Способ получения фосфорной кислоты

 

Использование: способы получения экстракционной фосфорной кислоты, широко используемой в сельском хозяйстве. Сущность изобретения: способ включает разложение фосфатного сырья оборотной фосфорной и серной кислотами, при этом разложение ведут при количестве серной кислоты, достаточном для получения в жидкой фазе пульпы CaO, связанном в монокальцийфосфат в количестве 0,7-1,7 мас.% и до получения в твердой фазе (осадке сульфата кальция) соотношения дигидрата к полугидрату, равном (1-5):1 соответственно, а далее проводят перекристаллизацию при добавлении серной кислоты до получения осадка сульфата кальция в полугидрат, осадок промывают и фильтруют.

Изобретение относится к способам получения экстракционной фосфорной кислоты, используемой для производства минеральных удобрений.

Известен способ получения фосфорной кислоты путем обработки фосфатного сырья оборотной фосфорной и серной кислотами с получением кислоты концентрацией 33-35% P₂O₅ и дигидрата сульфата кальция, последующей фильтрацией полученной пульпы. Дигидрат сульфата кальция, отделенный от жидкой фазы перекристаллизовывают в полугидрат сульфата кальция при 85^oC, осадок полугидрата отделяют фильтрацией и промывают [1] Недостатком способа является недостаточная производительность фильтрации пульпы полугидрата, связанная с тем, что полугидрат сульфата кальция, полученный при перекристаллизации из дигидрата при избытке серной кислоты кристаллизуется в виде мелких друз или игловидных кристаллов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ получения фосфорной кислоты, включающий разложение фосфатного сырья оборотной фосфорной и серной кислотами с образованием осадка сульфата кальция, состоящего из двух форм его с последующей перекристаллизацией осадка при добавлении серной кислоты, фильтрацией и промывкой. По этому способу измельченное фосфатное сырье обрабатывают оборотной фосфорной и серной кислотами в нескольких зонах с образованием реакционной пульпы, состоящей из фосфорной кислоты и осадка сульфата кальция. Процесс ведут в два этапа с образованием либо дигидрата, либо полугидрата сульфата кальция, содержащего 2 12 мас. ангидрита сульфата кальция Продукт (фосфорную кислоту) отделяют от осадка сульфата кальция и далее осадок перекристаллизовывают при добавлении серной кислоты в другие гидратные формы. Полеченный осадок, содержащий 2 95 мас. ангидрита сульфата кальция снова фильтруют, промывают и раствор (промывные воды) возвращают в процесс [2] Недостатком способа является необходимость проведения двух фильтраций, что значительно усложняет процесс, создает дополнительные трудности при переводе действующих производств на предложенную технологию. Кроме того, ангидрит сульфата кальция это мелкодисперсный осадок, что снижает производительность фильтрации и степень его отмывки.

Задача изобретения разработка процесса, который позволит увеличить коэффициент извлечения (К_изв.), упростить наиболее трудоемкую стадию фильтрации и который был бы максимально приближен к технологическом схемам действующих предприятий.

Задача решается тем, что в способе получения фосфорной кислоты, включающем разложение фосфатного сырья оборотной фосфорной и серной кислотами с образованием сульфата кальция, состоящего из двух форм его с последующей перекристаллизацией осадка при добавлении серной кислоты, фильтрацией и промывкой, разложение ведут при добавлении серной кислоты в количестве, достаточной для получения в жидкой фазе пульпы CaO, связанном в монокальцийфосфат в количестве 0,7 1,7 мас. и процесс разложения ведут до получения в осадке соотношения дигидрат полугидрат равном (1-5):1 соответственно.

Новым в способе является то, что получают осадок сульфата кальция в двух его формах, а именно, дигидрат и полугидрат при их определенном соотношении, а также количество серной кислоты, добавляемой на стадии разложения, четко определяющее состав жидкой фазы по CaO.

Сущность способа заключается в следующем.

