Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Каратау. Способ включает экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом, реэкстракцию ее из органической фазы и упаривание под вакуумом до заданной концентрации Р2О5. На экстракцию трибутилфосфатом подают фосфорную кислоту с концентрацией Р2О5 36%-39% и содержанием сульфат-иона, равным 2,5%-4%, полученную предварительным упариванием исходной экстракционной фосфорной кислоты под вакуумом. Упаривание реэкстракта фосфорной кислоты ведут под вакуумом до концентрации 50%-53% Р2О5. Экстракцию ведут в смесителях-отстойниках при количестве ступеней экстракции 4-5. Дополнительно после экстракции проводят двухступенчатую промывку органической фазы фосфорнокислым раствором. Способ позволяет получить кислоту, очищенную от примесей железа, магния, фтора и сульфат-ионов, пригодную для производства технических фосфатных солей и продуктов пищевой квалификации. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

 

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

Проблема является актуальной в связи с тем, что поставки Кольского апатитового концентрата ограничены и остро встал вопрос о вовлечении в производство достаточно дешевого низкосортного фосфатного сырья, цены на которое даже во время кризиса практически не выросли. Кроме того, запасы фосфоритов Каратау могут полностью обеспечить потребность не только РФ, но и стран СНГ. В связи с этим целесообразно на базе ЭФК, полученной, например, из фосфоритов Каратау, производить не только фосфорные удобрения, но и фосфорные соли технической и пищевой квалификации, причем на уже работающих промышленных предприятиях. Но для этих целей применима только ЭФК, очищенная от примесей металлов, фтора и сульфат-ионов.

Известен способ очистки фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Каратау, от сульфатов, включающий ее обработку неорганическими соединениями, смешение (экстракцию) с органическим растворителем - трибутилфосфатом (ТБФ) в смеси с керосином с последующим отделением органической фазы от водной и реэкстракцию фосфорной кислоты водой, в котором в качестве неорганического соединения берут соединения магния (карбонат или гидроокись). В процессе экстракции используют неупаренную ЭФК, в результате получают очищенную ЭФК, содержащую только 11% P2O5. Степень извлечения P2O5 трибутилфосфатом составляет всего 50% (патент РФ №1174374, С01В 25/234, 1985 г.).

Технология очистки экстракционной фосфорной кислоты ТБФ развивается в промышленном масштабе, в основном, в двух направлениях: с использованием целого ряда смесителей-отстойников и пульсационных колонн.

Однако ЭФК, полученная из фосфоритов Каратау, имеет повышенную вязкость вследствие содержания в ней достаточно большого количества соединений железа, алюминия, магния и диоксида кремния SiO. Поэтому применение пульсационных колонн в данном случае нецелесообразно, так как трудно организовать стабильный режим пульсации, необходимый для обеспечения контакта органической и водной фаз.

Наиболее перспективными для очистки кислоты, полученной из фосфоритов Каратау, являются способы с применением смесителей-отстойников.

Очищенную ЭФК (ОЭФК) хорошего качества (с минимальным содержанием примесей) и при высокой степени извлечения P2O5 при очистке получают, как правило, из кислоты, произведенной из хибинского апатита. Даже очистка кислоты, произведенной из ковдорского апатита, близкого по составу к хибинскому, осложнена из-за присутствия в ней значительных количеств ионов магния, что потребовало разработки новых способов очистки, позволивших получить ОЭФК, которую возможно использовать не только в производстве технических солей, но и в производстве фосфатов пищевой квалификации, и при этом добиться достаточно высокой степени извлечения P2O5 на стадии очистки.

Так, известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты (патент РФ №2286944, С01В 25/46, 2005 г.). Способ включает экстракцию упаренной фосфорной кислоты (51% P2O5) трибутилфосфатом в смесителях-отстойниках, промывку полученного экстракта, последующую водную реэкстракцию с получением реэкстракта и после его упаривания - очищенной фосфорной кислоты. По предложенному способу число степеней экстракции фосфорной кислоты составляет 4-5. Способ предусматривает обязательную промывку фосфорнокислым раствором. Способ позволяет получить очищенную кислоту хорошего качества, пригодную как для получения технических фосфатов, так и фосфорных солей высокой квалификации, применяемых в пищевой и медицинской промышленностях. Однако использовать этот способ для очистки ЭФК, полученной из сырья Каратау, нельзя, так как последняя имеет высокую вязкость за счет наличия в ней значительной концентрации кремния (в основном, в виде H2SiF6), а также примесей железа, алюминия и магния.

