Исследование процессов получения триполифосфата натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов

Research of processes of reception of sodium threepolyphosphate from exraction phosphoric acid on the basis of phosphorites Central Kyzylkum
Цитировать:
Мирзакулов Х.Ч., Хужамбердиев Ш.М., Арифджанова К.С. Исследование процессов получения триполифосфата натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2017. № 10 (43). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/5198 (дата обращения: 22.06.2021).
Прочитать статью:
Keywords: extraction phosphoric acid, desulfonation, defluorination, evaporation, ammonization, pulping, filtration

АННОТАЦИЯ

В статье приводятся результаты получения полифосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов. Показано, что обессульфачивании и обесфторивании продукционной ЭФК мытым обожженным фосфатном концентратом, карбонатом и метасиликатом натрия содержание сульфатов снижается с 2,32% до 0,74%, фтора с 1,25% до 0,36%.

При упарке предварительно обессульфаченной и обесфторенной кислоты до концентрации 40-55% Р2О5 содержание сульфатов снижается до 0,084-0,115%, а фтора до 0,001%.

Путем аммонизации упаренных кислот до рН 3,2-3,5 и последующей распульповкой и отделением жидкой фазы получены растворы с содержанием 25% Р2О5 и 0,12-0,15% СаО, 0,64-0,86% МgО, 0,14-0,19% Fе2О3, 0,19-0,26% Аl2О3, 0,05%  SО3.

Нейтрализацией очищенных растворов карбонатом натрия до соотношения Nа2О:Р2О5 = 0,73, упарки до влажного состояния, сушки и прокалки получен триполифосфат натрия. Установлены оптимальные технологические параметры процесса дегидратации – температура 400 оС и продолжительность процесса 2 часа. При этом триполифосфат натрия на основе экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов содержит не мене 54,0% Р2О5.

ABSTRACT

In article results of reception of sodium polyphosphates from extraction phosphoric acid on the basis of phosphorites Central kyzylkum are resulted. It is shown, that desulfonation and defluorination of product EFA washed burnt phosphatic concentrate, sodium carbonate and metasilicate of the contents of sulphates decreases from 2,32 % to 0,74 %, fluorine from 1,25 % to 0,36 %.

At evaporation preliminary desulfonation and defluorination acids to concentration of 40-55 % Р2О5 the contents of sulphates decreases to 0,084-0,115 %, and fluorine to 0,001 %.

By ammonization of evaporated acids to рН 3,2-3,5 both the subsequent pulping and branch of a liquid phase solutions with the contents of 25 % Р2О5 and 0,12-0,15 % СаО, 0,64-0,86 % МgО, 0,14-0,19 % Fе2О3, 0,19-0,26 % Аl2О3, 0,05 % SО3 are received.

By neutralization of the cleared solutions by sodium carbonate of to ratio Nа2О:Р2О5 = 0,73, evaporation to damp condition, drying and calcinate it is received sodium threepolyphosphat. Optimum technological parameters of process dehydratation - temperature of 400 °C and duration of process are established 2 hours. Thus  sodium threepolyphosphat on the basis of extraction phosphoric acid from phosphorites of Central Kyzylkum contains not less 54,0 % Р2О5.

 

Экономическое развитие страны предусматривает дальнейшую модернизацию и деверсификацию промышленности путем перевода ее на качественно новый уровень, производство готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов, освоение выпуска принципиально новых видов продукции и технологий, обеспечение на этой основе конкурентоспособности отечественных товаров на внешних и внутренних рынках [4].

Орто и полифосфаты натрия широко используются в различных отраслях экономики. Широкое использование полифосфатов натрия основано на их способности умягчать воду и повышать моющие свойства поверхностно-активных веществ [3].

Химическая промышленность Республики перерабатывает фосфатное сырье Центральных Кызылкумов (ЦК), содержащее 16-18% Р2О5 [6]. Получаемая из фосфоритов ЦК экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) сильно загрязнена магнием, полуторными окислами, сульфат ионами, фтором и используется только для производства минеральных удобрений.

Несмотря на широту использования и большую потребность в чистых фосфатах натрия в Республике отсутствует их производство. Это в первую очередь связано с использованием бедного фосфатного сырья и отсутствием производства органических растворителей для очистки ЭФК. В этом аспекте представляется интересным получение чистых фосфатов натрия  путем упарки ЭФК и ее отчистки в процессе получения фосфорных солей высокой квалификации.

 Представляет  интерес получение полифосфатов натрия, и в частности, триполифосфата натрия, из ЭФК минуя стадии о получения полифосфорной кислоты или ортофосфатов натрия путём аммонизации ЭФК, упаренной до содержания 40-55% Р2О5. Для этих целей, в основном, используют ЭФК из апатитового концентрата, характеризующуюся малым содержанием примесей, в частности магния. ЭФК из фосфоритов ЦК характеризуется относительно низким содержанием примесей магния и железа, что создаёт определённые предпосылки для её концентрирования.

