Международный
научный журнал

Экстракционная фосфорная кислота из обогащенного азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов


Extraction phosphoric acid from enriched by nitric acid washed burnt phosphor concentrate of Central Kyzylkum

Цитировать:
Экстракционная фосфорная кислота из обогащенного азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Умаров Ш.И. [и др.]. 2017. № 8(41) . URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5051 (дата обращения: 05.07.2020).
 
Прочитать статью:

Keywords: washed burned phosphor concentrate, nitric acid, enrichment, chemical and fractional contents, extraction phosphoric acid

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований фракционного и химического состава обогащенного азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов, полученных при концентрации азотной кислоты 15%, Т:Ж = 1:3, продолжительности процесса 30 минут. При этих технологических параметрах обогащения содержание Р2О5 повышается с 26,20% до 29,51%, а кальциевый модуль снижается с 2,202 до 1,620.

Показано, что использование фосфатного сырья с кальциевым модулем 1,620 способствует улучшению всех технологических показателей и позволяет повысить концентрацию кислоты с 18,84% Р2О5 до 21,99% Р2О5.

Увеличение концентрации оборотной фосфорной кислоты с 12,5% до 15,0% Р2О5 способствует повышению концентрации получаемой кислоты с 20,02% до 21,99% Р2О5, содержания сульфатов повышается с 2,30-3,05% до 2,32-3,37% при норме серной кислоты 103% и продолжительности процесса 2-4 часа. Дальнейшее повышение нормы серной кислоты приводит к ее перерасходу и повышению сульфатов в экстракционной фосфорной кислоте.

Плотность пульп составляет 1,506-1,521 г/см3, а кислоты 1,211-1,222 г/см3.

Оптимальными условиями сернокислотной экстракции обогащённого азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата являются норма серной кислоты – 103%, концентрация оборотной фосфорной кислоты – 15%, соотношение Ж:Т в пульпе 3:1, продолжительность процесса 3 часа при которых достигаются Кразл. = 97,03%, Котм.= 96,19%; Квых. = 93,59%; скорость фильтрации по кислоте – 1817 кг/м2·час.

ABSTRACT

Results of researches fractional and chemical compound enriched by nitric acid washed, burnt phosphor concentrate of Central Kyzylkum, received are resulted at concentration of nitric acid of 15 %, H:L = 1:3, durations of process of 30 minutes. At these technological parameters of enrichment contents Р2О5 raises from 26,20 % to 29,51 %, and calcium module decreases from 2,202 to 1,620.

It is shown, that use of phosphoric raw materials with calcium module 1,620 promotes improvement of all technological indicators and allows to raise concentration of acid from 18,84 % Р2О5 to 21,99 % Р2О5.

The increase in concentration of turnaround phosphoric acid from 12,5 % to 15,0 % Р2О5 promotes increase of concentration of received acid from 20,02 % to 21,99 % Р2О5, contents of sulphates raises from 2,30-3,05 % to 2,32-3,37 % at norm of sulfuric acid of 103 % and duration of process 2-4 hours. The further increase of norm of sulfuric acid leads to its over-expenditure and increase of sulphates in extraction phosphoric acid.

The density of pulps makes 1,506-1,521 g/sm3, and acids 1,211-1,222/sm3.

Optimum conditions sulfur acid extraction enriched by nitric acid washed burnt phosphor concentrate are norm of sulfuric acid - 103 %, concentration of turnaround phosphoric acid - 15 %, ratio L:H in a pulp 3:1, duration of process 3 hours at which are reached Кdecom. = 97,03 %, Кwash. = 96,19 %; Кoutp. = 93,59 %; speed of a filtration on acid -
1817 kg/m2·h.

 

Для предприятий Узбекистана, производящих фосфорсодержащие удобрения и соли фосфорной кислоты, единственным сырьём являются фосфориты месторождений Центральных Кызылкумов (ЦК), которые отличаются низким содержанием фосфорного ангидрида (16,2%) и высоким содержанием карбонатов кальция и хлора [9]. При термическом обогащении образуется оксид кальция, который ухудшает технологические показатели кислотной переработки  фосконцентрата [2, 3]. Содержание свободного оксида кальция   достигает 15-17%, а кальциевый модуль  при этом составляет  1,9-2,2 [ 7 ].