В качестве прототипа взят способ очистки ЭФК (патент РФ №2295491, С01В 25/46, 2007 г.), который относится также к получению очищенной фосфорной кислоты из Ковдорского апатита. По этому способу на очистку подают также упаренную ЭФК следующего состава: P2O5 - 51,50%, SO4 - 3,65%, Fe - 0,17%, Al - 0,5%, Mg - 1,75%, F - 0,16%. Способ включает экстракцию кислоты с помощью ТБФ в смесителях-отстойниках путем смешения органической и водной фаз и их последующего расслаивания с выделением рафината при количестве ступеней экстракции 4-5, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы и упаривание ее под вакуумом до содержания 51-53% Р205. Очищенная фосфорная кислота содержит в среднем: P2O5 - 52,9%; SO4 - 0,005%; Fe - 0,004%; Mg - 0,005%; F - 0,005% при извлечении P2O5 из упаренной ЭФК в товарный продукт, равном - 91,6%.

Способ-прототип, таким образом, позволяет получить очищенную кислоту хорошего качества, пригодную как для получения технических фосфатов, так и фосфорных солей высокой квалификации, применяемых в пищевой и медицинской промышленности. Однако использовать этот способ для очистки ЭФК, полученной из сырья Каратау, нельзя, так как последняя имеет высокую вязкость за счет наличия в ней значительной концентрации кремния (в основном, в виде H2SiF6), а также примесей железа, алюминия и магния.

Решаемой задачей являлось создание способа очистки экстракционной фосфорной кислоты из сырья Каратау с получением кислоты, очищенной от примесей металлов, фтора и сульфат-ионов, пригодной для производства технических фосфатных солей и, возможно, также для получения продуктов пищевой квалификации.

Поставленная задача решается тем, что предложенный способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий экстракцию ее трибутилфосфатом, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы и упаривание ее под вакуумом до заданной концентрации P2O5, отличается тем, что на экстракцию трибутилфосфатом подают экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией P2O5 36%-39% и содержанием сульфат-иона, равным 2,5%-4%, причем фосфорную кислоту с концентрацией P2O5 36%-39% получают предварительным упариванием исходной экстракционной фосфорной кислоты под вакуумом. Упаривание реэкстракта фосфорной кислоты ведут под вакуумом до концентрации 50%-53% P2O5. Экстракцию ведут в смесителях-отстойниках при количестве ступеней экстракции 4-5. Дополнительно после экстракции проводят двухступенчатую промывку органической фазы фосфорнокислым раствором.

Сущность способа заключается в следующем.

На экстракцию трибутилфосфатом подается ЭФК, упаренная до определенной концентрации P2O5 и с определенной концентрацией в ней сульфат-иона. Сульфат-ион, находящийся в кислоте, во время экстракции участвует в образовании комплексов с ионом магния. Однако только при определенной концентрации сульфат-иона в кислоте, подаваемой на обработку ТБФ (2,5-4%), образуются комплексы такого состава, которые практически не экстрагируются трибутилфосфатом. Механизм образования таких комплексов, установленный для кислоты, полученной из сырья Каратау, неясен. Но можно предположить, что на их образование оказывает влияние ион SiF62-, находящийся в ЭФК, полученной из сырья Каратау. При недостаточно высокой концентрации сульфат-иона в ЭФК (менее 2,5%) более прочной является связь ионов магния с ионами SiF62- кремнефтористоводородной кислоты, поэтому значительная часть сульфат-ионов переходит в ТБФ, возможно, в виде серной кислоты. При концентрации сульфат-иона от 2,5% и выше образуется сульфатный комплекс магния, который практически не экстрагируется ТБФ. В результате происходит почти полная очистка получаемой ЭФК от сульфат-ионов.

Так, если в кислоте, поступающей на экстракцию, соотношение SO4/P2O5 составляет от 0,07 до 0,11, то в очищенной кислоте, выпускаемой в виде готового продукта, оно составляет от 0,001 до 0,0026. Соответственно, происходит и очистка от ионов магния: если в кислоте, подаваемой на экстракцию, соотношение Mg/P2O5 составляет 0,038, то в очищенной кислоте - 0,006.

Повышение содержания в ЭФК сульфат-иона выше 4%, возможно, приводит к образованию нейтрального соединения магния и сульфат-иона типа сульфата магния MgSO4, который значительно лучше экстрагируется ТБФ по сольватному механизму, что подтверждается увеличением в этих условиях степени экстракции магния ТБФ; соответственно, при содержании в ЭФК сульфат-иона выше 4% очистка ЭФК от сульфат-иона ухудшается. Кроме того, высокое содержание сульфат-ионов (выше 4%) может быть обусловлено перерасходом серной кислоты на стадии разложения фосфорита, что ухудшает экономическую эффективность всего технологического цикла.

Концентрация сульфат-иона в ЭФК может колебаться как в зависимости от состава фосфатного сырья, поступающего на производство ЭФК, так и от условий его разложения. Но при этом концентрация ионов SO4 в кислоте, поступающей на очистку, должна поддерживаться в пределах 2,5-4%.