Для определения возможности получения концентрированных ЭФК и их последующей переработки на полифосфаты натрия необходимы сведения о составе и свойствах концентрированных кислот, содержании примесей и в особенности фтора.

В качестве исходной ЭФК использовали кислоту производства АО «Аммофос – Максам», полученную в дигидратном режиме из мытого обожженного фосконцентрата ЦК состава (масс. %): Р2О5 – 18,31; СаО – 0,31; 0,40% МgО, SO3 – 2,32; Al2O3  - 0,77; Fe2O3 – 0,68; F – 1,25; As – 3,25·10-4; Pb – 1,3·10-5.

Предварительную очистку от сульфатов и фтора проводили мытым обожжённым фосконцентратом (МОФК), карбонатом и метасиликатом натрия при их массовом соотношении 1,4 [1; 2].

Анализ кислоты, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [5; 7; 8].

Введение карбоната, метасиликата натрия и МОФК позволяет существенно снизить содержание фтора с 1,25% до 0,36% и сульфатов с 2,32% до 0,74%. При этом увеличивается содержание в кислоте СаО до 2,92%, содержание остальных компонентов изменяется незначительно. В связи с тем, что степень осаждения сульфатов при этом составляет около 70%, доочистку проводили карбонатом бария  из расчёта стехиометрической нормы на остаточное количество SO3 после обессульфачивания МОФК. Химический состав ЭФК после очистки имел состав (масс. %): Р2О5 – 19,06; СаО – 0,90; MgO – 0,42; SO3 – 0,04; Al2O3  - 0,72; Fe2O3 – 1,21; F – 0,22; As – 1,9·10-4; Pb – 2,3·10-6. Обесфторенная и обесульфаченная ЭФК содержит значительные количества кальция и полуторных окислов, содержание которых при концентрировании кислоты увеличивается в разы. Поэтому концентрирование ЭФК проводили без предварительной очистки от кальция и полуторных окислов.

С целью повышения содержания основного компонента в готовом продукте частично очищенные растворы кислоты выпаривали до концентраций 40%, 45%, 50% и 55% Р2О5. Полученные данные приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы с повышением концентрации кислоты количество сульфатных соединений повышается и составляет 0,084-0,115%.

Таблица 1.

Химический состав концентрированных растворов экстракционной фосфорной кислоты

Компоненты

Содержание компонентов, %

40 % Р2О5

45 % Р2О5

50 % Р2О5

55 % Р2О5

SO3

0,084

0,094

0,105

0,115

CaO

1,88

2,13

2,36

2,59

MgO

0,88

0,99

1,10

1,21

Fe2O3

2,54

2,85

3,17

3,49

Al2O3

1,51

1,70

1,88

2,07

As

1,7·10-4

2,1·10-4

2,5·10-4

2,7·10-4

Pb

8,7·10-6

10,35·10-6

12·10-6

13·10-6

F

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

 

Содержание фтора во всех концентраций ЭФК значительно уменьшается и не превышает 0,001%. Содержание других примесей кислоты повышается по мере концентрирования кислоты. Содержание окиси кальция составляет 1,88-2,59%, окиси магния 0,88-1,21%, окиси железа 2,54-3,49%, окиси алюминия 1,51-2,07%. Содержание мышьяка изменяется от 1,7·10-4 до 2,7·10-4, а свинца от 8,7·10-6 до 13·10-6.

Упаренные до содержание 40-55% Р2О5  предварительно обесфторенные и обессульфаченные кислоты содержат значительные количества алюминия и железа. Для снижения содержания алюминия и железа, упаренные кислоты аммонизировали до рН 3,2-3,5. При рН выше 2 заметно повышается вязкость аммонизированной пульпы. Поэтому для получения растворов, пригодных для фильтрования, пульпу распульповывали в воде до концентрации 25% Р2О5, отделяли нерастворимый остаток и анализировали на содержание основных компонентов (табл. 2).

Таблица 2.

Химический состав аммонизированных, распульпованных и отфильтрованных растворов на основе концентрированных кислот

Компоненты

Содержание компонентов, %

40% Р2О5

45% Р2О5

50% Р2О5

55% Р2О5

CaO

0,12

0,13

0,14

0,15

MgO

0,64

0,65

0,67

0,86

Fe2O3

0,14

0,16

0,18

0,19

Al2O3

0,19

0,20

0,24

0,26

As

1,3·10-4

1,35·10-4

1,40·10-4

1,54·10-4

Pb

5,98·10-6

0,63·10-6

0,66·10-6

8,6·10-6

F

сл.

сл.

сл.

сл.

