактора поступает в отстойник, где его дополнительно отделяют от захваченной органической фазы. Из отстойника он самотеком стекает в сборник водного реэкстракта.

Из сборника реэкстракт поступает в напорную емкость, из которой самотеком направляется на упаривание до концентрации P₂O₅, равной 53,1%.

В результате получена очищенная фосфорная кислота, содержащая в среднем (%): P₂O₅ - 52,9, SO₄ - 0,21; Fe - 0,01; F - 0,008; тяжелые металлы (в пересчете на свинец) - 1×10^-4; Cd - 1×10^-5; Hg - 1×10^-5, при извлечении P₂O₅ из упаренной ЭФК в товарный продукт, равном 92,1%.

Как следует из сравнения этого результата с данными по составу ОФК, полученной при перечистке ЭФК ОАО «Белореченские минеральные удобрения» (патент России №2286944): P₂O₅ - 53,1; SO₄ - 0,003; Fe - 0,002; F - 0,001; тяжелые металлы (в пересчете на свинец) - 1×10^-4; Cd - 1×10^-5; Hg - 1×10^-5, качество получающейся ОФК не соответствует пищевой кондиции продукта. Так, содержание сульфат-ионов в ней в 66,7 раз, ионов железа - в 5 раз, ионов фтора - в 8 раз выше.

Пример 2.

Состав ЭФК соответствовал составу, представленному в табл.1.

Упаренная ЭФК поступает в две бутыли объемом по 10 л, где отстаивается от находящегося в ней осадка. Осветленная кислота подается насосом в сборник ЭФК, а затем в напорную емкость ЭФК, откуда подается в экстрактор или в сборник ЭФК. Напорная емкость должна быть всегда заполнена ЭФК. 100% ТБФ поступает в бочках объемом 200 л и хранится на складе вне производственного здания, откуда он насосом подается в сборник ТБФ. Из сборника ТБФ насосом подается в напорную емкость, которая снабжена верхним переливом, соединенным со сборником ТБФ. Из напорных емкостей ЭФК и ТБФ при расходах, равных соответственно 1,0 л/ч и 4,0 л/ч, поступают в 5-ступенчатый экстрактор, который представляет собой горизонтальный смесительно-отстойный аппарат, общим объемом - 2,5 л, рабочим объемом - 2 л, разделенный перегородками на 5 ступеней (секций), каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. Рабочий объем одной секции равен 0,5 л: объем камеры смешения составляет 0,08 л, камеры расслаивания - 0,42 л. Все секции снабжены гидрозатвором, обеспечивающим их гидравлическую независимость. Исходные реагенты поступают в экстрактор с противоположных концов, навстречу друг другу. Так осуществляется противоток при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1, времени смешения фаз 1-2 мин и температуре окружающей среды - 25-30°С.

Рафинат и экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительные отстойники для более глубокого разделения растворов. Из отстойника рафината последний поступает в сборник рафината, откуда его направляют на получение комплексных удобрений; из отстойника экстракта последний поступает в сборник экстракта и оттуда - на промывку. Промывку экстракта осуществляют в 4-ступенчатом промывочном экстракторе - реэкстрактом, образующимся после первой стадии реэкстракции, при объемном соотношении органической и водной фаз - 15:1, времени смешения фаз - 1-2 мин и температуре 35-45°С. Промытый экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительный отстойник для отделения от захваченной водной фазы. Из отстойника промытого экстракта последний поступает в сборник экстракта, а оттуда на реэкстракцию фосфорной кислоты. Фосфорнокислый раствор после промывки экстракта направляют на смешение с исходной ЭФК в голову процесса экстракции.

Реэкстракцию осуществляют в две стадии: на первой стадии в 3-ступенчатом реэкстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, при температуре 40-45°С, объемном соотношении органической и водной фаз, равном 15:1, времени смешения фаз - 1-2 мин; на второй стадии - в 2-ступенчатом экстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, при температуре 40-45°С, объемном соотношении органической и водной фаз, равном 5:1, времени смешения фаз - 1-2 мин. Образующийся реэкстракт после первой стадии реэкстракции направляют на промывку экстракта (см. выше), а после 2-й стадии - на упаривание до концентрации 73% Н₃PO₄ (52,9% P₂O₅), которую выводят в виде товарного продукта.

После 2-й стадии реэкстракции регенерированный ТБФ поступает в отстойник, где его дополнительно осветляют. ТБФ из отстойника самотеком стекает в сборник исходного ТБФ, откуда направляется через напорную емкость ТБФ на экстракцию. Отделившаяся водная фаза стекает в сборник воды.

Состав товарной очищенной фосфорной кислоты (%): Р₂O₅ - 55,9%; SO₄ - 0,005%; Fe - 0,003%; F - 0,004%. Извлечение P₂O₅ из упаренной ЭФК в ОФК составляет 92,4%.

Пример 3.

Состав ЭФК соответствовал составу, представленному в табл.1.

Упаренная ЭФК поступает в две бутыли объемом по 10 л, где отстаивается от находящегося в ней осадка. Осветленная кислота подается насосом в сборник ЭФК, а затем в напорную емкость ЭФК, откуда подается в экстрактор или в сборник ЭФК. Напорная емкость должна быть всегда заполнена ЭФК. 100% ТБФ поступает в бочках объемом 200 л и хранится на складе вне производственного здания, откуда он насосом подается в сборник ТБФ. Из сборника ТБФ насосом подается в напорную емкость, которая снабжена верхним переливом, соединенным со сборником ТБФ. Из напорных емкостей ЭФК и ТБФ при расходах, равных соответственно 1,0 л/ч и 4,0 л/ч, поступают в 5-ступенчатый экстрактор, который представляет собой горизонтальный смесительно-отстойный аппарат, общим объемом - 2,5 л, рабочим объемом - 2 л, разделенный перегородками на 5 ступеней (секциий), каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. Рабочий объем одной секции равен 0,5 л: объем камеры смешения составляет 0,08 л, камеры расслаивания - 0,42 л. Все секции снабжены гидрозатвором, обеспечивающим их гидравлическую независимость. Исходные реагенты поступают в экстрактор с противоположных концов, навстречу друг другу. Так осуществляется противоток при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1, времени смешения фаз 1-2 мин и температуре окружающей среды - 25-30°С.