Существующие способы обогащения фосфоритов ЦК основаны на декарбонизации фосфоритной руды слабыми растворами соляной, азотной, серной кислот [1, 8] или использовании концентрированной азотной кислоты [7]. Предложено для обогащения карбонатных фосфоритов использовать также органические кислоты и соли [4, 10]. Известные способы не нашли применения для обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов. Поэтому очень важной проблемой является поиск новых и эффективных способов обогащения фосфоритов ЦК.

Исходя из вышеизложенного, свои исследования направили на обогащение мытого, обожженного фосконцентрата (МОФК) ЦК растворами азотной и фосфорной кислот [5, 6].

Для разработки технологии переработки обогащенного азотной кислотой МОФК ЦК на ЭФК   наработана опытная партия фосфорита с использованием  15% азотной кислотоы, при Т:Ж = 1: 3, комнатной температуре и продолжительности процесса 30 минут из МОФК состава (масс. %): P2O5 – 26,20; СaO – 57,70; CaO:P2O5 – 2,202; MgO – 0,60;  Fe2O3 – 0,43; Al2O3 – 0,60; SO3 – 3,78.

Обработанный  азотной кислотой МОФК промывали водой и сушили при температуре 100-105оС до постоянного веса. Полученный концентрат содержал 29,51% Р2О5, 47,95% СаО и имел кальциевый модуль 1,620.

Результаты дисперсного состава и химического анализа отдельных фракций обогащенного азотной кислотой МОФК ЦК приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что на класс крупности -1,00 - + 0,05 мм приходится 91,62% от общей массы фосконцентрата. Основное содержание Р2О5 также приходится на эти фракции (27,7-31,49%). Эти фракции характеризуются и наименьшим содержанием окиси магния, оксидов железа, алюминия, значения массовых долей которых колеблется, соответственно, в пределах 0,60-0,80%, 0,40-0,56%, 0,38-0,59%. Наименьшее значение кальциевого модуля 1,67-1,70 также способствует этим фракциям.

Таблица 1

Фракционный и химический состав, обогащённого азотной кислотой МОФК

Исследования по переработке обогащенного МОФК на ЭФК проводили на модельной установке непрерывного действия. Для получения ЭФК использовали  серную кислоту с концентрацией 93%,  оборотную фосфорную кислоту с концентрацией 12,5% и 15% Р2О5. Соотношение Т:Ж поддерживали  1:3, продолжительность процесса экстракции составляла 30-240 минут.

В таблице 2 приведены составы полученной ЭФК, плотности пульп и растворов кислоты. Увеличение концентрации оборотной фосфорной кислоты с 12,5% до 15,0% Р2О5 способствует повышению концентрации получаемой кислоты с 20,02% до 21,99% Р2О5, содержания сульфатов повышается с 2,30-3,05% до 2,32-3,37%, оксида кальция снижается с 0,95-1,00% до 0,75-0,86% при норме серной кислоты 103% и продолжительности процесса 2-4 часа.

Таблица 2

Влияния продолжительности процесса и нормы серной кислоты  на состав ЭФК, плотности пульп и кислоты при Ж:Т≈3:1

