ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ДИГИДРОФОСФАТА, ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ И ИХ СМЕСИ

RESEARCH OF THE PROCESS OF DEHYDRATION OF DIHYDROPHOSPHATE, SODIUM HYDROPHOSPHATE AND THEIR MIXTURE
Цитировать:
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ДИГИДРОФОСФАТА, ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ И ИХ СМЕСИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хужамбердиев Ш.М. [и др.]. 2022. 5(98). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13790 (дата обращения: 08.08.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по получению очищенных растворов и солей фосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов. Установлены оптимальные нормы технологического режима. Исследованы процессы дегидратации дигидрофосфата, гидрофосфата натрия и их смеси в мольном отношении 1:2, полученных из экстракционной фосфорной кислоты путем обесфторивания, обессульфачивания, нейтрализацией карбонатом натрия, выпарки, отделения кристаллогидратов и сушки.

ABSTRACT

The results of studies on obtaining purified solutions and salts of sodium phosphates from extraction phosphoric acid based on phosphorites of the Central Kyzylkum are presented. Optimal norms of the technological regime have been established. The processes of dehydration of dihydrogen phosphate, sodium hydrogen phosphate and their mixture in a 1:2 molar ratio obtained from extraction phosphoric acid by defluorination, desulphurization, neutralization with sodium carbonate, evaporation, separation of crystalline hydrates, and drying have been studied.

 

Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, нейтрализация, моно-, динатрийфосфат, смесь соль, пиро- и полифосфатов натрия

Keywords: extraction phosphoric acid, neutralization, mono-, disodium phosphate, salt mixture, piro- and sodium polyphosphates

 

Введение

Основным фосфатным сырьем в Республике являются фосфориты Центральных Кызылкумов. Получаемая фосфорная кислота из мытого обожженного фосконцентрата используется, в основном, для получения фосфорсодержащих удобрений [8]. Несмотря не больную потребность в чистых солях фосфорной кислоты они в республике производятся в ограниченном количестве. Основная причина отсутствие технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты, от сопутствующих примесей – сульфатов, полуторных окислов, фтора. Разработаны условия очистки экстракционной фосфорной кислоты от соединений фтора и сульфатов [7]. Однако, степень очистки недостаточна для получения из нее солей кормовой чистоты. Кроме того, не изучены вопросы очистки кислоты от полуторных окислов до требуемой чистоты. В этом аспекте представляет интерес получение чистых орто- и полифосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов путем очистки кислоты осадительными методами.

Орто- и полифосфаты используется во многих отраслях промышленности и, в некоторых случаях, их просто невозможно заместить другими веществами [1-4]. Наиболее важным свойством полифосфатов натрия является способность связывать кальций и магний, умягчая тем самым воду. Другим свойством дегидратированных фосфатов аммония является способность пептизировать суспензии и снижать их вязкость, вследствие чего они используется при флотации руд. Пиро- и триполифосфаты натрия применяются в производстве синтетических моющих средств, в пищевой, кожевенной, текстильной промышленности и других отраслях.

Полифосфаты натрия получают на основе термической фосфорной или полифосфорной кислот. Однако, эти кислоты в Республике не производятся. Поэтому представляет интерес получение полифосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты, производимой в стране, путем дегидратации дигидро-, гидрофосфатов натрия и их смеси.

Исследования проводили в стекленном реакторе, снабженном механической мешалкой и помещенном в термостат. В качестве исходной ЭФК использовали кислоту производства АО «Аммофос-Максам», полученную в дигидратном режиме из мытого обожженного фосконцентрата.

Предварительную очистку от сульфатов и фтора проводили мытым обожжённым фосконцентратом (МОФК), карбонатом и метасиликатом натрия при их массовом соотношении 1,4:1 [9, 10]. Более концентрированные растворы кислоты получали упарной обесфторенной и обессульфаченной кислоты. Анализ кислоты, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [5, 6, 11].

Используемые в работе ортофосфаты получены путем кристаллизации из растворов. Получены два образца фосфатов натрия. Первые получены путем выпаривания растворов фосфатов натрия, охлаждения и фильтрации. Вторые образцы получены путем выпарки растворов фосфатов натрия до влажного состояния и сушки. Составы полученных фосфатов натрия приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Состав очищенных растворов ортофосфатов натрия

Наимено-вание

Na2O

Р2О5

Химический состав продукта, масс. %

P2O5

Na2O

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

NaH2PO4

0,44

18,42

8,16

0,09

0,72

0,07

0,02

0,53

0,004

2

Na2HPO4

0,87

16,39

14,26

0,07

0,59

0,03

0,01

0,40

0,002

3

NaH2PO4 +

2Na2HPO4

0,73

17,05

12,66

0,07

0,63

0,03

0,01

0,42

0,003

 

Таблица 2.