Очень важна также концентрация, до которой предварительно упаривают ЭФК, подаваемую на экстракцию трибутилфосфатом. При предварительном упаривании исходной ЭФК до концентрации 36-39% происходит удаление значительной части фтора. Фтор в исходной ЭФК находится в двух видах: ионы F в виде HF и ионы F в виде H2SiF6. Так, если в исходной ЭФК соотношение F/P2O5=0,066, то в упаренной ЭФК, до экстракции трибутилфосфатом, оно равно 0,03. В результате уже на этой стадии коэффициент очистки от фтора равен 2, а после экстракции предварительно упаренной ЭФК трибутилфосфатом получают реэкстракт с соотношением F/P2O5=0,0019, т.е. в 15 раз меньше. Ионы SiF62- в минимальной степени экстрагируются трибутилфосфатом и образуют комплексы с ионами железа, поэтому коэффициент очистки ЭФК от фтора коррелирует в некоторой степени с коэффициентом очистки ЭФК от ионов железа. Если в упаренной ЭФК, полученной из сырья из Каратау, соотношение Fe/P2O5=0,028, то в продукционной очищенной - ОЭФК - это соотношение составляет всего 0,00004.

В то же время оставшийся фтор, не вступивший в реакцию комплексообразования, в виде HF практически целиком экстрагируется трибутилфосфатом по сольватному механизму и удаляется с газовой фазой при упарке реэкстракта, так как начальная температура возгонки HF 19°С.

В результате в готовой ОЭФК соотношение F/P2O5 составляет 0,001, что обеспечивает получение очищенной экстракционной фосфорной кислоты (ОЭФК), пригодной для производства широкой номенклатуры фосфатов.

Заявляемый способ, таким образом, осуществляется следующей последовательностью операций:

1) предварительное упаривание исходной ЭФК, полученной из сырья Каратау, до концентрации 36-39% P2O5

2) экстракция трибутилфосфатом ЭФК с концентрацией 36-39% P2O5 и содержанием сульфат-иона, равным 2,5-4% (проводится в смесителях-отстойниках путем смешения органической и водной фаз и их последующего расслаивания с выделением рафината; количество ступеней экстракции 4-5)

3) реэкстракция фосфорной кислоты из органической фазы и ее упаривание под вакуумом до заданной концентрации P2O5 (до концентрации 50-53%).

Дополнительно - для получения экстракционной фосфорной кислоты, пригодной для производства фосфорных солей пищевой квалификации, - после экстракции и перед стадией реэкстракции проводят промывку органической фазы фосфорнокислым раствором.

В таблице 1 приведен состав фосфорной кислоты: исходной, исходной упаренной, очищенной предлагаемым способом и очищенной предлагаемым способом с дополнительной промывкой. Видно, что предлагаемый способ позволяет очистить кислоту от примесей железа, магния, фтора и сульфат-ионов.

Таблица 1
Состав кислоты из фосфоритов Каратау
Наименование P2O5, % SO4, % Fe, % Mg, % F, %
1. Исходная ЭФК 18,5 1,5 0,5 0,76 1,22
2. Кислота после предварительной упарки 36,2 3,0 1,0 1,37 1,10
3. Продукционная ОЭФК (без стадии промывки) 50,1 0,13 0,002 0,03 0,055
4. Продукционная ОЭФК (со стадией промывки) 50,3 0,05 0,001 0,01 0,025

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1.

Исходная фосфорная кислота, полученная после дигидратного процесса разложения фосфорита Каратау 93%-ной серной кислотой, содержащая 18,1% P2O5, с расходом 300 кг/час (230 л/час), поступает на упаривание под вакуумом в выпарную установку до концентрации 36,0% P2O5.

После этого упаренная ЭФК проходит стадию осветления от твердых примесей фосфатов железа и сульфата кальция, выделившихся в процессе упарки (примеси возвращаются в производство удобрений).

Экстракционная фосфорная кислота с концентрацией 36,0% P2O5, с концентрацией сульфат-иона 3%, содержащая не более 50 мг/л твердых включений, с расходом 100 л/час направляется в процесс экстракции трибутилфосфатом, подаваемым с расходом 300 л/час.

Экстракция фосфорной кислоты осуществляется в пятиступенчатом экстракторе, каждый аппарат которого состоит из смесительной и отстойной камер. Отстойная камера снабжена гидрозатвором, обеспечивающим ее гидравлическую независимость. Это означает, что при вынужденных остановках процесса растворы не будут самотеком перетекать из секции в секцию, выравнивая концентрацию P2O5 во всем экстракторе. Исходные реагенты поступают в экстрактор с противоположных концов, навстречу друг другу. Так осуществляется противоток при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 3:1; времени смешения потоков в смесительной камере - 1-2 мин, времени расслаивания потоков в отстойной камере - 8-12 мин и температуре - +25 +35°С.

