Способ получения фосфорной кислоты

 

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты и может быть использовано в химической промышленности при переработке фосфатного сырья. Сущность изобретения заключается в способе получения фосфорной кислоты, который включает сернокислотное разложение фосфатного сырья, фильтрацию пульпы сульфата кальция, промывку осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония, причем продолжительность промывки раствором выбирают в интервале 0,22 - 0,43 продолжительности промывки водой, концентрацию ионов аммония в растворе поддерживают в диапазоне 0,22 - 0,95 мас.%, остаточную концентрацию фосфорной кислоты в осадке после промывки осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония, поддерживают в интервале 0,02-0,22 мас.% в пересчете на Р₂О₅, и в качестве раствора, содержащего ионы аммония, применяют аммиачную воду или водный раствор сульфата аммония, или водный раствор нитрата аммония. Согласно изобретению сокращается время простоя оборудования из-за отказов, что обеспечивает увеличение производительности способа. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты и может быть использовано при переработке фосфатного сырья в фосфорную кислоту в химической промышленности.

Известен способ получения фосфорной кислоты из фосфатного сырья, в котором для отмывки сульфата кальция используют раствор, содержащий поверхностно-активное вещество с концентрацией 0,0002-0,3% (FR, A1 N 2114584, кл. C 01 B 25/00, 1972). Недостаток данного способа заключается в том, что применяемый для отмывки сульфата кальция раствор не предохраняет оборудование от инкрустаций, а это приводит к забивке коммуникаций и необходимости остановки процесса для их чистки. Такие остановки приходится делать примерно через 72 часа (SU, A1 N 827381, кл. C 01 B 25/225, 1981).

Известен способ получения фосфорной кислоты путем разложения фосфатного сырья - руды серной кислотой, при этом фосфатную руду обрабатывают водой, нейтрализованной аммиаком, а затем к полученной суспензии фосфорсодержащего сырья добавляют серную кислоту (US, A1 N 4462972, кл. 423-320, 1984). Недостаток данного способа состоит в том, что он не обеспечивает стабилизацию сульфата кальция и не предохраняет оборудование от инкрустаций.

Известен способ получения фосфорной кислоты путем сернокислотного разложения фосфатного сырья, фильтрации осадка полугидрата сульфата кальция, репульпации осадка растворами солей нитратов, фосфатов, хлоридов аммония, натрия или калия, фильтрации пульпы с последующей промывкой осадка водным раствором аммиака (SU, A1 N 196739, кл. С 01 В 25/226, 1967). Репульпация - это устаревший технический термин, который в настоящее время не применяется. Этот термин означает повторное смешение осадка с водой или химическими реагентами (Позин М. Е. Технология минеральных солей. Госхимиздат, с. 494, 1949). Этот способ не устраняет высокой инкрустации фильтровального оборудования при получении фосфорной кислоты из кремнистых фосфоритов. Толщина слоя инкрустации через 180 часов достигает 20 мм (SU, A1 N 880972, кл. С 01 В 25/222, 1981).

Известен способ получения фосфорной кислоты (SU, A1 N 880972, кл. С 01 В 25/222, 1981), устраняющий вышеуказанный недостаток способа по авторскому свидетельству N 196739. Этот способ осуществляют путем сернокислотного разложения фосфатного сырья, фильтрации пульпы сульфата кальция и отмывки сульфата кальция, для которой используют раствор, содержащий соединения аммиака, фосфорной кислоты и воды, а также серную кислоту с концентрацией 1,0-10,0 г/л. Несмотря на то что в этом способе по сравнению со способом, описанным в авторском свидетельстве N 196739, удалось существенно снизить инкрустацию до 3-4 мм толщины на стенках аппаратов за 180 часов работы, с современной точки зрения на данную проблему эта величина инкрустаций является также высокой и вызывает сравнительно частые остановки для чистки оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является способ получения фосфорной кислоты, включающий сернокислотное разложение фосфатного сырья, фильтрацию пульпы сульфата кальция, промывку осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония. В качестве раствора предлагается использовать раствор сульфата аммония с концентрацией последнего 5 - 50 маc.% (SU, A1 N 833488, кл. С 01 В 25/225, 1981).

Основным недостатком известного способа является его пониженная эксплуатационная надежность (определение термина надежность по ГОСТу и ее показателей см. в примечании к таблице), обусловленная повышенным количеством отказов оборудования из-за высокой инкрустации фильтровального оборудования и коммуникаций, что приводит к частым остановкам для чистки оборудования.

Еще один недостаток известного способа заключается в том, что при предлагаемом в нем интервале концентрации сульфата аммония требуется регенерация сточных вод, содержащих ион аммония.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в повышении эксплуатационной надежности способа за счет сокращения времени простоя оборудования из-за отказов, что обеспечивает увеличение производительности способа.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения фосфорной кислоты, включающем сернокислотное разложение фосфатного сырья, фильтрацию пульпы сульфата кальция, промывку осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония, при этом продолжительность промывки раствором выбирают в интервале 0,22 - 0,43 от продолжительности промывки водой, концентрацию иона аммония в растворе поддерживают в диапазоне от 0,22 до 0,95 маc.%, остаточную концентрацию фосфорной кислоты в осадке после промывки водой и раствором, содержащим ионы аммония, поддерживают в интервале 0,02 - 0,22 мас.% в пересчете на P₂O₅, причем в качестве раствора, содержащего ионы аммония, применяют аммиачную воду, или водный раствор сульфата аммония, или водный раствор нитрата аммония.