Химический состав кристаллогидратов и безводных солей фосфатов натрия, выделенных из растворов и полученных полной упаркой и сушкой растворов

Фосфат натрия

Химический состав, масc. %

Na2O

P2O5

SO3

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

F

1

NaH2PO4

25,47

57,31

0,995

0,223

0,049

0,0011

0,0012

0,0006

2

Na2HPO4∙Н2О

40,47

43,89

0,85

0,172

1,408

0,0596

0,0239

0,0048

3

Из раствора NaH2PO4

24,79

55,39

1,438

0,247

1,953

0,1762

0,0434

0,0108

4

Из раствора Na2HPO4

45,60

49,45

1,076

0,194

1,586

0,0672

0,0270

0,0054

 

Среди полифосфатов натрия наиболее широкое применение находит триполифосфат натрия, который получают из смеси дигидро- и гидрофосфатов натрия. Поэтому исследование начато с установления оптимальных технологических параметров получения полифосфатов натрия из дигидро- и гидрофосфатов натрия и их смеси, полученных путем их кристаллизации из растворов, высушенных при 95-105оС.

Влияние температуры и продолжительности дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав продукта приведен в таблицах 3 и 4.

Таблица 3.

Влияние температуры дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав при продолжительности процесса 2 часа (Na2O/P2O5=0,44)

Т, оС

Химический состав продукта, масс. %

Степень полимер. %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

200

25,75

58,12

35,27

22,85

0,284

2,28

0,22

0,06

1,68

0,003

39,32

2

250

26,57

59,98

31,81

28,17

0,293

2,35

0,228

0,06

1,73

0,003

46,96

3

300

27,28

61,54

30,58

30,96

0,300

2,41

0,235

0,06

1,77

0,002

50,31

4

350

27,40

61,85

29,70

32,15

0,302

2,42

0,238

0,07

1,78

0,001

51,98

5

400

27,52

62,15

28,91

33,24

0,303

2,43

0,241

0,07

1,79

0,001

53,48

6

450

27,69

62,42

28,82

33,60

0,304

2,45

0,241

0,07

1,80

0,001

53,83

7

500

27,85

62,87

28,95

33,92

0,307

2,46

0,242

0,07

1,81

0,001

53,95

8

550

27,89

62,95

28,97

33,98

0,308

2,47

0,242

0,07

1,81

0,001

53,98

 

Из табл. 3 видно, что повышение температуры от 200 до 550оС увеличивает содержание общих и полиформ фосфора. Содержание общей формы Р2О5 в продукте составляет 58,12-62,95%, полиформы Р2О5 22,85-33,98%, водной форма Р2О5 28,82-35,27%. При этом степень полимеризации составляет 39,32-53,98%. Аналогичные результаты получены и при увеличении продолжительности процесса дегидратации (табл. 4). При увеличении продолжительности процесса с 0,5 часа до 2,5 часов степень полимеризации повышается с 44,06% до 54,33%.

Таблица 4.

Влияние продолжительности процесса дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав при температуре 400оС (Na2O/P2O5=0,44)

τ,

час

Химический состав продукта, масс. %

Степ. полимер, %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

0,5

25,81

58,28

32,60

25,68

0,284

2,28

0,221

0,05

1,68

0,004

44,06

2

1,0

26,41

59,65

29,39

30,26

0,291

2,33

0,227

0,06

1,72

0,002

50,73

3

1,5

27,02

61,02

28,50

32,52

0,298

2,39

0,237

0,07

1,76

0,001

53,29

4

2,0

27,52

62,15

28,91

33,24

0,303

2,43

0,241

0,07

1,79

0,001

53,48

5

2,5

27,56

62,25

28,43

33,82

0,304

2,43

0,243

0,08

1,79

0,001

54,33

 

В таблице 5 приведены результаты дегидратации гидрофосфата натрия в зависимости от температуры при продолжительности процесса 2 часа, а в таблице 6 влияние продолжительности дегидратации при температуре 400°С.

Таблица 5.

