д-р техн. наук, проф., Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Исследование процесса получения ортофосфатов натрия из фосфоритов Центральных Кызылкумов, пригодных для получения полифосфатов
Research of process of reception ortophosphate of sodium from phosphorites Central Kyzylkum, suitable polyphosphates for reception
25.07.2018
994
Цитировать:
Исследование процесса получения ортофосфатов натрия из фосфоритов Центральных Кызылкумов, пригодных для получения полифосфатов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хужамбердиев Ш.М. [и др.]. 2018. № 7 (52). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6156 (дата обращения: 21.11.2024).
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты исследований по получению ортофосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов. Показано, что при обесфторивании, обессульфачивании и нейтрализации кислоты карбонатом натрия получаются растворы с содержанием фтора менее 0,002%. Максимальная степень осаждение примесей из очищенной экстракционной фосфорной кислоты достигается при норме карбоната натрия 100-110% на образование мононатрийфосфата.
Выделены кристаллогидраты моно-, динатрийфосфатов и их смеси при мольном соотношении 1:2 путем упарки очищенных растворов ортофосфатов натрия до концентрации 60-65%, последующим охлаждением до температуры 25-30 оС и отделением кристаллогидратов и упарки растворов ортофосфатов до влажного состояния и сушки.
Выделенные кристаллогидраты содержат меньше примесей, чем соли, полученные упаркой и сушкой растворов ортофосфатов натрия. Безводные фосфаты натрия, полученные путем кристаллизации из растворов, по чистоте соответствует требованиям к кормовым фосфатам натрия, а полученные непосредственно путем выпарки и сушки растворов фосфатов натрия содержат повышенное содержание примесей и низкое содержание основного вещества. Для получения полифосфатов натрия лучше использовать соли натрия полученные путем их кристаллизации из очищенных растворов. Приведена технологическая схема получения ортофосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов.
ABSTRACT
Results of researches on reception sodium ortophosphate from extraction phosphoric acid on the basis of phosphorites of Central Kyzylkum are resulted. It is shown, that at desulfonation, defluorination and neutralisations of acid by a sodium carbonate turn out solutions with the maintenance of fluorine less than 0,002 %. The maximum degree sedimentation of impurity from cleared extraction phosphoric acid is reached at norm of sodium carbonate of 100-110% on formation monosodiumphosphate.
Are allocated crystallohydrates mono - disodiumphosphate and their mixes at molal a parity 1:2 by evaporation the cleared solutions ortophosphate sodium to concentration of 60-65 %, the subsequent cooling to temperature 25-30 оС and branch crystallohydration and by evaporation solutions orthophosphate to a damp condition and drying.
Allocated crystallohydrates contain less impurity, than the salts received evaporating and drying of solutions of sodium ortophosphate. The waterless phosphates of sodium received by crystallisation from solutions, on cleanliness corresponds to requirements to feed phosphates sodium, and received directly by evaporation and drying of solutions phosphates sodium contain the raised maintenance of impurity and the low maintenance of the basic substance. For reception of polyphosphates sodium it is better to use sodium salts received by their crystallisation from the cleared solutions. The technological scheme of reception ortophosphate sodium from extraction phosphoric acid on the basis of phosphorites Central Kyzylkum is resulted.
Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, нейтрализация, карбонат натрия, выпарка, кристаллизация.
Keywords: extraction phosphoric acid, neutralisation, sodium carbonate, evaporate, crystallisation.
Полифосфаты натрия используются в различных отраслях промышленности. Они незаменимы для снижения жесткости воды, при флотации руд, удалении жиров и масла из хлопка, шерсти, шелка, в органическом синтезе. Производство полифосфатов натрия базируется на фосфорной кислоте. Эта кислоте может быть как термическая, так и полифосфорная. Современное развитие производства солей фосфорной кислоты базируется на использование более дешевой, очищенной фосфорной кислоты [6]. Экстракционная фосфорная кислота, получаемая кислотным разложением фосфатного сырья, используется, в основным, для производства удобрений и технических солей. Для получения чистых солей фосфорной кислоты экстракционную фосфорную кислоту необходимо очищать от соответствующих примесей [5]. В условиях Республики наиболее предпочтительны осадительные методы очистки экстракционной фосфорной кислоты [4,7].
Ранее были проведены исследования по обессульфачиванию частично обесфторенной солями натрия экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов оксидом, гидрооксидом и мытым обожженным фосконцентратом и установлены оптимальные нормы технологического режима получения очищенных от фтора и сульфатов растворов экстракционной фосфорной кислоты [2,1,6].
Растворы ортофосфатов натрия получены нейтрализацией обесфторенных и обессульфаченных растворов экстракционной фосфорной кислоты карбонатом натрия до образования мононатрийфосфата, смеси из одной моли мононатрийфосфата и двух молей динатрийфосфата и динатрийфосфата. Составы очищенных растворов ортофосфатов натрия и их смеси приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что путем нейтрализации обесфторенной и обессульфаченной экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов карбонатом натрия и отделения выпавших осадков можно получить очищены от примесей растворы фосфатов натрия. Содержание Р2О5 составляет 16,39-18,42%, Na2O – 9,14-16,96%, MgO –0,59-0,72%, фтора 0,002-0,004%. Содержания CaO, Al2O3 и Fe2O3 составляют сотые доли процента.
