Способ разложения фторапатита

 

Изобретение относится к технологии обработки природного фосфатного сырья - апатита, а именно к способам разложения сложного фторсодержащего сырья - фторапатита, и может найти применение для получения метафосфорной кислоты и фтористого водорода, используемых в химической промышленности, и сульфата кальция (ангидрита), применяемого в производстве строительных материалов. Измельченный до размеров частиц менее 160 мкм фторапатит сушат и смешивают со стехиометрическим количеством измельченной пятиокиси фосфора. Смесь нагревают до температуры выше 170oС и обрабатывают газообразной фторсульфоновой кислотой. Выделяющиеся газообразные продукты разложения - метафосфорную кислоту и фтористый водород - отбирают. Образовавшийся твердый продукт реакции - фторсульфонат кальция - гидролизуют стехиометрическим количеством парообразной воды при температуре выше 170oС. Выделяющиеся при этом газообразные фторсульфоновую кислоту и фтористый водород используют в технологическом процессе разложения фторапатита, а твердый остаток реакции - сульфат кальция - представляет собой товарный продукт. Предложенная технология является безотходной, экологически чистой и экономически выгодной.

Предлагаемое изобретение относится к технологии обработки природного фосфатного сырья - апатита, а именно к способам разложения сложного фторсодержащего сырья - фторапатита, и может найти применение для получения метафосфорной кислоты и фтористого водорода, используемых в химической промышленности, и сульфата кальция (ангидрита), применяемого в производстве строительных материалов.

Общеизвестен способ разложения природных фосфатов серной кислотой с целью получения ортофосфорной (фосфорной) кислоты (БСЭ, третье издание, т. 27, с.566. - М., 1977). Одной из технологий по этому способу является получение фосфорной кислоты посредством разложения фторапатита разбавленной серной кислотой с последующим разделением твердой и жидкой фаз с помощью фильтра. Эта технология основана на следующей химической реакции (1): CaF23Ca3(PО4)2+10H24+20H2О=10CaSО42H2О+6H34+2HF (1) Этот способ и принят нами за прототип предлагаемого изобретения.

Указанный прототип обладает следующими существенными недостатками, а именно: - в качестве товарного продукта используется только фосфорная кислота, тогда как другие компоненты разложения представляют отходы технологии, требующие утилизации; - значительная продолжительность производственного цикла процесса разложения апатита (4-8 ч) и низкая объемная производительность реактора; - большая фондоемкость применяемого оборудования и высокая энергоемкость основного производственного процесса вследствие его эндотермичности.

Вместе с тем известен способ газофазного разложения плавикового шпата фторсульфоновой кислотой, в результате которого получают фтористый водород и ангидрит (патент РФ 2161121 с приоритетом от 30.11.98 на изобретение "Способ получения фтористого водорода и ангидрита").

Сущность способа заключается в разложении измельченного плавикового шпата газообразной фторсульфоновой кислотой на первой стадии (реакция 2) и в гидролизе фторсульфоната кальция на второй стадии (реакция 3).

СаF2тв+2НSО3Fr=Са(SO3F)2тв+HF (2) Са(SO3F)2тв+H2Or=CaSO4тв+HFr+HSO3Fr (3) Преимущества этой технологии очевидны - она безотходна, процесс разложения исходного сырья происходит практически мгновенно.

В этой связи поставлена задача: осуществить технологический процесс разложения природного минеральною сырья - фторапатита - безотходным, более производительным и менее затратным.

Эта задача решена следующим образом. Измельченный до размеров частиц менее 160 мкм фторапатит сушат и смешивают со стехиометрическим количеством измельченной пятиокиси фосфора. Смесь нагревают до температуры выше 170oС и обрабатывают газообразной фторсульфоновой кислотой. Выделяющиеся газообразные продукты разложения - метафосфорную кислоту и фтористый водород - отбирают. Образовавшийся твердый продукт реакции - фторсульфонат кальция - гидролизуют стехиометрическим количеством парообразной воды при температуре не менее 170oС. Выделяющиеся при этом газообразные фторсульфоновую кислоту и фтористый водород направляют на процесс разложения фторапатита, а твердый остаток реакции - сульфат кальция - представляет собой товарный продукт.

Таким образом, посредством разложения фторапатита фторсульфоновой кислотой с последующей обработкой полученного промежуточного продукта - фторсульфоната кальция - парами воды получают три товарных продукта: метафосфорную кислоту, фтористый водород и ангидрит. Стадия процесса фторсульфонатного разложения фторапатита является экзотермичной, весь процесс длится несколько секунд.

Далее сущность и возможность реализации изобретения поясняется конкретным примером осуществления предлагаемого способа.

Концентрат природного минерального фосфатного сырья с размерами частиц менее 160 мкм (ГОСТ 22275-76), обогащенный фтор-ионом, т.е. фторапатит химической формулы СаF23Са3(РO4)2 (в общем виде - Са10(РO4)6F2), просушивают в сушильном барабане с целью удаления остаточной влаги. Затем концентрат подают в смеситель, в который добавляют измельченную пятиокись фосфора в весовом соотношении 0,845:1 (реакция 4). Исходные продукты тщательно перемешивают и подают в высокопроизводительный реактор, например реактор провального типа, в котором поддерживают температуру выше 170oС, т.е. выше температуры испарения метафосфорной кислоты. Подготовленную таким образом смесь фторапатита и пятиокиси фосфора подвергают обработке газообразной фторсульфоновой кислотой. Химическое взаимодействие происходит по следующему уравнению: CaF23Ca3(PO4)+6P205+20HSO3F=10Ca(SO3F)2+18HPO3+2HF (4) Реакция протекает с выделением значительного количества тепла и длится доли секунды. Выделившиеся при этом газообразные вещества - метафосфорную кислоту и фтористый водород - отбирают, поскольку они представляют собой товарный продукт. Образовавшееся твердое вещество реакции - фторсульфонат кальция, направляют в следующий высокопроизводительный реактор, например реактор кипящего слоя, в котором также поддерживают температуру выше 170oС, где и происходит взаимодействие фторсульфоната кальция со стехиометрическим количеством парообразной воды по уравнению 5.