Настоящее изобретение соответствует условию патентноспособности - "новизна", поскольку в известном уровне техники не удалось найти технического решения, существенные признаки которого полностью совпадают со всеми признаками, имеющимися в независимом пункте формулы изобретения. Изобретение соответствует условию патентноспособности - изобретательский уровень, поскольку известный уровень техники не содержит описания технического решения, отличительные признаки которого направлены на решение технической задачи, на выполнение которой направлено настоящее изобретение.

Сущность настоящего изобретения поясняется примером.

В экстрактор подают 32 т фосфатного сырья - апатитового концентрата состава 39 мас. % P₂O₅, 51,9 мас.% CaO, 3,0 мас.% F и 30,6 т серной кислоты с концентрацией 93 мас.%, а также раствор фосфорной кислоты с концентрацией в пересчете на P₂O₅ 22 мас.% в количестве 30-40 м³. Этот раствор получают в результате промывки и фильтрации, описанных ниже. Из экстрактора пульпу сульфата кальция погружным насосом подают в дозатор, откуда через питающий лоток она поступает на карусельный вакуум-фильтр площадью 80 м². Основной фильтрат - продукционная фосфорная кислота с концентрацией в пересчете на P₂O₅ 31-38 мас. %. На карусельном вакуум-фильтре сначала производят фильтрацию пульпы сульфата кальция с промывкой осадка водой, а затем проводят промывку осадка раствором, содержащим ионы аммония. Для этого используют 15 м³ аммиачной воды или водного раствора сульфата аммония или водного раствора нитрата аммония с концентрацией иона аммония в указанных растворах 0,22 - 0,95 мас. %. Период времени фильтрации с одновременной промывкой водой выбирают в диапазоне от 2 мин 15 с до 3 мин 45 с. Период времени промывки раствором, содержащим ионы аммония, выбирают в интервале от 29,7 с до 1 мин 37 с, что составляет 0,22 - 0,43 от периода времени промывки водой. Остаточная концентрация фосфорной кислоты в осадке в пересчете на P₂O₅ составляет 0,02 - 0,22 мас. %. Средняя часовая производительность по готовому продукту составляет 13,9 т фосфорной кислоты в пересчете на P₂O₅.

В таблице приведены эксплуатационные показатели способа в соответствии с изобретением и способа - ближайшего аналога.

Примечание к таблице. В соответствии с ГОСТом 27002-89 "Надежность в технике. Термины и определения." надежность - это свойство объекта (в нашем случае способа) сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров. В качестве критериев для оценки надежности объекта могут быть выбраны наработка на отказ, число отказов за год и т.д. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Наработка на отказ - продолжительность работы объекта до его отказа.

Следует отметить, что при выходе за нижние пределы интервала периода времени промывки раствором, содержащим ионы аммония, и диапазона концентрации иона аммония в этом растворе эксплуатационные показатели надежности способа существенно ухудшаются. С целью физического объяснения этого отрицательного эффекта авторами в настоящее время ведутся исследования на промышленной установке. На основе результатов этих экспериментов можно сделать выводы, что при уменьшении величин указанных параметров ниже их нижних пределов, меньше 0,22 и 0,22 мас.%, получается осадок сульфата кальция с повышенной кислотностью при концентрации фосфорной кислоты в пересчете на P₂O₅ выше 0,22 мас.%. В этом случае толщина инкрустации на стенках аппаратов составляет 3-4 мм за 180 часов, что приводит к частым остановкам оборудования. Если величины указанных параметров превышают верхние пределы (больше 0,43 и 0,95 мас. %), и содержание фосфорной кислоты в сульфате кальция в пересчете на P₂O₅ уменьшается ниже нижнего предела 0,02 мас.%, то эксплуатационные показатели надежности остаются практически такими же, как и при реализации способа внутри диапазонов параметров в первом пункте формулы настоящего изобретения. Однако при этом существенно (в 1,5 - 2 раза) увеличивается расход применяемого раствора, содержащего ионы аммония, что требует уже регенерации фильтрата. Эксперименты показали, что перерасход раствора и энергоматериальные затраты на регенерацию резко увеличивают себестоимость продукционной фосфорной кислоты.

Как следует из таблицы, способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет повысить среднюю наработку на отказ в 1,7 раза, уменьшить число отказов в 1,6 раза, уменьшить среднее время восстановления в 1,53 раза. В результате чего суммарная продолжительность простоя из-за отказов снижается в 2,87 раза. Средняя часовая производительность процесса при этом увеличивается в 1,2 раза.

Промышленная применимость Способ получения фосфорной кислоты в соответствии с настоящим изобретением может быть реализован с помощью известных средств и наиболее успешно применен в химической промышленности при переработке фосфатного сырья в фосфорную кислоту.

Формула изобретения

1. Способ получения фосфорной кислоты, включающий сернокислотное разложение фосфатного сырья, фильтрацию пульпы сульфата кальция, промывку осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония, отличающийся тем, что продолжительность промывки раствором выбирают в интервале 0,22 - 0,43 продолжительности промывки водой, а концентрацию ионов аммония в растворе поддерживают в диапазоне 0,22 - 0,95 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаточную концентрацию фосфорной кислоты в осадке после промывки осадка водой и раствором, содержащим ионы аммония, поддерживают в интервале 0,02 - 0,22 мас.% в пересчете на P₂O₅.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора, содержащего ионы аммония, применяют аммиачную воду, или водный раствор сульфата аммония, или водный раствор нитрата аммония.

РИСУНКИ

Рисунок 1