Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением низкосортного фосфатного сырья - фосфоритов Каратау, для использования ее при производстве удобрений. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты включает подачу исходной слабой фосфорной кислоты в отстойник 2 на смешение с поступающей посредством насоса 5 из бака нагрева 1 предварительно упаренной в испарителе 3 кислотой, осаждение твердых примесей из смеси кислот с получением осветленной очищенной кислоты, вывод посредством насоса 6 части осветленной кислоты в качестве продукционной, возврат самотеком остальной кислоты на упаривание. Упаривание осветленной кислоты в испарителе 3 проводят под вакуумом при температуре 65-85°С до содержания 42-48% P2O5, концентрацию смеси кислот в отстойнике 2 поддерживают 35-40% P2O5, отстаивание проводят до достижения остаточного содержания твердой фазы 0,5-2,0% в осветленной кислоте, разность плотностей упаренной и осветленной фосфорных кислот поддерживают в пределах 0,08-0,18 г/см3. Способ позволяет получить очищенную экстракционную фосфорную кислоту с пониженным содержанием примесей железа, алюминия, кальция, магния и фтора, низкой стоимостью при высокой производительности процесса. 2 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), которая широко используется при производстве удобрений.

Разработаны много способов очистки экстракционной фосфорной кислоты для снижения содержания примесей. Известные способы очистки включают методы экстракции органическими растворителями, осаждения примеси фтора в виде кремнефторидов, сорбции. Эти способы имеют недостатки, заключающиеся в дороговизне и низкой производительности процесса.

Известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты [1] от фтора и полуторных окислов, согласно которому в кислоту вводят 10-200 об.% водорастворимого органического соединения. Процесс очистки ведут при 20-75°С в присутствии анионита. В качестве водорастворимых органических соединений используют пропиловый спирт, β-хлорэтиловый спирт, хлорацетон, изопропиловый спирт, метилэтилкетон, диоксан, гексафторацетон, трихлорацетонитрил, трихлорбутиллактон. Введенное органическое вещество после очистки удаляется выпариванием, очищенная ЭФК содержит незначительное количество примесей полуторных окислов и фтора.

Недостатками способа являются дороговизна процесса из-за использования органических соединений и анионита, низкая производительность.

Известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в двухстадийном упаривании фосфорной кислоты и отстаивании [2]. В первой стадии часть кислоты упаривают с 28-29 до 48% P2O5 (здесь и далее в описании все концентрации выражены в мас.%). Затем ее направляют в отстойник, где смешивают со второй частью неупаренной кислоты и отстаивают. Осветленная фосфорная кислота, содержащая 42% P2O5, из отстойника поступает во вторую стадию упаривания, где концентрируется до 52-54% P2O5. Способ позволяет снизить содержание твердых веществ, кальция и фтора в продукционной кислоте.

Данный способ применим для экстракционной фосфорной кислоты, получаемой из апатитового концентрата. Использование данного способа для ЭФК из бедного фосфатного сырья, например фосфоритов Каратау невозможно ввиду необходимости предварительной очистки ее от примесей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является известный способ очистки экстракционной фосфорной кислоты [3] от примесей двухвалентных металлов путем концентрирования при температуре 90-150°С и давлении 65 мм рт.ст. предварительно обессульфаченной фосфорной кислоты до концентрации 58-68% P2O5, удаления примесей из кислоты путем кристаллизации в соединение M2+(H2PO4)2·n·H3PO4, где М2+ - двухвалентный ион металла примесей, а n=2-5, введения в сгущенную массу затравочных кристаллов. Отделение кристаллов производится через сутки путем отстаивания, фильтрации или центрифугирования. Способ предложен для ЭФК, полученной мокрым способом (сернокислотным разложением) из фосфатного концентрата Siilinjarvi и Марокко. Согласно изобретению получают очищенную фосфорную кислоту с невысокой стоимостью.

Недостатками способа являются сложность технологического процесса, необходимость проведения предварительного удаления сульфатов из фосфорной кислоты, восстановление трехвалентного железа до Fe+2, охлаждение кислоты, введение затравки, продолжительность процесса, соответственно его низкая производительность.

ЭФК, получаемая сернокислотным разложением фосфоритов месторождения Каратау и фильтрацией пульпы фосфогипса, содержит 18-21% P2O5,2-4% осадка, 1,7-2,1% фтористых соединений в пересчете на фтор, 0,7-0,8% Fe, 0,8-1,0% Al, 0,15-0,25% Ca, 1,0-1,2% Mg. Известно, что фосфорная кислота, полученная из фосфоритов Каратау и упаренная до концентрации 37-39% P2O5, при охлаждении превращается в густую кашеобразную массу из-за высокого содержания примесей [4, 5, 6].