Рафинат и экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительные отстойники для более глубокого разделения растворов. Из отстойника рафината последний поступает в сборник рафината, откуда его направляют на получение комплексных удобрений; из отстойника экстракта последний поступает в сборник экстракта и оттуда - на промывку. Промывку экстракта осуществляют в 4-ступенчатом промывочном экстракторе фосфорнокислым раствором - реэкстрактом, образующимся после первой стадии реэкстракции, в который дополнительно вводят аммиак до мольного соотношения NH₃:Н₃PO₄=0,33, при объемном соотношении органической и водной фаз - 15:1, времени смешения фаз - 1-2 мин и температуре 35-45°С. Промытый экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительный отстойник для отделения от захваченной водной фазы. Из отстойника промытого экстракта последний поступает в сборник экстракта, а оттуда на реэкстракцию фосфорной кислоты. Фосфорнокислый раствор после промывки экстракта направляют на смешение с исходной ЭФК в голову процесса экстракции.

Реэкстракцию осуществляют в две стадии: на первой стадии в 3-ступенчатом реэкстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, при температуре 40-45°С, объемном соотношении органической и водной фаз, равном 15:1, времени смешения фаз - 1-2 мин; на второй стадии - в 2-ступенчатом экстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, при температуре 40-45°С, объемном соотношении органической и водной фаз, равном 5:1, времени смешения фаз - 1-2 мин. Образующийся реэкстракт после первой стадии реэкстракции направляют на промывку экстракта (см. выше), а после 2-й стадии - на упаривание до концентрации 73-76% Н₃PO₄ (52,9-55,0% P₂O₅), которую выводят в виде товарного продукта.

После 2-й стадии реэкстракции регенерированный ТБФ поступает в отстойник, где его дополнительно осветляют. ТБФ из отстойника самотеком стекает в сборник исходного ТБФ, откуда направляется через напорную емкость ТБФ на экстракцию. Отделившаяся водная фаза стекает в сборник воды.

Состав товарной очищенной фосфорной кислоты (%): Р₂O₅ - 55,9; SO₄ - 0,001; Fe - 0,001; F - 0,001; тяжелые металлы (в пересчете на свинец) - 1×10^-4; Cd - 1×10^-5; Hg - 1×10^-5. Извлечение P₂O₅ из упаренной ЭФК в ОФК составляет 92,3%. Качество получающейся ОФК соответствует пищевой кондиции продукта.

Результаты остальных опытов представлены в табл.2.

Таблица 2
Результаты опытов по предлагаемому способу
№ п/п	Промывка	Реэкстракция 1 стадия	Реэкстракция 2 стадия	М.о. NH3/Н3PO4 в реэксракте после 1 стадии	Очищенная фосфорная кислота (ОФК)
	Vo:Vв	Кол-во ступеней n	Vo:Vв		Кол-во ступеней n	Vo:Vв	Кол-во ступеней n	Извлечение P2O5 из ЭФК в ОФК %	Состав ОФК, %
Р2O5	SO4	Fe	F
1	12:1	4	15:1	3	5:1	2	0,33	91,9	55,4	0,002	0,001	0,001
2	18:1	4	15:1	3	5:1	2	0,33	92,0	55,6	0,001	0,001	0,001
3	15:1	4	13:1	3	5:1	2	0,33	92,0	55,6	0,001	0,003	0,001
4	15:1	4	17:1	3	5:1	2	0,33	92,3	55,9	0,001	0,001	0,001
5	15:1	4	15:1	3	4:1	2	0,33	92,1	55,7	0,002	0,002	0,003
6	15:1	4	15:1	3	6:1	2	0,33	92,1	55,7	0,001	0,001	0,001
7	15:1	4	15:1	3	5:1	2	0,20	91,8	55,3	0,002	0,001	0,003
8	15:1	4	15:1	3	5:1	2	0,50	92,0	55,6	0,001	0,001	0,001

Таким образом, использование предложенного способа позволит получить готовый продукт (ОФК) пищевой кондиции. При этом возможно практически с минимальными изменениями технологической схемы переходить с одного сорта кислоты, содержащей значительное количество ионов магния, на другой сорт кислоты, практически не содержащей ионы магния, что весьма актуально для многих действующих производств.

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ее экстракцию трибутилфосфатом в смесителе-отстойнике, промывку полученного экстракта, водную реэкстракцию с получением реэкстракта и возвратом части его на стадию промывки, отличающийся тем, что процесс промывки экстракта ведут в 4 ступени при соотношении органической и водной фаз Vo:Vв, равном (12-18):1, а реэкстракцию ведут водой в две стадии, причем воду на первую стадию подают в количестве, обеспечивающем соотношение Vo:Vв, равное (13-17):1, и возвращают полученный реэкстракт на промывку, а на вторую стадию воду подают в количестве, обеспечивающем соотношение Vo:Vв, равное (4-6):1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реэкстракт, полученный после первой стадии реэкстракции, подаваемый на промывку, дополнительно вводят аммиак до мольного соотношения NH₃:H₃PO₄=0,2-0,5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения товарной очищенной фосфорной кислоты реэкстракт после второй стадии реэкстракции направляют на упарку.