Способ получения очищенного раствора нитрата кальция

 

Изобретение относится к производству нитрата кальция, который используют в качестве удобрения в тепличных хозяйствах или исходного реагента для получения чистых солей кальция, в частности карбоната кальция. Сущность состоит в том, что раствор тетрагидрата нитрата кальция, выделенный из азотно-кислотной вытяжки в технологии азотно-кислотной переработки фосфатного сырья в сложные удобрения, обрабатывают карбонатом кальция или его водной суспензией при температуре выше 20°С, в качестве карбоната кальция используют твердый продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония, обработку ведут до рН 3-5, предпочтительно 4,1-5,0; суспензию перед отделением осадка примесей дополнительно обрабатывают щелочным реагентом, предпочтительно гидроксидом кальция в виде его водной суспензии, до рН 6-8. Отделяют осадок примесей от целевого продукта, причем концентрацию нитрата кальция в очищенном растворе поддерживают в пределах 35-45 мас.%. Технический результат - упрощение способа получения очищенного раствора нитрата кальция, высокая полнота осаждения примесей, использование в качестве карбоната кальция более доступного реагента, не требующего создания отдельной установки по его получению. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения нитрата кальция и может найти применение в химической промышленности для производства нитрата кальция специального назначения - для использования в качестве удобрения в тепличных хозяйствах или исходного реагента для получения чистых солей кальция, в частности карбоната кальция.

Широко распространенным реагентом для получения очищенного нитрата кальция является тетрагидрат нитрата кальция, выделяемый кристаллизацией из азотно-кислотной вытяжки в технологии азотно-кислотной переработки фосфатного сырья.

Известен способ получения очищенного раствора нитрата кальция из тетрагидрата нитрата кальция, выделенного из азотно-кислотной вытяжки путем осаждения части кальция действием карбоната аммония с последующим отделением осадка примесей от целевого продукта [авт.св. СССР №1656831, кл. С 01 F 11/36, опубл. 30.05.1994 г.].

Недостаток способа заключается в том, что целевой продукт содержит заметное количество нитрата аммония, что ограничивает область применения такого продукта.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения очищенного нитрата кальция из тетрагидрата нитрата кальция, выделяемого из азотно-кислотной вытяжки, включающий обработку раствора тетрагидрата нитрата кальция с концентрацией 10-60 мас.% осажденным карбонатом кальция или его водной суспензией с концентрацией 1-50 мас.% при температуре 20-110°С до рН 1-5,5 с использованием для обработки карбоната кальция, осажденного из очищенного раствора нитрата кальция, с последующим отделением осадка примесей от целевого продукта [пат. ЧСФР №274757, кл. С 01 F 11/18, опубл. 15.10.91].

Недостаток известного способа заключается в сложности его осуществления в промышленных условиях. Так, при работе по известному способу при значениях рН, близких к нижнему пределу заявляемого интервала рН, образуется осадок примесей с низкими показателями по отстаиванию и фильтрованию. При этом не обеспечиваются требуемая полнота осаждения примесей фосфатов и фторидов и, следовательно, ухудшается качество целевого продукта. При работе при значениях рН, близких к верхнему заявленному пределу, образующийся осадок примесей содержит значительное количество непрореагировавшего карбоната кальция, что существенно осложняет утилизацию этого осадка. Рациональный способ утилизации последнего заключается в его возврате на стадию азотно-кислотного вскрытия фосфатного сырья в производстве сложных удобрений. Наличие значительного количества карбоната кальция в осадке примесей обусловит интенсивное пенообразование, увеличенный ретур кальция в “голову” технологического процесса и связанные с этим дополнительные энергозатраты при выделении тетрагидрата нитрата кальция из азотно-кислотной вытяжки. Известный способ предполагает также использование для обработки карбоната кальция, осажденного из очищенного раствора нитрата кальция, что потребует создания в составе производства отдельного технологического узла.

Технической задачей, решаемой заявленным способом, является упрощение способа получения очищенного раствора нитрата кальция.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе получения очищенного нитрата кальция на тетрагидрата нитрата кальция, выделенного из азотно-кистлотной вытяжки в технологии переработки фосфатного сырья в сложные удобрения, включающем обработку раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом кальция или его водной суспензии при температуре выше 20°С и отделение осадка примесей от целевого продукта, согласно изобретению обработку тетрагидрата нитрата кальция карбонатом кальция ведут до pH 3-5, предпочтительно 4,1-5,0, а суспензию перед отделением осадка примесей дополнительно обрабатывают щелочным реагентом. При этом дополнительную обработку ведут до pH 6-8, используя в качестве щелочного реагента гидроксид кальция в виде его водной суспензии; концентрацию нитрата кальция в очищенном растворе поддерживают в пределах 35-45 мас.%, а в качестве карбоната кальция используют твердый продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония.