Технической задачей, решаемой заявляемым способом, является очистка экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау при высокой производительности процесса и малых затратах за счет обеспечения оптимальной разности плотностей упаренной и осветленной кислот, приводящей к образованию крупнокристаллической твердой фазы, которая имеет высокую скорость осаждения и приводит к низкому остаточному содержанию примесей и твердой фазы в осветленной фосфорной кислоте.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, согласно которому исходную слабую фосфорную кислоту, подлежащую очистке, направляют в отстойник, где смешивают с упаренной фосфорной кислотой, смесь кислот отстаивают с получением осветленной кислоты до достижения остаточного содержания твердых веществ 0,5-2,0%, где концентрация является массовой, часть осветленной кислоты из отстойника отводят в качестве продукционной, остальную - направляют на упаривание. При этом упаривание осветленной фосфорной кислоты ведут до достижения концентрации 42-48% P2O5, где концентрация является массовой, при температуре 65-85°С под вакуумом, затем упаренную кислоту возвращают в отстойник на смешение. Разность плотностей упаренной и осветленной кислот поддерживают в пределах 0,08-0,18 г/см3.

Сущность способа заключается в следующем.

Сернокислотным разложением фосфоритов преимущественно месторождения Каратау и фильтрацией пульпы получают фосфорную кислоту с концентрацией 19-21% P2O5, содержащую примеси соединений железа, алюминия, кальция, магния, фтора и осадок. Концентрации фосфорной кислоты и твердых веществ, указанные здесь и далее, являются массовыми. Далее исходную слабую фосфорную кислоту подают в отстойник. Туда же подают упаренную фосфорную кислоту концентрацией 42-48% P2O5. Смешение упаренной и исходной слабой фосфорных кислот в отстойнике ведут до достижения концентрации смеси 35-40% P2O5 путем регулирования расхода подачи исходной слабой кислоты. При смешении кислот соединения железа, алюминия, кальция, магния, фтора выделяются в твердую фазу. Процесс отстаивания проводят до достижения остаточного содержания твердых веществ 0,5-2% с получением осветленной фосфорной кислоты. Из верхней части отстойника расчетное количество осветленной кислоты, содержащей малое количество примесей, отводят в качестве продукционной кислоты, остальное - направляют на упаривание. Упаривание кислоты проводят при температуре 65-85°С под вакуумом до достижения концентрации 42-48% P2O5. Упаренную кислоту возвращают в отстойник на смешение. Для получения крупнокристаллической твердой фазы разность плотностей упаренной и осветленной кислот поддерживают в пределах 0,08-0,18 г/см3. Твердые вещества (осадок), содержащиеся в исходной слабой фосфорной кислоте, являются затравочными кристаллами. Осажденный шлам, представляющий собой соединения железа, алюминия, кальция, магния, фтора, из нижней конической части отстойника направляют в стадию разложения фосфатного сырья.

При повышении концентрации ЭФК уменьшается растворимость соединений железа, алюминия, фтора, кальция, магния. По предлагаемому способу при смешении исходной и упаренной кислот в отстойнике происходит значительное повышение концентрации фосфорной кислоты, что приводит к выделению в твердую фазу соединений железа, алюминия, кальция, магния и фтора из-за снижения их растворимости. Содержание вышеуказанных примесей в жидкой фазе, т.е в фосфорной кислоте снижается.

Поддержание концентрации осветленной кислоты в отстойнике ниже 35% P2O5 приводит к снижению эффективности очистки ЭФК от примесей. Повышение концентрации осветленной кислоты выше 40% P2O5 ведет к снижению производительности узла упаривания фосфорной кислоты, а также повышению остаточного содержания твердых примесей в осветленной фосфорной кислоте из-за повышения плотности и вязкости кислоты.

Повышение остаточного содержания твердой фазы в осветленной фосфорной кислоте выше 2% вызывает повышенную инкрустацию оборудования узла упаривания фосфорной кислоты и приводит к снижению производительности установки. Ведение процесса отстаивания с получением твердых примесей менее 0,5% нецелесообразно ввиду продолжительности процесса осветления и снижения производительности установки.

Экспериментально установлено, что поддержание разности плотностей упаренной и осветленной кислот в пределах 0,08-0,18 г/см3 обеспечивает образование крупнокристаллической твердой фазы, которая имеет высокую скорость осаждения и приводит к низкому остаточному содержанию примесей и твердой фазы в осветленной фосфорной кислоте.

