Способ получения фосфорной кислоты
Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты сернокислотным разложением фосфатного сырья и может быть использовано в производстве минеральных удобрений. Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет повышения скорости фильтрации и понижения скорости гидратации полугидрата сульфата кальция. Фосфорную кислоту получают разложением апатита в три стадии, на первой-сырье обрабатывают при 25 - 115°С циркулирующей пульпой, оборотной фосфорной и частью серной кислот при поддержании в жидкой фазе пульпы концентрации оксида кальция в интервале 0,6 - 2,5%, на второй - пульпу обрабатывают остальным количеством серной кислоты, на третьей - пульпы первой и второй стадии противоточно смешивают в течение @ 0,4 - 5,0 с при поддержании градиента концентрации оксида кальция в жидкой фазе пульпы в интервале 0,0075 - 0,06% на 1 см длины зоны смешения, пульпу после смешения делят на три потока в массовом соотношении (1,2 - 6,5) : (0,5 - 2,0) : 1, 1,2 - 6,5 мас. ч. подают на первую стадию, 0,5 - 2,0 мас. ч. подают на вторую стадию, 1 мас. ч. фильтруют с получением продукта. Целесообразно на первую стадию подавать 40 - 80% от общего количества серной кислоты и концентрацию оксида кальция в жидкой части пульпы после третьей стадии поддерживать в интервале 0,20 - 0,55%. Скорость фильтрации составляет 6 - 17 с, скорость гидротации полугидрата сульфата кальция 0,11 - 0,19 моль CASO<SB POS="POST">4</SB>/м<SP POS="POST">3</SP>.ч, коэффициент отклонения от среднего размера частиц - 30 - 50%. 1 з.п. ф-лы. 1 табл.
СОЮЗ ССВЕТСНИ
СОЦИАЛИСТИЧЕСИИУ, РЕСПУБЛИН (I9i (1!1 (г0») (- 01 В ?5,/?26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ Г"
IlO ИЗОБРЕТЕНИЛМ I," OTHP;-,(ТИЧ»;, ПРИ ГННТ CL,», »Ib и 1. .","1.,Я,,(А 1 ЬКИ
E .2) «..«Н
QHNIAНЙЕ И.ЗЬБРЕ.! ЕНИЯ
И «л» «Д Q ?pf » с »»Цз < (f$fQ QF Il p Ц1»«(«) <,/ нии
В.юйсюе»» ».. а:вал сия»«»».а<.»». -л:юс.-» а»с- "- . »*»... -.«»»
< 21 1 )1 0". 1с),С ГIJJ v ) - J6 ,22! „< 03
, - 6} 2)3, 2„03 ° EieJ! 1 "7
<; 1) pi< ° и?1< рад(;кl)vi iei : 1«.)г! «-::.. ", и
II>1cэ )тут 1« ° 1<ен<.о -.. а и 0 .)с:1 ... = Сон"
ГКИй фит)ИаЛ 1с:уb! II", 1ССЛ. Цояс.т:- " ; .I< . инсти I у)а по .,"добре11<1я»" .: и<
";, )jj)< f iq цид:1м;1,. << p(ф < В <, с.;<(,О< 1 (: I Р,,)11. Зини,i:. 11, J", Шапки, 5,)», (-л)(ор., 1<,А, Дг. Новс ки:. ,li Ла< С)г. „, .,, -": .)I СВ, 1)) f,, I! pe„-,»,пО -,, Ц.1<, Ат ЕКС < С:.:, 1;;,не". 1 f3 Г, !о ьэ ков,:5 * . Вс о )ш<1» I, Г I el =нк ;
А,; l.
