Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из мытых высушенных фосфоритов

DOI: 10.32743/UniTech.2021.83.2-3.71-76

АННОТАЦИЯ

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) является одним из самых востребованных минеральных кислот химической промышленности. Экстракционный способ производства ЭФК является преобладающим (95 % от общего количества), поскольку он потребляет меньше энергии. Целью работы является разработка оптимальных вариантов получения ЭФК из необожженных фосфоритов. В данной статье изучены варианты получения ЭФК из фосфоритов Центральных Кызылкумов, влияние нормативного количества серной кислоты на получение ЭФК из концентрации фосфоритного кека, определены оптимальные варианты использования серной кислоты и оборотных раствороы для получение ЭФК. Полученные результаты дают возможность обосновывать экстракционный способ получения ортофосфорной кислоты из необожженных фосфоритов Центральных Кызылкумов, установить оптимальные параметры расхода реагирующих веществ, а также правильного ведения технологического процесса.

ABSTRACT

Extraction phosphoric acid (EFA) is one of the most popular mineral acids in the chemical industry. The extraction method of EFА production is predominant (95 % of the total amount), because it consumes less energy. The aim of this work is to develop optimal options for obtaining EFA from unfired phosphorites. This article examines the options for obtaining EFA from phosphorites of Central Kyzylkum, the influence of the standard amount of sulfuric acid on obtaining EFA from the concentration of phosphorite cake, and determines the optimal options for using sulfuric acid and recycled solutions for obtaining EFA. The obtained results make it possible to justify the extraction method for obtaining orthophosphoric acid from unfired phosphorites of Central Kyzylkum, to establish the optimal parameters of the consumption of reacting substances, as well as the correct conduct of the technological process.

Ключевые слова: необожженный фосфорит, кислота, фильтрация, норма кислоты, оборотный раствор, экстракция, серная кислота, высота пены.

Keywords: unfired phosphorite, acid, filtration, acid rate, circulating solution, extraction, sulfuric acid, foam height.

Введение.

Фосфор и его соединения играют важную роль во всех живых организмах, а также в растительном мире. В связи с этим, минимальное содержание Р₂О₅ в составе фосфатного сырья, проблемы его переработки, заставляют внедрит новых подходов и технологий в промышленность. Этот недостаток считается актуальной проблемой и представляет большой научный и практический интерес.

В Узбекистане в качестве сырья для производства экстракционной фосфорной кислоты в основном явлются низкосортные фосфориты Центральнқх Кызылкумов. Стоит также отметить, что, удовлетворение спроса на фосфорсодержащие удобрения, помимо развития агропромышленного комплекса остается актуальным вопросом сегодняшного дня [1-2].

Сегодня ведется большая научная работа по обогащению фосфоритного сырья и получению из него фосфорсодержащих удобрений, удовлетворяющих потребности сельскохозяйственных культур в фосфорных удобрениях. Сегодня  Фосфорную кислоту и на его основе получаемые фосфорные удобрения производится с использованием термически обожженного фосфорита. Учеными нашей республики проводится большая научно – практическая работа по превращению фосфора в фосфорсодержащие удобрения. В настоящее время фосфорная кислота имеет очень широкий спектр областей применения. Он применяется во многих областях промышленности, а также в медицине, машиностроении. Но основным его потребителем является сельское хозяйство [3-4]. Разработаны различные нормы получения фосфорных кислот из фосфоритовых руд и производства на их основе различных фосфорсодержащих удобрений.

На сегодняшний день в промышленности ЭФК получают с использованием мытого обожженного фосфоконцентрата.

Основной целью исследований является получение ЭФК путем переработки с серной и циркулирующей фосфорной кислотой. Задачей исследования является получение ЭФК из концентрации мытого высушенного фосфорита, а также обоснование его экономической эффективности [5].

Объект и методика исследования.

В качестве объекта исследования использовали концентрат Кека, следующим составом: 23,0% Р₂О₅; 51,25% СаО; 2,59% SO₃; 0,94% F. Кек – получаютя в процессе обесшламования, как  промежуточный продукт, который промывают, сушат и выделяют из 3-гидроциклона. В процессах после концентрирования Кека получают фосфоритную муку и термически обожженную концентрацию фосфорита.

В данной исследовательской работе применялось получение  фосфорной кислоты из природных фосфоритов дигидратном  методом и для проведения экспериментального процесса использовали экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК – 15,1% Р₂О₅), серную кислоту – 96% и образец фосфорита (кек). При реализации процесса были созданы непрерывная электромешалка и замкнутая реакционная система.

Количество Р₂О₅, содержащегося в образцах, определяли фотометрическим методом на модельном УФ-Вид спектрофотометре UV-1280. Количество кальция определяли титрованием.

Рентгенологический анализ проводили на эмпирическом паналитическом модельном приборе с использованием порошкового рентгеновского режима фосфогипса, который образовался при получении ЭФК.

Полученные резултаты и их обсуждение.

Реакция разложения фосфорита со смесью серной и фосфорной кислот протекает следующим образом:

Ca₅(PО₄)₃F + 5H₂SО₄ + иН₃РО₄ = (л + 3) Н₃РО₄ + 5CaSО₄-mH₂О+HF

Процесс разложения и концентрирования ЭФК осуществляется в основном за счет осаждения сульфата кальция в виде дигидратов, полугидратов и ангидридов в зависимости от температуры [6-8].

Прежде всего, расход кислоты рассчитывали по отношению к количеству оксида кальция, содержащегося в первичной руде, а для проведения экспериментальных работ использовали 96% серной кислоты и 15% циркулирующийся ЭФК. Экстракцию фосфорной кислоты из кека концентрацией в различных кислотных нормах проводили при 80 ^оС температуре. В рамках научно-исследовательской работы рассматривалось пенообразование и контроль его в ходе технологического процесса.

В описанных выше химических реакциях образец фосфорита сначала вводили в циркулирующий раствор ТФК, а затем смешивали с добавлением над ним серную кислоту. Кинетика реакции наблюдалась во всех процессах.

На втором этапе процесса ЭФК из АО “Аммофос-Максам” использовали в качестве циркулирующий раствора. Оказалось, что концентрация кислоты в этом составлял 15,1%.

Для экспериментальных работ были приготовлены циркулирующие кислотные смеси из серной кислоты и экстрактивных фосфорных кислот. Целью этого является уменьшение концентрации серной кислоты и определение температуры и плотности кислотных смесей. Также планируется изучить процессы в каждом варианте, то есть в каком порядке происходит реакция. Снижение концентрации кислоты с помощью циркулирующего ЭФК, который добавляют к ней при норме серной кислоты 100, представлено в таблице 1.

Таблица 1.

Основные  параметры полечения смеси кислот

В приведенной выше таблице представлены циркулирующие массы ЭФК для снижения концентрации серной кислоты на каждые 10% и соответствующие им изменения температуры и плотности. Наблюдалось повышение температуры кислотной смеси с увеличением массы добавляемых циркулирующих ЭФК.

В ходе эксперимента были изучены такие случаи, как изменение температуры, декарбонизация и пенообразование при обработке смесью предварительно приготовленных кислот (серной и фосфорной) необожженного образца фосфорита (табл. 2).

Таблица 2.

Результаты, полученные при обработке фосфорита кислотной смесью

Вышеуказанные экспериментальные работы проводились в течение определенного периода времени. В данной таблице изучено образование пен в процессе, сопровождающееся незначительным изменением температуры реакции при обработке образцов фосфоритов кислотными смесями. Среди вышеперечисленных экспериментальных исследований было установлено, что наиболее оптимальным является опыт в 5-м варианте.

После обработки образца фосфорита серной кислотой и циркулирующими ЭФК проводили вакуумную фильтрацию (0,4 – 0,6 бар) для разделения пульпы на жидко-твердые части. Установлено, что скорости фильтрации растворов, образующихся при изменении кислотной нормы, различны. Плотности ЭФК и промывок, полученных в результате реакций, представлены в таблице 3.