SO3

0,05

0,05

0,05

0,05

 

Как видно из таблицы после нейтрализации кислот газообразным аммиаком значительно снизилось содержание в осветлённой части пульпы содержание практически всех примесей за исключением сульфатов. Однако, с повышением концентрации Р2О5 с 40% до 55% содержание примесей увеличивается. Так, при аммонизации кислоты до рН – 3,2-3,5 количество MgO в 40% растворе уменьшается до 0,64%, Fe2O3 - до 0,14%, Al2O3 – до 0,19%, Pb – до 5,98·10-6.

То же самое можно наблюдать и в растворах на основе 50 и 55% ЭФК. Количество MgO в растворе на основе 50% фосфорной кислоты уменьшается до 0,67%, Fe2O3 - до 0,18%, Al2O3 – до 0,24%, Pb – до 0,66·10-6. Количество MgO в растворе на основе 55% фосфорной кислоты уменьшается до 0,86%, Fe2O3 - до 0,19%, Al2O3 – до 0,26%, Pb – до 8,6·10-6.

Очищенные от полуторных окислов и кальция растворы нейтрализовали карбонатом натрия до соотношения  Na2O:P2O5 = 0,73, упаривали до влажного состояния и сушили. Далее изучено влияние продолжительности процесса и температуры прокалки на изменения химического состава высушенной соли. Полученные данные приведены в таблицах 3 и 4.

В процессе дегидратации смеси солей при 400оС в зависимости от продолжительности процесса от 0,5 часов до 2,5 часов содержание общей формы Р2О5 повышается с 53,15% до 54,16%, полностью отсутствуют водные и усвояемые ортоформы Р2О5. Содержание полиформ Р2О5 незначительно повышается и составляет 52,94-53,95% усвояемая и 49,68-52,76% водная.

Таблица 3

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

τ,

час

Химический состав, масс. %

Na2O

P2O5общ.

P2O5усв.

(поли+орто)

P2O5водн.

(поли+орто)

1

0,5

39,52

53,15

52,94

49,68

2

1,0

39,75

53,61

53,40

51,22

3

1,5

39,97

53,93

53,72

51,84

4

2,0

40,20

54,14

53,93

52,69

5

2,5

40,45

54,16

53,95

52,76

 

Содержание Nа2О повышается с 39,52% до 40,45%. 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 4.

Из таблицы 4 видно, что для получения 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.

Таблица 4

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

T, oC

Химический состав, масс. %

Na2O

P2O5 общ.

P2O5усв. (поли+орто)

P2O5вод. (поли+орто)

1

300

39,54

53,25

53,04

49,86

2

400

40,20

54,14

53,93

52,69

3

500

40,22

54,16

53,95

53,05

4

600

40,31

54,17

53,96

52,93

 

Таким образом, показана возможность получения триполифосфата натрия из ЭФК на основе фосфоритов ЦК. Для этого необходимо обессульфаченную и обесфторенную ЭФК упаривать до содержания 50-55% Р2О5, аммонизировать до рН 3,2-3,5, распульповать до содержания 25% Р2О5, разделить жидкую и твердую фазы, жидкую фазу нейтрализовать карбонатом натрия до соотношения Na2O:P2O5 = 0,73, выпарить до влажного состояния, высушить и дегидратировать при температуре не ниже 400оС в течение 1,5-2 часов. При этом получается триполифосфат натрия с содержанием не менее 54,0% общей формы Р2О5 и соответствующий первому сорту по ГОСТ 13493-86, предназначенный для горнорудной промышленности. Для получения более высоких сортов триполифосфата натрия необходима дополнительная очистка от сопутствующих примесей. 


Список литературы:

Исследование процессов получения кремнефторида натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов / С.З. Хужамкулов, Г.Э. Меликулова, К.С. Мирмусаева и др. // Химическая технология. Контроль и управление. – 2016. – № 1. – С. 34-40.
2. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. – М.: Госхимиздат, 1982. – 352 с.
3. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. – М.: Химия, 1974. – 218 с.
4. Способ получения фосфата натрия / Х.Ч. Мирзакулов, Д.Д. Асамов, И.И. Усманов и др. // Патент № IAP 04968, UZ, МПК8 С 01 В 25/00. Опубл. 28.11.2014. Бюл. № 11.
5. Указ Президента Республики Узбекистан № УП-4947 от 07.02.2017. «О стратегии действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан» // Собрание законодательства Республики Узбекистан. – 2017. – № 6. – С. 70-73.
6. Фосфоритная продукция Ташкура (O'z.DSt 2825:2014). Общие технические условия. – Ташкент: 2014. – 7 с.
7. Химическая технология неорганических веществ: В 2-х кн. – Кн. 1 / Под ред. Т.Г. Ахметова. – М.: Высшая школа, 2002. – 688 с.
8. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. – М.: Химия, 1970. – 360 с.

Информация об авторах

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

преподаватель Термизского государственного университета 190100, Республика Узбекистан, г. Термез, улица Навои, 43

Teacher of Termiz state university 190100, Republic of Uzbekistan, Termiz, Navoi st., 43

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

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

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