Пример 1

Опыт проводят с раствором тетрагидрата нитрата кальция, отобранным в действующем производстве сложных удобрений по азотно-кислотной технологии. Состав раствора, мас.%:

Кальций 10,5

Азотная кислота 6,9

Фосфаты в пересчете на P₂ O₅ 0,30

Фториды в пересчете на фтор 0,13

В качестве карбоната кальция используют твердый продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония после отделения от нитрата аммония и сушки, так называемый “неочищенный карбонат кальция”, который содержит, мас.%:

Карбонат кальция 93

Фосфаты кальция в пересчете на P ₂O₅ 1,1

Фторид кальция в пересчете на фтор 0,5

Нитрат аммония 0,2

В реактор с мешалкой в течение 15 мин одновременно дозируют 250 г исходного раствора тетрагидрата нитрата кальция и 76 г водной суспензии неочищенного карбоната кальция с Т:Ж=1:3,75, поддерживая температуру суспензии в реакторе 70°С. Суспензию перемешивают в течение 30 мин, pH суспезии 4,1. Затем суспензию дополнительно обрабатывают в течение 30 мин “известковым молоком” с концентрацией 120 г/л в пересчете на CaO. Расход “известкового молока” 0,4 г. После дополнительной обработки pH суспензии 8. Суспензию после добавки 2 г 0,1%-ного раствора полиакриламида переносят в цилиндр и отстаивают в течение 2 ч при температуре 70°С. Доля осветленной части составляет 93%, доля сгущенной части 7%. Осветленную часть отсифонивают, а сгущенную часть фильтруют на вакуумной воронке диаметром 7 см. Время фильтрования 65 с. Осветленный раствор и фильтрат объединяют, отфильтрованный осадок примесей промывают водой и высушивают.

Количество целевого продукта (осветленный раствор + фильтрат) составляет 321 г, высушенного осадка – 2,4 г, промывных вод – 60 г.

Состав целевого продукта, мас.%:

Нитрат кальция 40,6

Примеси:

Фосфаты в пересчете на P₂ O₅ Менее 0,002

Фториды в пересчете на фтор 0,006

Аммонийный азот 0,04

Содержание карбоната кальция в высушенном осадке 15 мас.%.

Целевой продукт дополнительно профильтровали (контрольное фильтрование) и проанализировали на содержание примесей по более “чувствительным” методикам. Содержание примесей составило, мас.%:

Фосфаты в пересчете на P ₂O₅ 0,0006

Фториды в пересчете на фтор 0,003

Пример 2

Проводят серию аналогичных опытов для обоснования заявляемых интервалов технологических параметров. Результаты опытов по примеру 2 представлены в таблице (опыты №№ 1-14).

Пример 3

Проводят опыты по прототипу, используя для обработки раствора тетрагидрата нитрата кальция очищенный карбонат кальция, полученный из очищенного раствора нитрата кальция, содержащий 98,5 мас.% карбоната кальция. Результат опытов представлены в таблице (опыты №№ 15к-16к).

Из представленных данных видно, что заявляемый способ в отличие от прототипа стабильно обеспечивает высокую полноту осаждения примесей в виде хорошо отстаивающего и фильтрующего осадка с меньшим содержанием карбоната кальция, что упрощает его утилизацию. При этом способ позволяет использовать в качестве карбоната кальция такой доступный реагент, как продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония, так называемый ″неочищенный карбонат кальция″, то есть не требует создания отдельной установки по получению очищенного карбоната кальция, как того предусматривает способ по прототипу.

Таким образом, заявляемый способ решает техническую задачу упрощения способа получения очищенного раствора нитрата кальция.

Положительный эффект обеспечивается поддержанием рН при обработке исходного раствора карбонатом кальция в пределах 3-5 и дополнительной обработкой щелочным реагентом суспензии перед отделением осадка примесей. При рН менее 3 ухудшается фильтруемость осадка примесей, при рН более 5 возрастает содержание карбоната кальция в осадке примесей. Предпочитаемым является интервал рН 4,1-5,0, при котором обеспечиваются наиболее высокие показатели по отстою и фильтруемости осадка примесей и приемлемый уровень содержания карбоната кальция в этом осадке: максимальное содержание карбоната кальция составляет 33 мас.% вместо 57 мас.% при работе по прототипу.

Дополнительная обработка суспензии щелочным реагентом обеспечивает высокую степень осаждения примесей. Оптимальный диапазон рН при обработке щелочным реагентом составляет 6-8: при рН менее 6 несколько снижает полнота осаждения примесей, при рН более 8 ухудшается фильтруемость осадка.

В качестве щелочного реагента наиболее предпочтительно использование гидроксида кальция в виде его водной суспензии, так называемого ″известкового молока″, с концентрацией 100-130 г/л в пересчете на СаО. В этом случае в получаемый раствор нитрата кальция не вводится никаких дополнительных катионов.

В зависимости от области применения очищенного нитрата кальция возможно также использование для дополнительной обработки суспензии гидроксидов калия или натрия в виде их водных растворов.

Концентрацию нитрата кальция в очищенном растворе целесообразно поддерживать в пределах 35-46 мас.%. При концентрации раствора более 45 мас.% ухудшается сгущение осадка примесей и его фильтруемость, а снижение концентрации ниже 35 мас.% нецелесообразно из-за дополнительного обводнения целевого продукта.

В качестве карбоната кальция технически возможно использование его различных видов: природного молотого мела, осажденного мела и т.д. Однако по экономическим соображениям наиболее целесообразно использовать продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония, то есть неочищенный карбонат кальция.

Формула изобретения

1. Способ получения очищенного раствора нитрата кальция из тетрагидрата нитрата кальция, выделенного из азотно-кислотной вытяжки в технологии азотно-кислотной переработки фосфатного сырья в сложные удобрения, включающий обработку раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом кальция или его водной суспензией при температуре выше 20°С и отделение осадка примесей от целевого продукта, отличающийся тем, что обработку раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом кальция ведут до рН 3÷5, предпочтительно 4,1÷5,0, а суспензию перед отделением осадка примесей дополнительно обрабатывают щелочным реагентом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную обработку ведут до рН 6÷8.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве щелочного реагента используют гидроксид кальция в виде его водной суспензии.

4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что концентрацию нитрата кальция в очищенном растворе поддерживают в пределах 35÷45 мас.%.

5. Способ по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве карбоната кальция используют твердый продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония.