Способ извлечения фосфора из шлама

 

Изобретение относится к технологии переработки фосфорного шлама и может быть использовано в фосфорной промышленности. Целью изобретения является повышение выхода продукта и обеспечение возможности переработки шламов с размером частиц 10-20 мкм. Способ заключается в контактировании шлама с пористой гидрофильной поверхностью с объемом пор размером 3-220 нм, равном 20-70% от общего объема пор. 2 табл.

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦ)ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФОСФОРА ИЗ

ШПАМА (57> Изобретение относится к технологии переработки фосфорного шлама и может быть использовано в фосфорной промышленности. Целью изобретения является повышение выхода продукта и обеспечение возможности переработки ш-.ямов с размером частиц 10-20 мкм.

Способ заключается в контактировании плама с пористой годрофильной поверхно-.тью с объемом пор размером 3220 нм, равном 20-70% от общего объема пор. 2 табл . приобретал темно-серый цвет. Всего вьщелилось 23 г фосфора, т.е. степень выд=-пения фосфора составила

23

° 100 71%.

61 0,533

В „ осфоре (визуально чистом) определили нерастворимый остаток в количестве 0,8%, почти целиком представленный

Бт 0 °

Пр имер 2. Тотже шлам, что и в примере 1, в количестве 32,6 г перемешивали с 48 г силикагеля МСА, имеющего преимущественный радиус лор

38 нм и очень однородного по пористости; объем пор составлял не менее

1 " от общего объема пор. При этом вьделилось 17,4 г фосфора (фактически 100%) с содержанием нерастворимого остатка 0,9%, представленного почти целиком $10да

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4307645/23-26 (22) 18,09.87 (46) 30. 10,89. Бюл. В 40 (71) Ленинградский государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химической промь шленности и Ленинградский технологический институт им.Ленсовета (72) В.Д. Гольдман, В. Н. Ковалев, Н,А.Смирнова, В.П.Шебалина, Н.Ф.Федоров, Л.Б.Севрюгов и Т.Л.Москвитина (53) 661.631 (088.8) (56) Патент США 4457845, кл. 210-651, 1982.

Изобретение относится к технологии переработки фосфорного шлама, образующегося в процессе электротермического получения фосфора.

Целью изобретения является повышение степени извлечения фосфора иэ шлама и обеспечение воэможности переработки шлама с размером частиц i0-20 нм.

Пример 1. Шлам, содержащий

53,3 Р, 2,8% минеральных частиц, 43,9% воды, со средним размером капель 40-50 10 м в количестве 61 r о подавали при температуре 60-65 С стакан с 48 r силикагеля марки КСК (преимущественный радиус пор 6 нм, их объем от общего объема пор i.оставлял 70%) . При перемешивании шлама с силикагелем наблюдалось вьщеление нэ черного шлама желтых капелек фосфора, скатывающихся на дно стакана между кусочками сорбента. Сорбент

„„SU„„15182 А1 (512 4 С 01 В 25 027

1 518296

П р и и е р 3. Тонкодисперсный илие тыл " швам с размером капен ь

9-10 ° 10 м, представляющий собой дымящуюся вязкую черную массу, богатую

5 фосфором (67,37. Р,, 4,27. минеральных частиц, 28,57, воды), перемешивали в количестве 57,2 r с 48 с силикагеля

МСЛ (см, пример 2) . Сорбент приобрел черный цвет. Получено 35,8 г фосфора (степень извлечения 937) с содержанием нерастворимого остатка 1, 07.

Из известных методов разделения фосфорных шпамов подобные шлямы разделяются только методом термического разложения.

Пример 4. Ялам того же состава, что и в примере 1, перемешивали в тех же условиях с силикагелем марки

КСМ с преимущественным радиусом пор

1 нм и тоже весьма однородным по пористости (объем таких пор составлял от общего объема пор не менее 707).

При этом выделение фосфора было незначительным (степень извлечения

25 фосфора составляла 117 от исходного).

Пример 5. HlnaM того же состава, что и в примере 1, в количестве 18,4 r перемешивали в тех же услов 1ях с 48 г сорбента на основе глины Константиновского месторождения (основной размер пор порядка

400 нм, объем таких пор не менее 707. от общего объема пср). Выделения фосФора не наблюдалось.

Пример 6. П1лям того же состава, что и в примере 1, в количестве

12,2 г смеп|ивали с 48 r природнь.х молекулярных сит с преимущественным размеРом пор 0,4-1,2 нм, при этом íà 40 поры размером порядка )1 нм приходилось 157. общего объема пор, Выделение фосфора было незначительным (степень извлечения фосфора состявляля 297. от исходного).

Пример 7. При использовании механического давления частички используемых материалов увлекаются в АосАор, увеличивая содержание нерастворимого остатка, поэтому ряд

50 опытов проводили на отмытых от пыли сорбентах в условиях, исключающих их механическое разрушение.