Таблица 1.
Состав используемых очищенных растворов ортофосфатов натрия
|
№ |
Наименование |
Na2O Р2О5 |
Химический состав продукта, масс. % |
|||||||
|
P2O5 |
Na2O |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
Fe2O3 |
SO3 |
F |
|||
|
1 |
NaH2PO4 |
0,44 |
18,42 |
9,14 |
0,09 |
0,72 |
0,07 |
0,02 |
0,53 |
0,004 |
|
2 |
Na2HPO4 |
0,87 |
16,39 |
16,96 |
0,07 |
0,59 |
0,03 |
0,01 |
0,40 |
0,002 |
|
3 |
NaH2PO4 + 2Na2HPO4 |
0,73 |
16,95 |
14,74 |
0,07 |
0,63 |
0,03 |
0,01 |
0,42 |
0,002 |
Установлено, что максимальное осаждение примесей из очищенной экстракционной фосфорной кислоты достигается при норме карбоната натрия 100-110% на образование мононатрийфосфата. При этом осадок содержит 2,29-2,36 % Na2O, 13,36-12,73% Р2О5, 27,75-28,25% CaO, 7,29-7,39 % MgO, 18,71-18,91% Al2O3, 12,50-12,77% Fe2O3, 4,40-4,74 % SO3, и 4,40-4,74 % F. Разделение твердой и жидкой фаз производили центрифугированием [8].
Выделены кристаллогидраты моно-, динатрийфосфатов и их смеси при мольном соотношении 1:2 путем упарки очищенных растворов ортофосфатов натрия до концентрации 60-65%, последующим охлаждением до температуры 25-30 оС и отделением кристаллогидратов и упарки растворов ортофосфатов до влажного состояния и сушки.
В таблице 2 приведены химические составы высушенных кристаллогидратов и ортофосфатов, полученных упаркой до влажного состояния и последующей сушкой до безводного состояния.
Полученные данные указывают, что выделенные кристаллогидраты содержат меньше примесей, чем соли, полученные упаркой и сушкой растворов ортофосфатов натрия. Безводные фосфаты натрия, полученные путем кристаллизации из растворов по чистоте соответствует требованиям к кормовым фосфатам натрия, а полученные непосредственно путем выпарки и сушки растворов фосфатов натрия содержат повышенное содержание примесей и низкое содержание основного вещества.
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 |
NaH2PO4·2H2O |
25,51 |
04 |
0,385 |
0,087 |
0,021 |
0,0010 |
0,0011 |
0,0007 |
|
2 |
NaH2PO4·H2O |
25,52 |
57,64 |
0,714 |
0,137 |
0,032 |
0,0010 |
0,0014 |
0,0006 |
|
3 |
NaH2PO4 |
25,47 |
57,31 |
0,995 |
0,223 |
0,049 |
0,0011 |
0,0012 |
0,0006 |
|
4 |
Na2HPO4·12H2O |
43,34 |
52,20 |
0,621 |
0,189 |
1,630 |
0,0073 |
0,0085 |
0,0008 |
|
5 |
Na2HPO4·7H2O |
41,51 |
52,13 |
1,091 |
0,338 |
2,900 |
0,0125 |
0,0177 |
0,0013 |
|
6 |
Na2HPO4·2H2O |
43,36 |
52,29 |
0,529 |
0,186 |
1,614 |
0,0061 |
0,0083 |
0,0006 |
|
7 |
Раствор NaH2PO4 |
24,79 |
55,39 |
1,438 |
0,247 |
1,953 |
0,1762 |
0,0434 |
0,0108 |
|
8 |
Раствор Na2HPO4 |
45,60 |
49,45 |
1,076 |
0,194 |
1,586 |
0,0672 |
0,0270 |
0,0054 |
|
9 |
NaH2PO4 + 2 Na2HPO4 |
53,83 |
37,62 |
0,21 |
1,45 |
0,0063 |
0,0087 |
0,74 |
0,0008 |
Для получения полифосфатов натрия лучше использовать соли натрия, полученные путем их кристаллизации из очищенных растворов.
Проведенные исследования и полученные результаты явились основой для разработки технологической схемы, материального баланса и установки норм технологического режима. Технологическая схема производства ортофосфатов натрия представлена на рисунке 1.
Обесфторенная экстракционная фосфорная кислота (с концентрацией 15-21% Р2О5) из хранилища экстракционной фосфорной кислоты (поз. 1) при температуре 60-80 °С насосом (поз. 2) подается в реактор обессульфачивания (поз. 3), куда из бункера (поз. 4) ленточным дозатором (поз. 5) подается мытый обожженный фосконцентрат (МОФК). При этом проводится обессульфачивание экстракционной фосфорной кислоты при соотношении СаО:SO3 = (1,2-1,5):1,0 в течение 30-60 мин. Из реактора обессульфачивания пульпа подается в отстойник-сгуститель (поз. 6), где она сгущается в течение 30-60 мин. Затем сгущенная часть при соотношение Ж:Т = (5-7):1 разделяется фильтрованием на ленточном вакуум-фильтре (поз. 7). Обессульфаченная экстракционная фосфорная кислота направляется в хранилище очищенной экстракционной фосфорной кислоты (поз. 8).
/Khujamberdiev.files/image001.png)
Рисунок 1. Принципиальная технологическая схема очистки экстракционной фосфорной кислоты и кристаллизации дигидро- и гидрофосфатов натрия
Обесфторенная и обессульфаченная экстракционная фосфорная кислота насосом (поз. 9) перекачивается в реактор-нейтрализатор (поз. 10), где она нейтрализуется при 60-80 °С карбонатом натрия, подаваемым из бункера (поз. 11), ленточным дозатором (поз. 12) до соотношения Na2О:Р2O5=(1,00-1,05):1,0. Продолжительность процесса 30-60 мин. Фосфатный шлам отделяется в центрифуге (поз. 13). Соотношение Ж:Т в сгущенной части пульпы составляет (2,5-3,0):1. Раствор дигидрофосфата натрия из хранилища (поз. 14) направляется в выпарной аппарат (поз. 16) с принудительной циркуляцией (поз. 18) и выносной греющей камерой (поз. 17), где упаривается при температуре 110-120 °С до концентраций, обеспечивающих получение после охлаждения кристаллогидратов с заданным количеством молекул воды: NaH2PO4 – 64-66 %, NaH2PO4·Н2О – 59-61 %, NaH2PO4·2Н2О – 52-58 %. При производстве технических фосфатов натрия пульпа после упарки направляется в БГС для сушки (на схеме не указано).
Раствор дигидрофосфата натрия охлаждается в кристаллизаторе (поз. 19) При этом обеспечивается кристаллизация крупных, хорошо фильтрующихся кристаллов. Соотношение Ж:Т в конечной суспензии составляет (6-8):1. Полученные кристаллы отделяют на вакуум-фильтре (поз. 20) и направляют на сушку, маточный раствор собирается в сборнике (поз. 21), откуда насосом (поз. 22) перекачивается в хранилище раствора дигидрофосфата натрия (поз. 14).
Таким образом, проведенные исследования показали возможность получения ортофосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов, пригодных для получения пирофосфатов натрия. При выделении ортофосфатов натрия из насыщенных растворов ортофосфатов натрия и последующей сушке получаются более чистые соли, чем путем упарки очищенных растворов до влажного состояния и сушки.
Список литературы:
1. Арифджанова К.С., Хужамкулов С.З., Нормурордов Б.А., Шамаев Б.Э., Мирзакулов Х.Ч. Обессульфачива-ние экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов необогащенным фос-фатным сырьем. // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2016. -№4. – С. 27-33.
2. Арифджанова К.С., Мирзакулов Х.Ч., Меликулова Г.Э., Хужамкулов С.З., Усманов И.И. Исследования про-цесса обессульфачивания экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химическая промышленность. – Москва. 2017, - № 5.
3. Astaric euts phophorus // Chemical and Engineering News. – 2001. - N14. – р. 15-19.
4. Хужамкулов С.З., Асамов Д.Д., Бардин С.В., Мирзакулов Х.Ч. Обесфторивание экстракционной фосфорной кислоты солями натрия. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2008, №2. –С. 16-19.
5. Кочетков С.П., Смирнов Н.Н., Ильин А.П. Концентрирование и очистка экстракционной фосфорной кисло-ты. Иваново, 2007. 308 с. Ивановский химико-технологический университет. ISBN – 5 – 9616 – 0212 – 5.
6. Меликулова Г.Э., Арифджанова К.С., Юсупова Г.Х., Хужамкулов С.З., Мирзакулов Х.Ч. Влияние техноло-гических параметров на процесс обессульфачивания экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. // Химия и химическая технология. – Ташкент, 2017. – № 2. – С. 11-15.
7. Мирмусаева К.С. Технология производства ортофосфатов натрия на основе экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Дисс … канд. техн. наук. Ташкент, 2011. 169 с.
8. Мирмусаева К.С., Асамов Д.Д., Мирзакулов Х.Ч., Садыков Б.Б., Волынскова Н.В. Реологическая свойства пульп и растворов при нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты гидроксидом, гидрокарбонатом и карбонатом натрия. // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2010. - № 1. – С. 24-28
Информация об авторах
Doctor of Technical Sciences, Prof.; Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
докторант Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент
PhD 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
старший преподаватель кафедры химической технологии Термезского филиала Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова ,Республика Узбекистан, г. Термез
Senior Lecturer, Department of Chemical Technology, Termez Branch, Tashkent State Technical University named after Islam Karimov, Republic of Uzbekistan, Termez