Получение экстракционной фосфорной кислоты из сгущенного осадка фосфорнокислотного обогащения фосконцентрата Центральных Кызылкумов

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследований получения экстракционной фосфорной кислоты из сгущенного осадка, полученного после обработки мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой. Показана возможность улучшения технологических показателей производства. Предварительная обработка мытого обожженного фосконцентрата позволяет снизить кальциевый модуль сырья и, соответственно, норму расхода серной кислоты и выход фосфогипса. Уменьшение содержания свободного оксида кальция в сгущенном осадке мытого обожженного фосконцентрата снижает температуру в экстракторе и коррозионную активность фосфорной кислоты, увеличиваются коэффициенты извлечения отмывки и выхода Р₂О₅.

ABSTRACT

The article presents the results of researcher of obtaining extraction phosphoric acid from a thickened sludge obtained after processing the washed burnt phosconcentrate of Central Kyzylkum with extraction phosphoric acid. The possibility of improving the technological indicators of production is shown. Pretreatment of the washed burnt phosconcentrate reduces the calcium modulus of the raw material and, accordingly, the rate of consumption of sulfuric acid and the yield of phosphogypsum. A decrease in the content of free calcium oxide in the thickened sludge of the washed burnt phosconcentrate reduces the temperature in the extractor and the corrosiveness of phosphoric acid, and the coefficients of the extraction of washing and the yield of P₂O₅ increase.

Ключевые слова: мытый обожженный фосконцентрат, экстракционная фосфорная, серная кислоты, технологические показатели экстракции.

Keywords: washed burnt phosconcentrate, extraction phosphoric acid, sulfuric acid, technological parameters of extraction.

Введение. Сельское хозяйство Узбекистана было односторонним и направлено на выращивание хлопка-сырца. Почвенно-климатические условия большей части орошаемой территории Республики требуют особого внимания к повышению плодородия почв и, прежде всего, усилению подкормки их полноценным питанием - минеральными и органическими удобрениями.

Если азотными и калийными удобрениями республика обеспечивает свои потребности, то в фосфорсодержащих удобрениях осуществляется резкая их нехватка, что объясняется дефицитом фосфатного сырья и низким его качеством. Химическая промышленность производит фосфорсодержащие удобрения, кормовые фосфаты аммония, соли фосфорной кислоты, используя фосфориты Центральных Кызылкумов (ЦК) – единственное фосфатное сырье, добываемое в промышленном масштабе [1, 2, 6, 10]. По своим физико-химическим характеристикам оно относится к высококарбонатным и бедным по Р₂О₅. Для обогащения руды, кроме сухих методов, применяют водную промывку от хлора и термохимическое удаления диоксида углерода. Получаемое сырье – мытый обожженный фосконцентрат (МОФК) содержит 26% Р₂О₅, хлора не более 0,04% и имеет кальциевый модуль 2,0±0,15 [4, 12].

Отмывка фосфорита от хлора существенно снижает коррозионную активность фосфорной кислоты, но не решает проблему снижения температуры в экстракторе.

Термодинамическими расчетами установлено, что тепловой эффект взаимодействия МОФК с серной кислотой составляет 938 кДж/кг, из которых на фторкарбонат апатит приходится 47,71% и свободный оксид кальция 45,01% [2].

Установлено также, что свободный оксид кальция легко вступает во взаимодействие с водой, азотной и фосфорной кислотами [8].

Избавившись, даже частично, от свободного оксида кальция в МОФК можно снизить кальциевый модуль и температуру разложения в экстракторе. Исследования по обогащению МОФК экстракционной фосфорной кислотой показали возможность снижения кальциевого модуля с 2,02 до 1,56 и получения сгущенного осадка, пригодного для получения ЭФК [7, 9].

Методы и материалы. Для получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из обогащенного МОФК использовали сгущенный осадок, после отделения жидкой фазы, состава (масс. %): Р₂О_5общ. -24,14; Р₂О_5водн. – 2,96; СаО_общ. – 34,44; СаО_водн. – 0,47 с кальциевым модулем 1,61, серную кислоту с концентрацией 93%, в качестве оборотной использовали ЭФК.

Важнейшими характеристиками производственного процесса получения ЭФК являются химический состав, скорости фильтрации фосфогипса, а также коэффициенты разложения фоссырья, отмывки фосфогипса и выхода Р₂О₅. Поэтому проведены исследования влияния технологических параметров - температуры, Ж:Т и содержания свободной серной кислоты на технологические показатели производства ЭФК путем разложения сгущенного осадка, полученного при фосфорнокислотном обогащением МОФК ЦК.

Разложение сгущенного осадка обогащения МОФК проводили на лабораторной установке непрерывного действия при температурах 85 и 90^оС, соотношении жидкой и твердой фаз 2,5; 3,0; 3,5 и содержании свободной серной кислоты 1,5; 2,5 и 3,5% в пересчет на SO₃.

Продолжительность процесса разложения составляла 30 минут с учетом получения кислоты концентрации 18% Р₂О₅.

 После завершения процесса разложения сгущенного осадка, полученную в дигидратном режиме пульпу фильтровали на вакуум фильтре.

 Химический анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [3, 5, 11].

На основе химического анализа твердой и жидкой фаз и полученным результатам рассчитывали коэффициенты разложения, отмывки, извлечения.

Результаты и обсуждения. Результаты исследования по получению ЭФК с содержанием 18% Р₂О₅ из сгущенного осадка обогащения МОФК и влияния технологических параметров на химический состав кислоты приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что с увеличением Т:Ж с 2,5 до 3,5 и содержания свободной серной кислоты от 1,5 до 3,5% наблюдается тенденция некоторого роста содержания Р₂О₅.