>) Авт "рск )е г<111.-:-.-;.ьс I э ГССР
Р.Г<тс)О .«»c:,. се:)дс i eJ <, e i 1- < 54 С!)0 „1»;"; 110ДУ<1Г! !1Г»<)0) СЙОГ!<ПЙ 1с 1 .ii i »ь, /! Изо ), "Гс?<ие О1.: ссится к )..О" t)y пол/«:с ния Г40сфооной1 кис 1оть с КИ Ст<С)1 ?lb<)- Рая ")с»жЕНИ ЕМ < )Ог фа l ",! I «b! р Ь я и, 1С»))(ЕТ (t» !. И СГ<ОЛ ЬЗ ОВ«ЭН«F Прг 1 : 3 водст B " .мине)) э.1ьнлх „"добi)ени !1, !(с— ЛЬЮ I, ЗО ) ЕТ< Н»1 1 FIB Ïß<ÝÒÑß ПОВ« Щ i»1«- П!ЭОИ«<аС)j, Vi < ЕЛЬН ".,;r!1 Процв(Са За <„-IleТ :-.о:;<.»Г)ения скорости фильтра ц1ии и:о»1И«с: I?IH СКОрОСтИ ГИдратацИИ ПОЛуГ:дра. !зобретение отнссится к e!lñ,=o()7 IlvJ, «<å?Il)í фо.:фопной кислоты сер к?1слс ) <,н. ; ра".ï .);;II!e? фос ат )- . Гbl 2 та: у и ьфата кальция, фосфорную ки хоту получа-;т р;.злом =нием апа тита "p!, . Га,,ии, I-à первой - сырье обг 1()тывают при 2 -115 с циркул .1руюI)IeI.: пульпой „оборотной фосфорной и -1астью серной кислот при поддержании жидкой фа»с пуп,пь1 концентрации оксидэ «апьция р интсрвале 0,6-2,5, нэ второ)й — пульпу обрабатывают оста) ьным количеством серной кислоты, НЭ ТГЕТЬЕй — Г<УЛЬПЫ ПЕРВОЙ И ВтОРОй стадии поотиьгт)ч:-о смеш 1вают в течение 0< 4-,„0 с г1;«1 поддержании градие : та Кс;:<«<Ентоа.1;И ОКСИДа КаЛЬЦИЯ В -»?< г ко).; <1); зe I-i IIóëbïó пс)еле с.1<-.J <в ния деля < на три ).,тока - мэгс овсм соотнОшг нии (1, 26."1: <0 ..-2,01:1, 2-6 5 м )с.ч, 1о:;; ю,»а первую с,- дию, 0,5-2,0 мас, ° .I .1,дают ?Ia вторую с- эдию, 1;<эс,ч. ф? выру .т с получением продукта. Це " .Сообрс.знп .-э первую стадию подавать :0-80i от общего ког<илегтва серной кисл".ты; концентрацию оксида каль", я в жидкой част 1 „ льпы после третье 1 стадии поддерживать в интервале 0,20-0,5Я Скорость фильтрации составляст 6=17 с, скорость I идротации составляет 6-17 с, скорость гидрота<(ии п=лугидрата сульфата ка пьция 0,!1-0,19 моль Caso!I/м .ч, коэффицие,т отклонения от среднего размера час 1 - 30-50 - 1 з,п, ф-лы, 1 табл, рья и может быть использовано в 1)роизво<;с. ве минеральных удо()ре1530569 Целью изобретения является повышение производительности процесса за счет повышения скорости фильтрации и снижения скорости гидратации 5 полугидрата сульфата кальция. Пример E. В первый реактор (стадия) подают, мас. ч.: апатит 100: оборотная фосфорная кислота,содержащая 424 P(0, 250, циркулирующая пульпа с III стадии 1400; 923-ная серная кислота (40 . от общего количества) 39,0. При температуре около 100 С в течение 1,5 ч апатитовый концентрат разлагают íà 954. Содержание СаО в жидкой фазе пульпы достигает 2,Ei. Во второй реактор (II стадия) подают 1120 мас.ч. пульпы с III стадии 57,6 мас.ч. 924-ной серной кислоты. Пульпы из I u II реакторов направляют противотоком в смеситель (III стадия) с двумя тангенциальными вводами. Время пребывания пульпы в смесителе составляет 5 с. Содержание СаО 2> в жидкой фазе пульпы на выходе иэ смесителя 0,54, а градиент концентрации СаО по длине смесителя 0,064. После смесителя пульпа дополнитель-и выдерживается в те ение 15-20 мин распределяется между Т и II стадиями и фильтрацией в соотношении 2,5: : 2: 1. 560 мас,ч „ продукционной пульпы подают на вакуум-фильтр Коэффициент разложения фосфатного сырья составляет 97,5, коэффициент отклонения от среднего размер астиц К 40г, скорость фильтрования пульпы, опредепенная по лабораторной методике (Нотт с пор. 100, температура 80 С, P 53,2 кПа)„ 10 с, скорость гидратации (У„) 0,15 моль CaS04/м ч. В результате образуются крупные, изометричные кристаллы полугидрата сульфата кальция равномерного грану45 лометрического состава. 3а счет уменьшени. скорости гидра" тации и улучшения качества кристаллов время простоя оборудования сокращается íà 303, а производительность системы увеличивается на 54, срок службы фильтр-ткани увеличивается до 15-30 сут. По известному способу фосфатную кислоту получают обработкой фосфатного сырья при 95-115 С смесью рецирку- лирующей пульпы, оборотной фосфорной и серной кислот, которую подают в количестве 60-851 от общего количества, при поддержании концентрации оксида кальция в жидкой фазе пульпы 0,6-2, 5i На второй стадии подают остальное количество серной кислоты. Содержание серной кислоты и оксида кальция в жидкой фазе пульпы после второй стадии поддерживают в интервале 0,5-1,8 и 0,6-1,53 соответственно. Пульпу делят на две части, одну из которых направляют на разложение, другую - на фильтрацию с получением продукта концентрации 40 Р Ов. При проведении предлагаемого процесса в модельных условиях, время фильтрации фосфогипса в стандартных условиях 20-23 с, время промывки 67 с. Полугидрат сульфата кальция представлен, в основном, неплотными сростками вытянутых в длину кристаллов, диаметром 20-40 мкм, и небольшого количества монокристаллов короткостолбчатой формы с длиной 16-24 мкм и шириной 6-8 мкм. Скорость гидратации такого полугидрата в дигидрат составляет 0,4-0,5 моль CaSO
В таблице приведено обоснование выбранных интервалов параметров получения экстракционной фосфорной кислоты. Оптимальное время смешения колеблется от 0,4 до 5 с. При более быстром смешении образуется много мелких игольчатых кристаллов, увеличение продолжительности смешения свыше 5 с не приводит к какому-либо изменению габитуса уже сформировавшихся кристалловв. При уменьшении количества пульпы, подаваемой на Т и II ступенях, по сравнению с соотношением 1,2:0,5: 1 происходит шламование апатита сульфатом кальция (снижение коэффициента разложения фосфатногб сырья), а при увеличении количества пульпы, подаваемой на I u II ступенях, по сравнению с соотношением 6,5:2:1 наблюдается дробление сростков кристаллов полугидрата (ухудшаются фильтрующие свойства фосфополугидрата и увеличивается скорость гидратации). 1, Способ получения фосфорной кислоты, включающий обработку сырья на первой стадии при 95-115 С циркулирующей пульпой, оборотной фосфорной и частью серной кислотами при поддержании в жидкой фазе пульпы концентрации оксида кальция в интервале 0,6-2,5 с образованием осадка полугидрата сульфата кальция, обработку пульпы на второй стадии оставшимся количеством серной кислоты, деление пульпы на потоки, один из которых направляют на первую стадию в качестве циркулирующей пульпы, другой - на отделение продукта от осадка полугидрата сульфата кальция фильтрацией, промывку осадка и направление промывных вод на первую стадию в составе оборотной фосфорной кислоты, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса эа счет повышения скорости фильтрации и снижения скорости гидратации полугидрата сульфата кальция, процесс ведут в три стадии, на третьей стадии пульпы первой и второй стадий смешиваЮт в противотоке в течение 0,4-5,0 с при поддержании градиента концентрации оксида кальция в жидкой фазе пульпы в интервале 0,0075-0,06 на 1 см длины эоны смешения, пульпу после смешения делят на три потока в массовом соотношении (1,2"6,5):(0,5-2,0):1, 1,26 5 мас.ч. пульпы подают на первую стадию в качестве циркулирующей пульпы, 0,5-2,0 мас.ч. пульпы - на вторую стадию, 1 мас.ч. направляют на отделение продукта. 