Поддержание концентрации упаренной фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау в пределах 42-48% P2O5 обеспечивает оптимальную разность плотностей при смещении кислот и образование крупнокристаллической твердой фазы, высокую степень очистки кислоты от примесей. Увеличение концентрации упаренной ЭФК выше 48% Р2О5 приводит к снижению производительности.

Упаривание ЭФК под вакуумом при температуре 65-85°С обеспечивает поддержание концентрации упаренной кислоты в пределах 42-48% P2O5. Ведение процесса при температуре ниже 65°С приводит к снижению концентрации упаренной кислоты менее 42% P2O5, соответственно к уменьшению эффективности очистки и производительности. Упаривание при температуре выше 85°С приводит к повышению концентрации упаренной кислоты выше указанных предельных значений, при этом снижается производительность. Повышение температуры процесса выше 85°С приводит также к повышению вязкости кислоты из-за разложения кремнефторида магния с образованием мелкодисперсного фторида магния.

Упрощенная принципиальная технологическая схема очистки ЭФК из фосфоритов Каратау представлена на чертеже.

Исходная слабая ЭФК подается в центральный колодец отстойника 2, где смешивается с упаренной фосфорной кислотой, подаваемой погружным насосом 5 из бака 1 нагрева фосфорной кислоты. Расчетное количество осветленной фосфорной кислоты из верхней части отстойника погружным насосом 6 откачивается на складирование, остальное количество осветленной кислоты из верхней части отстойника 2 самотеком подается в бак 1 нагрева. Шлам из нижней конической части отстойника 2 насосом 7 направляется на стадию разложения фосфатного сырья - в экстрактор. В баке нагрева фосфорная кислота подогревается нагревательными элементами, которые на чертеже не показаны. Фосфорная кислота циркуляционным погружным насосом 4 подается в испаритель 3 фосфорной кислоты, где под вакуумом происходит испарение воды и концентрирование кислоты. Упаренная кислота насосом 5 возвращается в отстойник 2 на смешение кислот. Фторсодержащая парогазовая смесь из испарителя 3 направляется на абсорбцию фтористых соединений и к пароэжекторным насосам для создания вакуума, которые на чертеже не показаны.

Сущность процесса поясняется примерами на основе фосфоритов Каратау, имеющих следующий состав, мас.%.: P2O5 - 25,4, CaO - 37,7, MgO - 1,1, SiO2 - 24,1, F - 2,24, CO2 - 3,1, Al2O3 - 1,15, Fe2O3 - 1,18.

Пример 1. Исходная слабая экстракционная фосфорная кислота, полученная из бедного фосфатного сырья - фосфоритов Каратау сернокислотным разложением, содержащая 20% P2O5, 3% осадка, 1,9% фтористых соединений в пересчете на фтор, 0,75% Fe, 0,9% Al, 0,2%Ca, 1,1% Mg в количестве 60 т/час подается в отстойник, где смешивается с упаренной фосфорной кислотой концентрации 48% P2O5 в количестве 150 т/час. Смесь кислот концентрации 40% P2O5 (плотность 1,56 г/см3) отстаивается, шлам в количестве 3,8 т/час из нижней части отстойника возвращается на стадию разложения фосфатного сырья. Из верхней части отстойника осветленная фосфорная кислота, содержащая 40% P2O5, 1% твердой фазы и 1,0% F, 0,75% Fe, 0,85% Al, 0,1%Са, 1,1% Mg в количестве 30 т/час, отводится в качестве продукционной очищенной фосфорной кислоты. Остальное количество (176,2 т/час) осветленной кислоты подается на упаривание. Упаривание осветленной кислоты проводят под вакуумом при температуре 75°С до достижения содержания 48% Р2О5 и плотности 1,72 г/см3. Упаренная кислота подается в отстойник на смешение с исходной слабой фосфорной кислотой, разность плотностей между упаренной и осветленной кислотами 0,16 г/см3. Степень очистки ЭФК от примесей приведена в таблице 1.

Таблица 1
Фосфорная кислота Содержание, %
P2O5 F Fe Al Ca Mg осадок
Исходная ЭФК 20 1,9 0,75 0,9 0,2 1,1 3,0
Соотношение примесь/ P2O5, % 9,5 3,75 4,5 1,0 5,5 15,0
Очищенная ЭФК 40 1,0 0,7 0,85 0,12 1,1 1,5
Соотношение примесь/ P2O5, % 2,5 1,75 2,13 0,3 2,75 3,75
Степень очистки ЭФК, % - 74 53 52 70 50 75

В таблице 2 приведены примеры очистки экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау в предлагаемых пределах ведения процесса и при значениях, выходящих за верхний и нижний пределы.