Влияние температуры дегидратации гидрофосфата натрия на химический состав при продолжительности процесса 2 часа

Т, оС

Химический состав продукта, масс. %

Степень полимер, %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

200

41,31

47,54

47,35

0,19

0,203

1,711

0,087

0,03

1,19

0,004

0,4

2

250

42,75

49,19

18,83

30,36

0,211

1,776

0,090

0,03

1,24

0,003

61,73

3

300

43,92

50,54

3,49

47,05

0,216

1,819

0,092

0,031

1,26

0,002

93,10

4

350

44,20

50,86

2,84

48,02

0,217

1,832

0,091

0,031

1,27

0,002

94,40

5

400

44,47

51,17

2,34

48,83

0,218

1,842

0,094

0,032

1,28

0,001

95,42

6

450

44,54

51,22

2,07

49,15

0,218

1,844

0,094

0,032

1,28

0,001

95,96

7

500

44,59

51,26

1,80

49,46

0,219

1,845

0,094

0,032

1,28

0,001

96,48

8

550

44,61

51,28

1,78

49,50

0,219

1,846

0,095

0,033

1,28

сл

96,52

 

Повышение температуры дегидратации с 200°С до 550°С способствует повышению в продукте содержания общей формы Р2О5 с 47,54% до 51,28% (табл. 3.3). При этом содержание полиформы Р2О5 составляет 30,36-49,50%, а водорастворимая форма Р2О5 изменяется с 1,78% до 47,35%. Степень полимеризации достигает 96,5%.

При дегидратации гидрофосфата натрия при температуре 400°С и продолжительности процесса от 0,5 до 2,5 часов общая форма Р2О5 составляет 49,00-51,32%, а степень полимеризации - 91,67-95,53% (табл. 6).

Таблица 6.

Влияние продолжительности процесса дегидратации гидрофосфата натрия на химический состав при температуре 400оС

τ,

час

Химический состав продукта, масс. %

Степень полимер, %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

0,5

42,59

49,00

4,08

44,92

0,208

1,764

0,09

0,029

1,25

0,005

91,67

2

1,0

44,05

50,68

3,17

47,51

0,216

1,824

0,093

0,031

1,26

0,003

93,75

3

1,5

44,39

51,07

3,07

48,00

0,217

1,838

0,094

0,032

1,27

0,002

93,99

4

2,0

44,47

51,17

2,34

48,83

0,218

1,842

0,094

0,032

1,28

0,001

95,42

5

2,5

44,61

51,32

22,29

49,03

0,219

1,847

0,094

0,032

1,28

0,001

95,53

 

В таблицах 7 и 8 приведены данные влияния температуры и продолжительности процесса дегидратации на химический состав триполифосфата натрия, полученного из смеси 1 моли дигидрофосфата натрия и 2 молей гидрофосфата натрия с соотношением Na2O:P2O5=0,73.

Таблица 7.

Влияние продолжительности процесса дегидратации на изменение содержания различных форм Р2О5 при соотношении Na2O/P2O5 = 0,73 и температуре 400оС

Т, оС

Химический состав продукта, масс. %

Степень полимер, %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

0,5

39,45

53,12

3,51

49,61

0,218

1,95

0,123

0,030

1,369

0,002

93,39

2

1,0

39,79

53,58

2,64

50,94

0,220

1,97

0,125

0,031

1,381

0,002

95,07

3

1,5

40,03

53,90

1,61

52,29

0,221

1,98

0,125

0,031

1,389

0,001

97,01

4

2,0

40,18

54,11

1,42

52,69

0,222

1,99

0,126

0,031

1,395

0,001

97,38

5

2,5

40,19

54,13

1,40

52,73

0,222

1,99

0,126

0,031

1,396

0,001

97,41

 

Таблица 8.

Влияние температуры процесса дегидратации на изменение содержания различных форм P2O5 при мольном соотношении Na2O/P2O5=0,73 и продолжительности процесса 2 часа

Т, оС

Химический состав продукта, масс. %

Степень полимер. %

Na2O

P2O5общ.

P2O5водн.

P2O5поли.