Стадия разложения определяет ход всего технологического процесса, коэффициент извлечения и стадию фильтрации осадка. Для увеличения коэффициента извлечения необходимо иметь определенный состав как жидкой, так и твердой фазы, полученных в процессе разложения. Необходимо, чтобы в жидкой фазе было определенное количество растворимого монокальцийфосфата, связавшего определенное количество CaO, так как тогда не происходит блокировки зерен неразложившегося фосфатного сырья сульфатными пленками, что приводит к увеличению коэффициента извлечения на стадии разложения. При недостаточном количестве CaO, связанного в монокальцийфосфат в жидкой фазе пульпы сульфатные пленки на зернах фосфата образуются и снижается К_изв.. При большем количестве CaO, перешедшего в монокальций фосфат (более 1,7 мас.) повышается вероятность внедрения иона HPO₄ в кристаллическую решетку, образовавшегося полугидрата, что приводит к потерям готового продукта. Так как само ведение процесса разложения зависит от многих факторов, таких как состав сырья, температура разложения, время разложения, аппаратурное оформление процесса, а данный процесс разработан главным образом, для реконструкции уже действующих цехов, то регламентировать получение определенного количества CaO, связанного в монокальцийфосфат можно подачей серной кислоты на стадию разложения. Количество серной кислоты подбирается в каждом случае отдельно, исходя из необходимого количества CaO, перешедшего в монокальцийфосфат в жидкую фазу пульпы.

Вторым важным моментом для проведения процесса в целом является получение осадка сульфата кальция в виде двух его форм. При этом наилучшим является получение сульфата кальция в виде дигидрата и полугидрата при определенных их соотношениях. Так как при получении осадка в одной форме усложняется стадия его перекристаллизации, требуется или больший избыток серной кислоты, или повышенная температура и увеличение времени стадии перекристаллизации, требуется или больший избыток серной кислоты или повышение температуры и времени, что в целом значительно усложняет процесс. Повышение температуры на стадии перекристаллизации вызывает необходимость подачи острого пара, что приводит к снижению концентрации продукционной фосфорной кислоты и повышению энергоресурсов. Увеличение избытка серной кислоты приведет к загрязнению продукционной кислоты, а следовательно, и полученных из нее удобрений и повышению норм расхода реагентов. Наиболее предпочтительным является получение в осадке смеси дигидрата и полугидрата сульфата кальция, так как ангидритная форма сульфата кальция требует высоких температур (выше 100^oC) и высоких расходов серной кислоты. Кроме того, ангидритная форма сульфата кальция является мелкодисперсной, что вызывает трудности на стадии фильтрации.

При уменьшении доли дигидрата сульфата кальция в осадке менее 1 падает К_изв. P₂O₅, так как полугидратная форма приводит к снижению извлечения кислоты, если дигидрата будет больше указанного предела, то увеличивается время проведения стадии перекристаллизации без заметного увеличения К_изв..