 В кислоте, с расчетной концентрацией 18% Р₂О₅, наибольшее количество Р₂О₅ содержится, в основном, при содержании в пульпе 3,5% SO₃. При Ж:Т = 3,0 и температуре 85^оС оптимальным является содержание свободной серной кислоты 2,5% в пересчете на SO₃, а при Т:Ж = 3,5 - 3,5% SO₃.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с содержанием 18% Р₂О₅ при температуре 85^оС

Повышение температуры с 85^оС до 90^оС также способствует увеличению концентрации получаемой кислоты (табл. 2).

 Оптимальными параметрами получения кислоты при Т:Ж = 3,0 является содержание SO₃ 3,5%, тогда как это концентрация Р₂О₅ в кислоте достигается при Т:Ж = 3,5 при содержании свободной SO₃ 2,5-3,5%.

Содержания в кислоте оксида кальция независимо от технологических параметров процесса составляет 0,21-0,31% при температуре 85^оС и 0,23-0,39% при температуре 90^оС, оксида магния 0,72-0,81% и 0,78-0,91%, фтора 1,42-2,03% и 1,53-2,04%, соответственно.

Таблица 2.

Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с содержанием 18% Р₂О₅ при температуре 90^оС

В таблице 3 приведены результаты влияния Ж:Т и SO₃ свободной при температуре 85^оС на технологические показатели производства ЭФК. Повышение Ж:Т с 2,5 до 3,5 и SO_3св. с 1,5 до 3,5 способствуют повышению К_разл. и тем больше, чем выше содержание SO_3св..

Так при содержание SO_3св 1,5 К_р составляет 95,96 96,64, тогда как при SO_3св. 3,5% эти показатели равны 97,26-98,41%.

Таблица 3.

Влияния технологических параметров на технологические показатели получения ЭФК с содержанием 18% Р₂О₅ при температуре 85^оС

Повышенно Ж:Т с 2,5 до 3,5 при содержание SO_3св. 1,5% приводит к увеличению К_отм. с 96,19% до 96,64% и К_вых.  с 92,48% до 93,23%. Увеличение содержания свободной кислоты в пересчете на SO₃ до 3,5% повышает К_отм. до 97,64 – 99,95% и К_вых. до 95,34 – 97,41%.

Скорости фильтрации с увеличением Т:Ж и свободной серной кислоты повышаются и максимальные их значения составляют при 1792 – 1292 кг/м²·ч по сухому остатку и 1981-2351 кг/м²·ч по раствору.

В таблице 4 приведены данные влияния Ж:Т на технологические показатели процесса получения ЭФК при постоянных значениях SO_3св.. Увеличение Ж:Т при постоянных значениях SO_3св. приводит к повышению всех коэффициентов.

Также наблюдается повышение всех коэффициентов производства ЭФК с повышением содержания свободной кислоты.

Таблица 4.

Влияния технологических параметров на технологические показатели получения ЭФК с содержанием 18% Р₂О₅ при температуре 90^оС

Скорости фильтрации по раствору и сухому остатку повышаются с увеличением Ж:Т и снижаются с увеличением содержания SO_3св..

Выводы. Таким образом, проведенные исследование показали возможность повышения технологических показателей производства ЭФК из МОФК путем использования сгущенного осадке после фосфорнокислотной обработки МОФК.

При этом снижаются температура в экстракторе до нужных 80-85^оС, выход фосфогипса и нормы расхода серной кислоты.

Список литературы:

1. Беглов Б.М., Намазов Ш.С. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. Ташкент. - 2013. –  460 с.
2. Волынскова Н.В. Разработка и усовершенствование технологии производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Дисс. … докт. техн. наук. Ташкент. - 2019. - 196 с.
3. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. –М: Госхимиздат, 1982. 352 с.
4. Кучерский Н.И., Толстов Е.А., Михин О.А., Мазуркевич А.П., Смирнов Ю.М. Комбинированная технология обогащения зернистых фосфоритов. Ж. «Горная промышленность», 2001, № 4. С. 1-4.
5. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов // М.М. Винник, Л.Н. Урбанов и др. –М.: Химия. 1975. 218 с.
6. Мирзакулов Х.Ч. Физико-химические основы и технология переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов. Ташкент. - 2019. – 416 с.
7. Насридинов А.У., Умаров Ш.И., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Обогащение мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты. Узбекский химический журнал. – Ташкент, 2016. – № 3. – С. 62-65.
8. Умаров Ш.И. Разработка эффективной технологии обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов азотной и фосфорной кислотами. Дисс. … д.ф.(PhD) по т.н. Ташкент. - 2018. 120 с.
9. Умаров Ш.И., Меликулова Г.Э., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процесса переработки фосфорнокислых растворов обогащения фосконцентрата Центральных Кызылкумов.  Universum: Технические науки: электрон. Научн. журн. 2018. № 6(51). URL: http: 7 uiversum.com/ru/tech/archive/item/6088.
10. Шамшидинов И.Т. Разработка усовершенствованной технологии производства экстракционной фосфорной кислоты и получения концентрированных фосфорсодержащих удобрений из фосфоритов Каратау и Центральных Кызылкумов. Дисс. … докт. техн. наук, Ташкент, 2017. - 193 с.
11. Шварценбах Х.Г., Флашка Г. Комплексометрическое титрование. М.: Химия. 1970. 360 с.
12. O’z DSt 2825:2014. Фосфоритная продукция Ташкура. Общие технические условия.