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

SO3

F

1

300

39,54

53,25

3,39

49,86

0,218

1,97

0,125

0,030

1,373

0,003

93,63

2

350

39,91

53,78

2,47

51,31

0,221

1,98

0,125

0,030

1,386

0,002

95,41

3

400

40,18

54,11

1,42

52,69

0,222

1,99

0,126

0,031

1,395

0,001

97,38

4

450

40,20

54,14

1,24

52,90

0,222

1,99

0,126

0,031

1,396

0,001

97,71

5

500

40,22

54,16

1,11

53,05

0,222

2,0

0,127

0,031

1,397

0,001

97,95

6

550

40,23

54,17

1,09

53,08

0,222

2,0

0,127

0,031

1,397

0,001

97,99

7

600

40,24

54,18

1,09

53,09

0,223

2,01

0,128

0,031

1,398

сл.

98,00

 

В процессе дегидратации смеси солей при 400оС с увеличением продолжительности процесса от 0,5 часа до 2,5 часов содержание общей формы Р2О5 повышается с 53,12% до 54,13%. Степень полимеризации составляет 93,39-97,71%. Содержание Nа2О повышается с 39,45% до 40,19%. Оптимальной является продолжительность процесса прокалки 2 часа при температуре 400°С.

Исследования по влиянию температуры дегидратации на изменение содержания различных форм Р2О5 триполифосфата натрия проводили при продолжительности процесса - 2 часа. Полученные результаты приведены в таблице 3.6.

Из неё видно, что для получения максимального содержания полиформы Р2О5 необходима температура 400°С и более. Повышение температуры до 500 и 600°С не оказывает существенного влияния на изменение форм Р2О5 продуктов дегидратации.

Полученные результаты указывают на то, что для получения полифосфатов натрия и их смеси с приемлемой степень полимеризации необходимо процесс дегидратации приводить при температуре не менее 400оС и продолжительности прокалки 2 часа.

Таким образом, исследованы процессы дегидратации дигидрофосфата, гидрофосфата натрия и их смеси в мольном отношении 1:2, полученных из ЭФК путем обесфторивания, обессульфачивания, нейтрализацией карбонатом натрия, выпарки, отделения кристаллогидратов и сушки. Оптимальной температурой процесса дегидратации является 400оС и продолжительность процесса 2 часа.

 

Список литературы:

  1. Barth A.P., Tormena C.F., Viotto W.H. pH influences hydrolysis of sodium polyphosphate in dairy matrices and the structure of processed cheese. // Journal of Dairy Science. 2017. DOI: 10.3168/jds.2017-12764. pp. 8735-8743.
  2. Cheremysinova А., Sknar I., Kozlov Y., Sverdlikovska O., Sigunov O. Study of thermal dehydration of sodium orthophosphate monosubstituted // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 3/6 (8) 2017. ISSN 1729-3774. pp. 60-66.
  3. Sadegh F., Fayazi A. Analysis of crystalline structure of sodium tripolyphosphate: effect of pH of solution and calcination condition // Ind. and Eng. Chem. Res. -2012. - 51, № 3. pp. 1093-1098.
  4. Жданов Ю.Ф. Химия и технология полифосфатов, М.: Химия, 1979. 240 c.
  5. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. – М.: Госхимиздат, 1982. – 352 с.
  6. Методы анализа фосфатного сыря, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. – М.: Химия, 1974. – 218 с.
  7. Мирзакулов Х.Ч. Разработка ресурсосберегающей технологии переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов на фосфорсодержащие удобрения. Дисс. … докт. техн. наук. – Ташкент, 2009. – 338 с.
  8. Садыков Б.Б., Волынскова Н.В. Состояние и перспективы развития производства фосфорных удобрений АО «Аммофос-Максам». Тезисы докладов международной конференции «Ресурсосберегающие технологии переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов в фосфосодержащие удобрения и фосфорные соли». Алмалык – Ташкент, 2016. – С. 6-10.
  9. Способ получения фосфата натрия / Мирзакулов Х.Ч., Асамов Д.Д., Усманов И.И., Мирмусаева К.С. и др. // Патент № IAP 04968, UZ, МПК8 С 01 В 25/00. Опубл. 28.11.2014. Бюл. № 11.
  10. Хужамкулов С.З., Меликулова Г.Э., Мирмусаева К.С., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения кремнефторида натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. – 2016. – № 1. – С. 34-40.
  11. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. – М.: Химия, 1970. – 360 с.
Информация об авторах

стар. препод. Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Senior teacher of Tashkent institute of chemical technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

магистрант Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Master student of Tashkent institute of chemical technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

доцент Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Associate professor of Tashkent institute of chemical technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent

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.
Top