Из отстойника экстракта последний со скоростью 325 л/час поступает на водную реэкстракцию в пятиступенчатом реэкстракторе деионизированной водой в количестве 81,2 л/час, при температуре воды +60 +70°С. Процесс смешения фаз происходит в течение 2 мин, при времени расслаивания фаз 8-12 мин и температуре +35 +45°С.

Очищенный реэкстракт, содержащий 25,6% P2O5, после отделения от него в отстойнике захваченной органической фазы в количестве 123,9 л/час перекачивают на выпарную установку.

Упаривание кислоты происходит под вакуумом до концентрации 50,0% P2O5. Образующийся пар очищается от брызг кислоты и фтористых соединений в общей системе газоочистки, имеющейся в отделении упарки. Регенерированный 100% ТБФ, с расходом 300 л/час, возвращается в голову процесса экстракции.

В результате получают 52,7 л/час (80,6 кг/час) очищенной экстракционной фосфорной кислоты (ОЭФК), содержащей по массе (%): P2O5 - 50,1; SO4 - 0,13; Fe - 0,002; Mg - 0,03; F - 0,055%. Степень извлечения P2O5 из неупаренной ЭФК в товарную продукцию 74,2%.

Пример 2.

Ведут технологический процесс по методике, изложенной в примере 1.

Дополнительно перед стадией реэкстракции вводят дополнительную операцию промывки экстракта фосфорнокислым промывным раствором. Из отстойника экстракта последний поступает на промывку, а отделенный при этом водный раствор объединяется с исходной ЭФК и возвращается на стадию экстракции.

Промывку экстракта осуществляют частью реэкстракта - раствора фосфорной кислоты, содержащего, в среднем, 25,6% P2O5, при его расходе 27,1 л/час в следующем режиме: число ступеней контакта - 2, температура +35 +40°С, время контакта фаз - 2 мин, время расслаивания фаз - 8-12 мин.

Органическая фаза после промывки поступает в отстойник для окончательно отделения захваченной водной фазы и далее на реэкстракцию и упаривание под вакуумом в описанном выше режиме (аналогично примеру 1).

При этом получают ОЭФК, содержащую по массе (%): P2O5 - 50,0; SO4 - 0,05; Fe - 0,001; Mg - 0,01; F - 0,025%. Степень извлечения P2O5 из неупаренной ЭФК в товарную продукцию 74,2%.

Результаты остальных опытов приведены в таблице 2.

Предлагаемый способ очистки экстракционной фосфорной кислоты из сырья Каратау позволяет получить кислоту, очищенную от примесей металлов, фтора и сульфат-ионов. Внедрение предложенного способа позволит получать из сырья Каратау ОЭФК с содержанием такого количества примесей, которое позволяет использовать ее в производстве не только технических солей, но и солей пищевой квалификации.

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий экстракцию ее трибутилфосфатом, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы и упаривание ее под вакуумом до заданной концентрации Р2О5, отличающийся тем, что на экстракцию трибутилфосфатом подают экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией Р2О5 36-39% и содержанием сульфат-иона, равным 2,5-4%, причем фосфорную кислоту с концентрацией Р2О5 36-39% получают предварительным упариванием исходной экстракционной фосфорной кислоты под вакуумом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что упаривание реэкстракта фосфорной кислоты ведут под вакуумом до концентрации 50-53% P2O5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракцию ведут в смесителях-отстойниках при количестве ступеней экстракции 4-5.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно после экстракции проводят двухступенчатую промывку органической фазы фосфорно-кислым раствором.



 

Похожие патенты:
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.

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 технологии восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением природных фосфатов с помощью жидкостной экстракции трибутилфосфатом.
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 способу очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) от примесей. .

Изобретение относится к области контроля технологического процесса очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), полученной путем сернокислотного разложения апатита с применением в качестве экстрагента трибутилфосфата (ТБФ).

Изобретение относится к получению чистой фосфорной кислоты и моногидрофосфата кальция. .
Изобретение относится к очистке экстракционной фосфорной кислоты, содержащей значительное количество ионов магния, в частности кислоты, выпускаемой Белореченским химическим заводом, органическими экстрагентами.
Изобретение относится 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.

Изобретение относится к способу очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением низкосортного фосфатного сырья - фосфоритов Каратау, для использования ее при производстве удобрений.

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 технологическим процессам, связанным с обработкой материалов, и может быть использовано для интенсификации процессов массообмена при тонкодисперсном измельчении и экстракции сырья и при получении микроэмульсий и наноэмульсий.

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

Наверх