Силикагель марки КСК с преимущественным радиусом пор 6 нм (при этом объем пор составлял не менее 707 от

55 общего объема пор) помещали в колонку высотой 150 мм, диаметром 35 мм, снабженную рубашкой с горячей водой (температура воды 60 (:). Колонку соединяли с водоструйным н,зсосом, разрежение замеряли ртутным манометром.

Плям такого же качества, что и в примере 1, непрерывно загружали при разрежении около 1О мм рт.ст. в колонку до тех пор, пока выделялся чистый Аосфор. На 76 г силикягеля было выделено 180 г фосфора. Выход

АосАора составил 647. содержание нерастворимого остатка 0,067.

Аналогичные опыты были проведены при различном разрежении. Так, при разрежении 30 мм рт.ст ° выход фосфора составил 807, содержание нерастворимого остатка — 0,062. Таким образом, по предлагаемому способу может быть получен фосфор высшей по существующим техническим требованиям чистоты (марка А по I 00 r 8986-72).

Пример 8. Силикагели, использованные в предыдущих примерах, достаточно деАицитны. Были проведены опыты с использованием природного сорбента ня основе вермикулита, характеризующегося более пологой кривой распределения пор по размерам, однако объе:r мезопор (радиус пор 3-220 нм) составлял 20-507 от общего объема

rrop. Разложение шлама проводили на колонке в условиях, описанных в примере 7.

Степень извлечения фосАоря при разложении 17 г шлама составила 957., содержание нерастворимого остатка

0, 187..

П р и и е р 9. "Илистый шлам", описанный в примере 3, помещали в колонку, заполненную вермикулитом с размером пор 3 -220 нм (пример 8).

Опыт проводили в условиях, описанных в примере 7. На 51 г вермикулита было переработано 192 г шлама. Степень извлечения фосфора составила 647, содержание нерастворимого остатка

0,227.

Зависимость степени извлечения фосфора от характеристик активной поверхности представлена в табл.!.

Разрушение оболочки иэ тонкодисперсных частиц, удерживающих структуру шлама, может быть осуществлено не только ее "срезыванием" или механическим раздавливанием капель, как зто описано в прототипе, но и приложением к частицам сил, направленных от поверхности капли и достаточных для "вытягивания" их в фазу воды.

82Э6 6 крупнопористые силикагели и подобные, им материалы, à также ряд природных сорбентов. Хорошие результаты, например, получены с помощью сорбентов

5 на основе вермикулита. Степень извлечения фосфора из шпамов при использовании сорбентов с указанными характеристиками составляет 58-100Х при этом могут быть переработаны шламы любой дисперсности.

В табл.2 представлены сравнительные данные по разложению шлама разной дисперсности.

Формула Изобретения

Способ извлечения фосфора из шлама, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода про20 дукта и Обеспечения ВозмОЖИОсти переработки шлама с размером частиц

10-20 мкм, извлечение фосфора ведут путем контактирования шлама с кремнеэемаодержащим гидрофильным сор25 бентом, 20-707 пор которого имеют радиус 3-220 нм.

Таблица f

Примечание

Степень

Характеристика активной поверхности извлечени фосфора, от исх, пп

Объем работающих пор в общем объеме (нсх.) Радиус пор контактируницей поверхности, нм

Фосфор не выделялся

11

0,5

2

4

6

8

10

3

38

71-79

400

12

67

100

11

12

13

14

16

Технологически сложно получить сорбенты с такой пористостью

Прототип:

50000-500000

До 54

5 151

Такой эффект достигается при контактировании шлама с гидрофильной пористой поверхностью, при этом на входе в капилляры активной гидрофильной поверхности обеспечивается давление

2G cos8

P = — — — -- — —, где G — к о эффицие н т

r поверхностного натяжения; 8 — угол смачивания; r — - радиус капилляров.

Как видно из приведенного уравнения, силы, вытягивающие" тонкодисперсные частицы в фазу воды, зависят от степени гидрофильности поверхности (чем ближе cosО к 1, тем они больше) и от радиуса капилляров r, а число капилляров на единицу поверхности должно быть таким, чтобы выполнялась работа адсорбции. Экспериментально доказано, что оптимальная степень выделения фосфора из шлама достигается на мезопористых поверхностях с размером пор 3-220 нм, в том случае, если количество таких пор составляет 20-707. от общего числа, Требуемыми характеристиками обладают

71

93

76

56

Фосфор не выл елялс я

fl

29

58

64

71

71

1518296

Таблица 2

Способ

Параметр

Известный Предлагаемый!

0-200 0,003-0,220

Размер пор, мкм

Степень выделения

Фосфора, X: шлам со средней дисперсностью

Э 50 мкм шпан со средней дисперсностью

10-20 мкм

До 100 (пример 2) 51

93 (пример 3) 12

Составитель Б.Наронов

Техред Л. Сердюкова Корректор М.Поко

Редактор Л.Маковская

Заказ 6559/27 Тираж 435 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская маб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина, 101