Время,

мин

Плотность, г/см3

Содержание компонентов, масс. %

пульпы

ЭФК

Р2О5

СаО

SO3

Норма H2SO- 103 %,   оборотная ЭФК – 12,5 % Р2О5

30

1,408

1,198

18,81

0,29

3,66

60

1,421

1,201

19,12

0,32

3,62

120

1,443

1,204

19,31

0,35

3,55

180

1,465

1,207

19,42

0,38

3,49

240

1,482

1,211

19,53

0,41

3,44

Норма H2SO- 100 %, оборотная ЭФК – 15,0 % Р2О5

30

1,377

1,197

20,51

0,21

2,66

60

1,394

1,209

20,79

0,54

2,63

120

1,413

1,212

21,17

0,58

2,56

180

1,429

1,215

21,58

0,63

2,51

240

1,439

1,221

21,99

0,68

2,46

Норма H2SO- 103 %, оборотная ЭФК – 15,0 % Р2О5

30

1,445

1,202

19,89

0,26

3,55

60

1,459

1,209

20,31

0,31

3,52

120

1,472

1,214

20,89

0,35

3,46

180

1,485

1,218

21,45

0,39

3,39

240

1,494

1,222

21,91

0,42

3,32

Норма H2SO- 105 %,  оборотная ЭФК – 15,0 % Р2О5

30

1,479

1,197

19,85

0,29

4,62

60

1,492

1,203

20,15

0,31

4,58

120

1,506

1,211

20,58

0,37

4,51

180

1,518

1,219

20,97

0,43

4,46

240

1,521

1,222

21,64

0,51

4,42

Плотность пульп при этом изменяется с 1,443  - 1,482   до 1,472-1,494 г/см3, а ЭФК с 1,204  -1,211  г/см3. Повышение нормы серной кислоты до 105% способствует увеличению содержания сульфатов до 4,42-5,22% и содержания оксида кальция в растворе до 0,97-1,09%. Плотность пульп составляет 1,506-1,521 г/см3, а кислоты 1,211-1,222 г/см3.

Результаты исследований влияния продолжительности процесса разложения обогащенного МОФК  на технологические параметры получения ЭФК при концентрации оборотной фосфорной кислоты 12,5% и 15,0% Р2О5, норме серной кислоты 103% и температуре 85 оС приведены в таблице 3.  

    Таблица 3

Влияния продолжительности процесса на технологические параметры получения ЭФК при норме серной кислоты 103% и соотношении Ж:Т = 3:1

Время, мин

Содержание компонентов в фосфогипсе, масс. %

Технологические показатели, %

Скорость фильтра-

ции (р-р),

кг/ м2·ч

Р2О5общ

Р2О5вод

СаО

SO3

Кразл.

Котм.

Квых.

  Оборотная ЭФК – 12,5 % Р2О5

30

0,62

0,10

32,6

41,5

96,99

99,48

92,37

1799

60

0,60

0,11

32,4

41,3

97,30

99,45

92,51

2017

120

0,57

0,12

32,0

40,8

97,81

99,40

92,72

2197

180

0,53

0,13

31,5

40,2

98,06

99,35

92,96

2298

240

0,47

0,16

30,3

40,1

98,49

99,21

93,17

2382

 Оборотная ЭФК – 15,0 % Р2О5

30

3,59

0,18

34,02

42,0

96,34

98,75

92,52

1340

60

3,09

0,21

33,63

41,7

96,45

98,73

92,70

1565

120

2,10

0,24

32,4

41,3

96,96

98,72

92,93

1769

180

1,37

0,26

31,1

41,0

97,23

98,71

93,29

1847

240

0,76

0,29

30,6

40,5

97,57

98,70

93,50

1897

Из нее видно, что при увеличении времени взаимодействия коэффициенты разложения сырья и технологического выхода увеличиваются, наблюдаются и улучшения показателей фильтрации. Так, обогащенный азотной кислотой МОФК в течение 120 минут разлагается на 97,81%, через 180 минут - на 98,06 и через 240 минут - на 98,49%. При этом коэффициент технического выхода и скорость фильтрации увеличиваются, соответственно, с 97,22% до 93,17% и с 2197 до 2382 кг/м3·ч при концентрации оборотной фосфорной кислоты 12,5% Р2О5

С повышением концентрации оборотной фосфорной кислоты коэффициент разложения снижается и составляет 96,96% через 120 минут, 97,23 через 180 минут и 97,57% через 240 минут. Коэффициент выхода при этом составляет 92,93-93,50% , а скорость фильтрации – 1769-1897 кг/ м3·ч.

