Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Центральных Кызылкумов

Study of the wet process phosphoric acid process of phosphoconcentrate of Central Kyzlikum
Цитировать:
Исследование процесса получения экстракционной фосфорной кислоты из фосфоконцентрата Центральных Кызылкумов // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Нурмуродов Т.И. [и др.]. 2018. № 7 (52). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6162 (дата обращения: 28.01.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В настоящее время в Узбекистане ЭФК получают из термоконцентратa фосфоритов Центральных Кызылкумов, что создает некоторые технологические и экономические проблемы: дороговизна сырья, трудность регулирования температурного режима экстракции, низкая концентрация получаемой кислоты. В связи с этим одной из задач является исследование процесса получения ЭФК с низкой себестоимостью из необожженного фосфоконцентрата.

Сущность предлагаемой технологии заключается в предварительной обработке необожжённого мытого сушеного фосфоконцентрата (НМСК ФЦК) смесью оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой с достижением достаточной степени декарбонизации и дальнейшем проведении процесса экстракции в дигидратном режиме.

Представлена разработанная технологическая схема получения ЭФК из НМСК ФЦК.

ABSTRACT

In Uzbekistan, wet process phosphoric acid (WPA) receives from the thermoconcentrate of the Central Kyzylkum phosphorites, which creates some technological and economic problems: the high cost of raw materials, the difficulty in regulating the temperature regime of extraction, and the low concentration of the produced WPA. In this case, one of the tasks is to study the process of obtaining WPA with a low cost from unburned phosphorus concentrate.

The essence of the proposed technology consists in pretreatment of the unburned washed and dried phosphoric concentrate (UWDPC) with a mixture of recycled WPA and/or circulating pulp with the achievement of a sufficient degree of decarbonization and further carrying out the extraction process in the dihydrate regime.

The developed technological scheme of obtaining WPA from UWDPC is presented.

 

Ключевые слова: фосфориты Центральных Кызылкумов, переработка, экстракционная фосфорная кислота, необожженный мытый сушеный концентрат, кек, сернокислотная переработка, микроэлементная карта.

Keywords: phosphorites of Central Kyzylkum, processing, wet process phosphoric acid, unburned washed dried concentrate, cake, sulfuric acid processing, microelement map.

 

В настоящее время в Узбекистане ЭФК получают из термоконцентрата фосфоритов Центральных Кызылкумов, что создает некоторые технологические и экономические проблемы: дороговизна сырья, трудность регулирования температурного режима экстракции, низкая концентрация получаемой кислоты [1]. В связи с этим одной из задач является исследование процесса получения ЭФК с низкой себестоимостью из необожженного фосфоконцентрата [3].

Лабораторные исследования проводились на модельной установке с использованием оборотных растворов ЭФК концентрацией 3,80-18,91% Р2О5, НПСК ФЦК с содержанием, (масс. %) Р2О5 – 23,06; MgO – 0,40; Al2O3 –0,47; CaO – 50,26; F – 2,3; CO2 – 16,1 и др., серная кислота концентрацией 93,5% разбавляли до 60%.

Определенное количество НМСК ФЦК обрабатывали 60%-ной смесью серной кислоты, разбавленной частью оборотной ЭФК, и/или циркулирующей пульпы в течении 10-15 мин при 70-80 0С [3]. Норма серной кислоты – 100% от стехиометрии на СаО и MgO.

Следует отметить, что при обработке 50%-ной серной кислотой, наблюдается обильное пенообразование, при этом через 15 мин степень декарбонизации составляет 45,4% и образуется пеномасса. В случае обработки данной массы на второй стадии наблюдается практически такое же обильное пенообразование, как и в первом.

В случае обработки НМСК ФЦК 90%-ной серной кислотой, разбавленной оборотной ЭФК, степень декарбонизации практически достигает более 85%, а на второй стадии при обработке оставшейся оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой пенообразования практически не наблюдается, а коэффициент разложения может достигать 95-96% и более в зависимости от отношения Ж:Т в системе, концентрации Р2О5 в растворе и продолжительности экстракции [2]. Однако скорость фильтрации, коэффициент промывки и коэффициент выхода Р2О5 снижаются. Поэтому в дальнейшем мы изучали процесс экстракции после проведения декарбонизации с применением 60% ной серной кислоты. В частности, исследовали влияние Р2О5 содержания в оборотной фосфорной кислоте на техно-аналитические показатели процесса экстракции.

Данные химического анализа (табл. 1) ЭФК и фосфогипса, полученных разложением НМСК ФЦК оборотной с содержанием 3,80-18,91% Р2О5 показали, что процесс разложения проходит практически полностью, достаточно легко и быстро без избытка серной кислоты при 80-85 0С за 2 часа. При этом не наблюдается интенсивного пенообразования, характерного для необожженного фосфорита ЦК и фосфоритов Каратау. Это позволяет эффективно использовать реакционный объем экстракторов.

Таблица 1.

Химический состав экстракционной фосфорной кислоты и фосфогипса из необожженного кека промытого фосфоконцентрата

№ опытов

 

Содер. Р2О5 в обортной ЭФК

Содержание компонентов, масс. %

Экстракционная фосфорная кислота

Фосфогипс

Квых.