2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что на первую стадию подают 40-803 от общего количества 5 153056 При подаче на первую ступень меньше 404 серной кислоты не происходит обра зова ни е кристаллов полу гидра та сульфата кальция (ухудшаются фильтру5 ющие свойства осадка и увеличивается его скорость гидратации), а при введении на первую ступень более 80> серной кислоты уменьшается доля однородных сростков полугидрата сульфата кальция, образующихся в зоне смешения, что также приводит к снижению указанных показателей. Определен оптимальный градиент изменения концентрации CBO во встреч- 15 ных, взаимно-реагирующих потоках, содержащих СаО и сульфат-ионы. Изменение концентрации СаО по длине зоны реакции должно лежать в пределах 0,0075-0,064 на 1 см. Превышение это- 20 ro градиента также приводит к появлению игольчатых кристаллов, а при выходе за нижний предел зона реакции слишком растягивается и не может быть достигнуто удовлетворительное 25 смешение. Скорость гидратации зависит от условий образования кристаллов, концентрации исходных растворов, температуры реакции, скорости смешения и от формы образующихся кристаллов. При осуществгении процесса в предлагаемых условиях средняя скорость гидра та ции càñòà àëÿåò О, 13-0, 18 моль CaSOq/м ч, тогда как для известных методов она не снижается ниже 0,435 0,6 моль CaS04/м ч. Понижение скорости гидратации в 2-4 раза приводит к соответственному увеличению межремонтного пробега фильтрационного обо- 40 рудова ния, Помимо кинетических факторов кристаллизация сульфата кальция определяется также условиями его растворимости в фосфорнокислотных системах. Определение растворимости CaSO< ° ° 0,5Н О в реальных фосфорнокислотных растворах, содержащих 40-483 Р О, и характерный набор примесей (CaO, Fe О>, Al<0>, F и др.), показало, что максимальная растворимость полугидрата, а следовательно, оптимальные условия его кристаллизации, лежит в области концентраций СаО 0,2-0,553. В результате осуществления процес55 са предлагаемым способом существенно возрастает однородность кристаллов и агрегатов кристаллов, что благоприятно сказывается на фильтрующих свой9 6 ствах и влагоемкости осадка. Однородность кристаллов можно оценить по коэффициенту отклонения от среднего размера (Ко). При осуществлении процесса по известному способу К,= 60-75ь, а по предлагаемому способу 35-503, т.е. размеры кристаллов гораздо меньше отклоняются от среднего и, следовательно, значительно уменьшается количество мелких кристаллов, которые, быстро гидратируясь, обуславливают забивку фильтровальной ткани и арматуры. Формула и зобретения г 1530569 серной кислоты, а концентрацию оксида кальция в жидкой фазе пульпы после третьей стадии поддерживают в интервале О, 20-0, 553. Ф 1 Скорость гидратации,моль CaS0+ Концентрация СаО на выходе из зоны смещения,3 Время фильтрации, с Градиент концентрации СаО по длине зоны смещения, /см Расход серной кислоты на I стадие,3 Время пребывания Распреде" ление пульпы после эоны смещения между I:II:III стадиями пульпы в зоне смещения, с м ч з 0Ä 18 0,35 0,025 0,025 О, 5 0 13 0,35 0,025 0,025 0,025 0,11 0,16 0,35 45 О 35 0,15 0,4 60. 16 0,35 О, 025 0,19 48 0 35 0,025 0,06 0,0075 О, 025 0,025 0,17 0,16 0,18 0,14 0,35 0,35 50 0,2 0,55 0 15 0,35 0,25 0,30 0,025 О, 025 60 0,35 60 О, 23 0,35 0,025 0,025 7;2:1 0,26 6,5:2,53 0,35 0i40 30 2 О, 025 0,35 0,025 0,35 0,2 0,025 0,35 9п 0 50 60 0,30 60 6 О 025 0 35 60 2 0,07 О 35 0,25 Г-, 21 0,27 60,005 0,35 ,025 0,10 2 0 2 0 0,31 О, 350,26 29 0,65 2 0,0?5 l,4 0,45 22 Редактор Н. Рогулич Заказ 7858/24 Тираж 435 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CClt 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород> ул. Гаг.арина,101 1,2:0,5:1 6,5:2:l 4: l,,-: 1 4;1,5;1 4:1,5:1 4;1,5:1 4:1,5:1 4:1,5:1 4:1,5:1 411,5.1 " 1,5:1 l, G. 0,5; 1 il,2: 0,4; 1 4:1, 5. l 4:1, „-.1 4:i,5:1 4:1,5:l 4:1,5:1 4:1,5. 1 4:1„-5:1 4:1,5:1 Осуществление процесса по известному способу Составитель Г. Целищев Техред Л. Олийнык Корректор С. 4ерни е