Проведённые исследования позволили установить химический и фракционный состав обогащённого азотной кислотой МОФК ЦК и оптимальные технологические параметры его переработки в экстракционную фосфорную кислоту с концентрацией 20,89-21,45% Р2О5. Оптимальными условиями сернокислотной экстракции обогащённого МОФК являются норма серной кислоты – 103%, концентрация оборотной фосфорной кислоты – 15%, соотношение Ж:Т в пульпе 3:1, продолжительность процесса 2-3 часа при которых достигаются Кразл. = 96,96-97,23%, Котм.= 98,71-98,72%; Квых. = 92,93-93,29%; скорость фильтрации – 1769-1847 кг/м2·час.


Список литературы:

1. Амирова А.М. Физико-химические исследования фосфоритов Центральных Кызылкумов и процессов их кислотной переработки. // Узб. хим. ж.- Ташкент, 1983. - № 1. - С. 18-26.
2. Волынскова Н.В. Разработка и внедрение технологии производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Дисс. … канд. техн. наук. - Ташкент, 2010. - 172 с.
3. Волынскова Н.В., Садыков Б.Б., Мирзакулов Х.Ч. Получение экстракционной фосфорной кислоты из мыто-го обожженного фосфатного концентрата Центральных Кызылкумов.// Киме ва киме технологияси. - Таш-кент, 2008. // № 1. – С. 4-7.
4. Mandi Charabaghi, Mehdi Ionnajad, Mohammad Noaparast. A review of the beneficiation of calcareous phos-phate ores using organic acid leaching // Hydrometallurgy. -Amsterdam (Netherlands), 2010. - № 103. - Р.р. 96-107.
5. Мирзакулов Х.Ч., Насридинов А.У., Умаров Ш.И., Адинаев Х.А., Усманов И.И. Обогащение мытого обож-женного фосконцентрата Центральных Кызылкумов растворами азотной кислоты.// Узб. хим. ж.- Ташкент, 2016. - № 2. - С. 63-66.
6. Насридинов А.У., Умаров Ш.И., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Обогащение мытого обожженного фоскон-центрата Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты.// Узб. хим. ж. - Ташкент, 2016.- № 3. - С. 62-65.
7. О’z DSt 2825:2014. Фосфоритная продукция Ташкура. Общие технические условия. - Ташкент. - 2014.- 7 с.
8. Пагоняс И.К., Мирзаев Ф.М., Кармышов В.Ф., Шинкоренко С.Ф., Михайлова Т.Г., Ушарова Л.Б. Обогаще-ние фосфатного сырья Центральных Кызылкумов химическими методами.// Технологическая минералогия фосфатных руд. Тез. докл. всесоюзн. совещ. 17-18 ноября 1987. - Черкассы, 1987. - С. 48-49.
9. Садыков Б.Б., Соколов В.Д., Ибрагимов Г.И., Беглов Б.М. Фосфориты Центральных Кызылкумов: их харак-теристики, обогащение и переработка. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2005. - № 2. - С. 12-23.
10. Сейтназаров А.Р. Разработка технологии получения одинарных фосфорных и комплексных удобрений ме-тодами химической и механохимической активации низкосортных фосфоритов. Дисс. …докт. техн. наук. - Ташкент, 2015. - 234 с.
11. Султанов Б.Э., Турсунова З.М., Эркаев А.У., Намазов Ш.С., Беглов Б.М. Обогащение фосфоритов Цен-тральных Кызылкумов концентрированной азотной кислотой.// Узб. хим. ж.- Ташкент, 2002. - № 3. -С. 3-7.

Информация об авторах:

Умаров Шавкат Исомиддинович Umarov Shavkat

старший преподаватель Джиззакского государственного педагогического института 130100, Республика Узбекистан, г. Джиззак, улица Ш. Рашидова, 4

senior teacher of Jizzak State pedagogical institute, 130100, Republic of Uzbekistan, Jizzak, Sh. Rashidov str., 4


Меликулова Гавхар Эшбоевна Melikulova Gavkhar

Старший преподаватель Ташкентского химико- технологического института , 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Senior lecturer of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Усманов Ильхам Икрамович Usmanov Ilkham

старший научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, улица Навои, 32

senior scientific researcher of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi str., 32


Мирзакулов Холтура Чориевич Mirzakulov Kholtura

профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Professor of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32


Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович

Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5122

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в: 

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

 

OpenAire