10Са(SO3F)2+10Н2O=10СаSO4+10НSO3+10НF (5).

Время реагирования указанной реакции исчисляется несколькими секундами. Выделяющиеся в результате реакции газообразные компоненты - фторсульфоновую кислоту и фтористый водород, после соответствующего взаимодействия по реакции 6
10НSО3F+10HF+10SO3=20HSO3F (6)
направляют на процесс разложения фторапатита. Оставшееся твердое вещество реакции - безводный сульфат кальция или ангидрит - представляет собой товарный продукт.

Достоинства предложенного способа разложения фторапатита заключаются в следующем: результатом разложения фторапатита является получение трех товарных продуктов: метафосфорной кислоты, фтористого водорода и ангидрита. Промежуточные продукты разложения - фторсульфоновая кислота и часть фтористого водорода используются в технологическом процессе разложения фторапатита.

Таким образом, предложенная технология является безотходной и, следовательно, экологически чистой и экономически выгодной:
- ввиду того, что процесс разложения длится несколько секунд, предложенная технология является высокоинтенсивной;
- так как в процессе разложения фторапатита используют всего лишь две фазы - твердую и газообразную, то это упрощает технологический процесс и аппаратурное оформление;
- одна стадия процесса разложения фторапатита является экзотермичной, следовательно, предлагаемый способ относится к категории энергосберегающих технологий.


Формула изобретения

Способ разложения фторапатита, заключающийся в том, что измельченное минеральное сырье подвергают обработке кислотой, отличающийся тем, что измельченный до размеров частиц менее 160 мкм фторапатит сушат от остаточной влаги, смешивают со стехиометрическим количеством измельченной пятиокиси фосфора, полученную смесь нагревают до температуры выше 170oС и обрабатывают газообразной фторсульфоновой кислотой, при этом газообразные вещества, образовавшиеся в результате реакции - метафосфорную кислоту и фтористый водород - отбирают как товарный продукт, а на полученное твердое вещество - фторсульфонат кальция - воздействуют парами воды при температуре выше 170oС, причем полученные фторсульфоновую кислоту и фтористый водород используют в технологическом процессе разложения фторапатита, а твердое вещество ангидрит представляет собой товарный продукт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к производству фосфатов кальция, в частности ортофосфата кальция однозамещенного, используемого в пищевой промышленности
Изобретение относится к получению чистых солей фосфата кальция и может быть использовано при производстве композиционных материалов, биокерамики, сорбентов и катализаторов

Изобретение относится к технике переработки экстракционной фосфорной кислоты на технические фосфаты, в частности кормовой дикальцийфосфат, с использованием отходов производства

Изобретение относится к способу получения мелкодисперсного высокочистого гидроксиапатита (МГА), который может быть использован для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, производства зубных пломб, зубных паст, сорбентов и пр
Изобретение относится к области получения чистых солей фосфата кальция и может быть использовано при производстве сорбентов и катализаторов
Изобретение относится к технологии получения кормовых фосфатов кальция, широко используемых в животноводстве для подкормки животных

Изобретение относится к химической и медицинской промышленности и может быть использовано в производстве гидроксилапатита кальция как исходного материала для изготовления биоактивной керамики, которая в настоящее время активно начинает применяться в стоматологии, протезировании зубов, ортопедии, изготовлении стекол, паст, адсорбентов
Изобретение относится к получению фосфорных солей магния, конкретно к способу получения многоводного трехзамещенного фосфата магния [Mg3(PO4)2nH2O] , пригодного для использования в качестве кристаллогидрата на установках для получения опресненной воды, а также он может найти применение в качестве катализаторов, адсорбентов и легких наполнителей

Изобретение относится к способу получения высокотемпературных протонсодержащих двойных фосфатов кальция с железом и медью, которые могут быть использованы как топливные элементы, материалы для двухстадийного окисления топлива, газовые сенсоры и катализаторы
Изобретение относится к технологиям получения мелкодисперсного высокочистого гидроксилапатита кальция (микрогранул), который может быть использован при производстве композиционных материалов, биокерамики, материалов, стимулирующих восстановление костной ткани, фармацевтического носителя
Изобретение относится к технологии получения монокальцийфосфата, широко используемого в сельском хозяйстве
Изобретение относится к технологии получения кормовых фосфатов кальция, конкретно к производству монокальцийфосфата

Изобретение относится к получению чистой фосфорной кислоты и моногидрофосфата кальция
Изобретение относится к противокоррозионным пигментам, используемым в лакокрасочной промышленности
Изобретение относится к переработке отходов производства, содержащих фосфорнокислые растворы, на фосфаты кальция
Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, а именно к способам получения наноразмерного высокочистого гидроксилапатита (ГАП) в виде коллоидного раствора или геля, который может быть использован для производства лечебно-профилактических препаратов для стоматологии, для нанесения биоактивных покрытий на костные имплантаты
Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, а именно к способу получения наноразмерного высокочистого гидроксилапатита (ГАП) в виде спиртового коллоида (геля), который может быть использован для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии
Наверх