Таблица 3.

 Плотности жидких образцов при получение ЭФК (20^оС)

В приведенной выше таблице плотности каждого полученного ЭФК и поэтапных промывок представлены в определенном порядке. Также была проведена 3-х ступенчатая промывка. При этом плотность кислоты составляла 1,216-1,227 г/см³.

Проведен химический анализ ЭФК и фосфогипсов, полученных в результате экспериментальных работ (табл. 4).

Таблица 4.

Химический анализ ЭФК и фосфогипса (норма серной кислоты 100)

Рентгеноструктурный анализ отфильтрованных фосфогипсов проводили на Эмпирическом паналитическом моделирующем приборе (рисунок 1 и 2) с использованием термокамерного порошкового рентгеновского режима высокого разрешения.

а)

б)

Рисунок 1. Рентгеноструктурный анализ фосфогипсов,полученных при снижении концентрации серной кислоты циркулирующими ЭФК

а). Фосфогипс, полученный с 96% - ной кислотой б). Фосфогпис, полученный с 56% - ной кислотой.

По результатам рентгенографии установлено, что уровень чистоты фосфогипсов, полученных при снижении концентрации серной кислоты циркулирующими ЭФК, высок.

Таблица 5.

Окончательные результаты экспериментальных работ, выполненных в случае использования экстракционной фосфорной кислоты, привезенной из АО "Аммофос-Максам" в качестве циркулирующего раствора.

В приведенной выше таблице представлены окончательные результаты экспериментальных работ, выполненных в случае использования экстракционной фосфорной кислоты, привезенной из АО "Аммофос-Максам" в качестве циркулирующего раствора. Определяли ЭФК, образующиеся в процессе и количество промываемых растворов на каждой стадии, влажность фосфогипса и скорость фильтрации.

Заключение.

В результате проведенных нами исследований было установлено снижение образования пены при экстракции ЭФК из необожженных фосфоритов, а также увеличение количества Р₂O₅. При этом, снижением концентрации серной кислоты удалось уменьшить пенообразование в 2 раза.

В процессе получения ЭФК из необожженного фосфорита при использовании циркулирующего раствора было установлено, что содержание Р₂О₅  из 15% повышалось до 17,93%.

Полученные рентгенограммы образцов, показали, что уровень чистоты фосфогипсов, полученных при использовании 56% серной кислоты, составляет 95%.

Список литературы:

1. Бахриддинов Н.С., Намазов Ш.С., Эркаев А.У., Абдуллаев Б.Д. Экстракционная фосфорная кислота из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Узб. хим. ж. 1991. №2. С. 65-67.
2. Кочетков С.П., Смирнов Н.Н., Ильин А.П. Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кислоты // монография / ГОУВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т.- Иваново, 2007. 304с. ISBN 5-9616-0212-5
3. Нурмуродов Т.И., Эркаев А.У., Мирзаев А.У., Ахтамова М.З. Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Центpальных Кызылкумов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 7(52). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6162
4. Умаров Ш.И., Меликулова Г.Э., Усманов И.И., Мирзакулов Х.Ч. Экстракционная фосфорная кислота из обогащенного азотной кислотой мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2017. № 8(41). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/5051
5.  Трухан В.Г. Интенсификация производства экстракционной фосфорной кислоты на основе исследования и совершенствования стадий концентрирования и фильтрования. Автореферат канд. техн. наук. Москва 2011 г.
6. Н.И.Хуррамов., Нурмуродов Т.И., Бозорова Н.Н., Каримова З.У. Изучение реологических свойств растворов и пульп, образующихся в процессе получения дикальцийфосфата // Химическая технология. Контроль и управления. Научный журнал. Ташкент 2020, №3 (93) С. 5-10
7. Нурмуродов Т.И., Турсунова С.У., Хуррамов Н.И., Утамуродов Э.А. Исследование очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Нурмуродов Т.И. [и др.]. 2018. № 7 (52). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6166.