По предлагаемому способу очистки фосфоритовой ЭФК совмещением процессов упаривания и отстаивания обеспечивается высокая степень очистки кислоты от примесей фтора, железа, алюминия, кальция, магния, а также концентрирование фосфорной кислоты, что позволяет производить на ее основе сложные фосфорсодержащие удобрения высокого качества. Очищенная ЭФК концентрации 34-40% P2O5 имеет вязкость, равную 12 сП при 20°С, что позволяет транспортировать ее по трубопроводам даже в зимнее время.

Ввиду того что концентрированию подвергается осветленная кислота, отсутствует инкрустация оборудования узла упаривания. Исключение инкрустации оборудования и отсутствие стадий, протекающих во времени, обеспечивают высокую производительность процесса. А также в предлагаемом способе очистки ЭФК не применяются дорогостоящие реагенты, что предопределяет невысокую стоимость конечного продукта - очищенной фосфорной кислоты.

Источники информации

1. А.с №952731, С01В 25/234, 1982 г.

2. Технология фосфорных и комплексных удобрений. Под ред. С.Д.Эвенчика и А.А.Бродского. М.: Химия, 1987, с.72, 80.

3. Патент РФ №2139240, С01В 25/234, 1999 г.

4. Переработка фосфоритов Каратау. Под ред. Позина М.Е., Копылева Б.А., Белова В.Н., Ершова В.А. Л., Химия, 1975, с.98-99.

5. М.Е.Позин. Технология минеральных удобрений. Изданное шестое, переработанное. Л.: Химия, 1989, с.183-185.

6. Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Изданное второе, переработанное. Л.: Химия, 1981, с.140-142.

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением фосфоритов, путем концентрирования и отстаивания, отличающийся тем, что исходную слабую фосфорную кислоту, подлежащую очистке, направляют в отстойник на смешение с упаренной фосфорной кислотой с получением смеси, смесь кислот отстаивают с получением осветленной фосфорной кислоты, часть осветленной фосфорной кислоты из отстойника отводят в качестве продукционной, остальную направляют на упаривание, причем упаривание осветленной фосфорной кислоты проводят под вакуумом при температуре 65-85°С до содержания 42-48% P2O5, концентрацию смеси кислот в отстойнике поддерживают в пределах 35-40% P2O5, отстаивание проводят до достижения остаточного содержания твердой фазы 0,5-2,0% в осветленной кислоте, разность плотностей упаренной и осветленной фосфорных кислот поддерживают в пределах 0,08-0,18 г/см3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением низкосортного фосфатного сырья, например фосфоритов Каратау, которая может быть использована при производстве удобрений.

Изобретение относится к способу получения очищенной концентрированной фосфорной кислоты, которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства экстракционных фосфорных кислот (ЭФК), используемых для получения кормовых, технических, пищевых, реактивных фосфатов из любых видов фосфатного сырья.

Изобретение относится к области контроля очистки экстрагента в ходе его регенерации в производстве очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной путем серно-кислотного разложения апатита, с применением в качестве экстрагента трибутилфосфата.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению производства фосфорной кислоты с низким содержанием примесей из экстракционных фосфорных кислот, полученных сернокислотным разложением апатита.
Изобретение относится к способам очистки упаренной экстракционной фосфорной кислоты, образующейся при разложении апатитового концентрата, от сульфатов и взвесей с получением обессульфаченной фосфорной кислоты, которая используется в производстве очищенной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции трибутилфосфатом, а также в производстве фосфатирующих препаратов и других фосфатов технической квалификации.

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 производству очищенной фосфорной кислоты, отличающейся высокой степенью чистоты, которая может использоваться в пищевой промышленности и позволяет одновременно получать удобрения - сульфоаммофос и товарные сульфат стронция или сульфат бария.

Изобретение относится к аппаратному оформлению получения очищенных фосфорных кислот, используемых для получения фосфатов технической, пищевой, реактивной и фармацевтической квалификации.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Каратау

Изобретение относится к технологии получения фосфатов аммония и может найти применение в качестве удобрения
Изобретение относится к получению и очистке термической ортофосфорной кислоты и может быть использовано в химической промышленности
Изобретение относится к способу обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) осадительным методом
Наверх