Пример 1. 1000 кг апатитового концентрата состава: 39% P₂O₅ и 51,5% CaO подают на стадию разложения, куда одновременно вводят 3601 кг оборотной фосфорной кислоты и 872 кг серной кислоты концентрацией 93% Температура разложения 80^oC, время разложения 80^oC, время разложения 1,5 ч. В результате получают 5223 кг пульпы, содержащей жидкую и твердую фазу. Жидкая фаза содержит СаО, связанного в монокальцийфосфат равного 0,7% и твердая фаза содержит 750 кг дигидрата сульфата кальция и 750 кг полугидрата сульфата кальция (соотношение дигидрата сульфата кальция полугидрата сульфата кальция равно 1: 1). Пульпа перетекает на стадию перекристаллизации, куда добавляют 97 кг H₂SO₄. Температура перекристаллизации 82^oC. В результате перекристаллизации получают 5320 кг пульпы, содержащей 1400 кг полугидрата. Пульпу подают на стадию вакуумной фильтрации с противоточной промывкой осадка, где получают 955 кг фосфорной кислоты концентрацией 40% P₂O₅. Производительность фильтрации 1200 кг/м²ч сухого полугидрата, К_изв. Р₂О₅ в раствор 98,5% К_отм. фосфополугидрата 99% Пример 2. 1000 кг апатитового концентрата состава: 39% Р₂О₅ и 51,5% СаО подают на стадию разложения, куда одновременно вводят 3601 кг оборотной фосфорной кислоты и 775 кг серной кислоты концентрацией 93% Температура разложения 82^oC, время разложения 1,5 ч. В результате получают 5126 кг пульпы, содержащей жидкую и твердую фазу. Жидкая фаза содержит: СаО, связанного в монокальцийфосфат 1,2% и твердая фаза содержит 1135 кг дигидрата сульфата кальция и 350 кг полугидрата (соотношение дигидрата и полугидрата сульфата кальция 3:1). Пульпа перетекает на стадию перекристаллизации, куда добавляют 194 кг H₂SO₄. Температура перекристаллизации 84^oC. В результате перекристаллизации получают 5320 кг пульпы, содержащей 1400 кг полугидрата. Пульпу подают на стадию вакуумной фильтрации с противоточной промывкой осадка и получают 1006 кг фосфорной кислоты концентрацией 38% Р₂О₅. Производительность фильтрации 1300 кг/м²ч сухого полугидрата, К_изв. Р₂О₅ в раствор 98,7% К_отм. фосфорполугидрата 99% Пример 3. 1000 кг апатитового концентрата состава: 39% Р₂О₅ и 51,5% СаО подают на стадию разложения, куда одновременно вводят 3601 кг оборотной фосфорной кислоты и 678 кг серной кислоты концентрацией 93% Температура разложения 83^oC, время разложения 1,3 ч. В результате получают 5029 кг пульпы, содержащей жидкую и твердую фазы. Жидкая фаза содержит СаО, связанного в монокальцийфосфат 1,7% твердая фаза содержит 1250 кг дигидрата сульфата кальция и 250 кг полугидрата сульфата кальция (соотношение дигидрата сульфата кальция и полугидрата сульфата кальция 5:1). Пульпа перетекает на стадию перекристаллизации, куда добавляют 291 кг H₂SO₄. Температура перекриcталлизации 85^oC. В результате перекристаллизации получают 5320 кг пульпы, содержащей 1400 кг полугидрата сульфата кальция. Пульпу подают на стадию вакуумной фильтрации с противоточной промывкой осадка и получают 1092 кг фосфорной кислоты концентрацией 35% Р₂О₅. Производительность фильтрации 1500 кг/м²ч сухого полугидрата, K_изв Р₂О₅ в раствор 99,0% К_отм фосфополугидрата 99% Использование прелагаемого способа позволит увеличить К_изв практически до 99% По сравнению с дигидратным процессом в 1,5 раза увеличивается производительность при одновременном увеличении концентрации продукционной фосфорной кислоты до 35 -40% Р₂О₅. По сравнению с полугидратным процессом, где К_изв фактически не превышает 96 97% происходит увеличение его и получается альфа полугидрат, представляющий собой готовое вяжущее. Предложенная технология проста в аппаратурном оформлении, что позволит перевести на нее действующие цеха, оборудованные двумя реакторами-экстракторами без дополнительной реконструкции.

Формула изобретения

Способ получения фосфорной кислоты, включающий разложение фосфатного сырья оборотной фосфорной и серной кислотами с образованием осадка сульфата кальция, состоящего из двух форм его с последующей перекристаллизацией в полугидрат сульфата кальция при добавлении серной кислоты, фильтрацией и промывкой, отличающийся тем, что разложение ведут при расходе серной кислоты в количестве, достаточном для получения в жидкой фазе пульпы CaO, связанного в монокальцийфосфат, в количестве 0,7 1,7 мас. и до получения в осадке соотношения дигидрата сульфата кальция к полугидрату сульфата кальция, равного (1 5) 1 соответственно.