ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ДИГИДРОФОСФАТА, ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ И ИХ СМЕСИ

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

Таблица 2.

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

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 95-105^оС.

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)

Из табл. 3 видно, что повышение температуры от 200 до 550^оС 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 400^оС (Na₂O/P₂O₅=0,44)

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

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 400^оС

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 400^оС

Таблица 8.

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

В процессе дегидратации смеси солей при 400^оС 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 400^оС 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 400^оС 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.