Р2О5

CaO

MgO

Fе2O3

Al2O3

F

Р2О5 общ

Р2О5цит

Р2О5водн

1

0

3,80

0,58

0,10

0,17

0,07

0,31

0,92

0,17

0,20

92,80

2

3,80

6,98

0,45

0,11

0,19

0,12

0,37

0,81

0,21

0,28

93,66

3

6,98

9,84

0,47

0,18

0,20

0,17

0,50

0,65

0,24

0,30

94,91

4

9,84

13,95

0,50

0,26

0,13

0,26

1,10

0,60

0,27

0,36

95,31

5

13,95

18,91

0,50

0,30

0,18

0,31

1,50

0,80

0,25

0,38

93,74

6

18,91

22,01

0,52

0,40

0,24

0,40

1,94

1,09

0,40

0,50

91,47

 

Таблица 2.

Влияние технологических параметров на процесс фильтрации при получении ЭФК

Номера опытов соответ­ствует номерам табл. ....

Продукционная ЭФК, кг/м2∙ч

Первая промывка, кг/м2∙ч

Вторая промывка, кг/м2∙ч

Третья промывка, кг/м2∙ч

Толщина

осадков, см

Влажность

фосфогипса, %

твердое

жидкое

твердое

жидкое

твердое

жидкое

твердое

жидкое

2

3479,52

9130,82

4639,67

2493,3

3796,1

2714,94

3504,7

2594,43

2,8

50,9

3

1941,97

5863,54

5502

2889,16

3668,4

2606,33

5502,64

3484,49

1,9

46,3

4

1594,8

3354,39

683,49

709,92

683,49

814,15

956,90

1089,05

1,3

45,4

5

1078,5

3267,2

829,6

1744,6

829,6

1390,8

770,4

1144,19

1,0

41,9

6

1060,9

3170,4

830,4

1750

930,4

1390,4

850,4

1150,9

1,8

41,9

 

Таблица 3.

Плотность жидкой фазы экстракционной фосфорной кислоты и промывных вод, г/см3

№ опытов
соответствует номерам табл. 4.2

Продукционная ЭФК

Первая промывка

Вторая промывка

Третья промывка

Температура, 0С

20

40

60

80

20

40

60

80

20

40

60

80

20

40

60

80

1

1,053

1,045

1,041

1,030

1,045

1,034

1,020

1,016

1,030

1,025

1,014

1,010

       

2

1,053

1,049

1,040

1,030

1,055

1,050

1,040

1,028

1,028

1,020

1,012

1,004

1,003

0,998

0,990

0,982

3

1,110

1,103

1,093

1,084

1,110

1,103

1,093

1,084

1,073

1,063

1,050

1,043

1,022

1,020

1,010

1,001

4

1,155

1,145

1,137

1,126

1,112

1,106

1,097

1,088

1,039

1,030

1,021

1,010

1,010

1,005

0,998

0,986

5

1,157

1,151

1,146

1,131

1,129

1,124

1,115

1,100

1,034

1,030

1,022

1,015

1,005

1,003

0,995

 

 

Оптимальная температура, Ж:Т в системе, норма серной кислоты, суммарная продолжительность процесса, время дозировки серной кислоты выбраны 75-80 0С, 3:1, 100%, 4 час и 20 мин соответственно.

Из таблицы видно, что при применении оборотной ЭФК с концентрацией 13,95-18,91% получается ЭФК с содержанием 18,81-22,01% Р2О5 с достижением Квых и Кпром. 91,47 и 96,7% соответственно.

Производительность фильтрации фосфорнокислотной суспензии гипса при увеличении содержания Р2О5 в оборотной ЭФК от 3,81-18,91% снижается от 3479,52 до 1060,9 кг ФГ/(м2∙час) (табл. 2).

В таблице 3 дано результаты определения плотности экстракционной фосфорной кислоты и промывных вод. Из таблицы видно, что с повышением температуры от 20 до 80 0С плотность образцов снижается на 23-26 кг/м3. С повышением содержания Р2О5 на 2,5-3%, при этом плотность повышается на 45-57 кг/м3 (обр. 2-3 и 3-4). 

 

Рисунок 1. Энергодисперционный спектр выделенного участка полученного на сканирующем электронном микроскопе с ЭДС анализатром

 

Микроскопические исследования показывают, что образование СаSO4∙2Н2О происходит вблизи зерен фосфорита, где имеет место максимальное пресыщение по сульфату кальция. Встречаются отдельные тонкие пластинчатые кристаллы небольшой толщины, длиной 70-120, шириной 10-30 мкм. Основная масса (около 90%) представлена кристаллами с размерами 25-40Х7-10 мкм. Наблюдается появление сростков и друзов (рис. 1 и 2).

 

Рисунок 2. Многоэлементная карта поверхности, полученная на сканирующем электронном микроскопе с ЭДС анализатором

 

Следует обратить внимание на то, что в точках исследованных образцов (рис. 1, 2), где наименшее содержание Са – 5,2, установлено максимальные содержания бария – 44,3, сера – 15,5 и кислорода – 32,3. Так в данной точке как показано на SEM фосфоритов (рис. 2)

В конце процесса образуются хорошо сформированные, однородные кристаллы дигидрата сульфата кальция с размерами: γ – 110-170 мкм, β – 40-90 мкм, δ – 5-4 мкм. Доля таких кристаллов составляет около 75-80% от общей массы осадка фосфогипса.

Как показывают результаты анализа ЭФК и фосфогипса на содержание различных компонентов (табл. 1), содержание магния во всем диапазоне изменяется, Р2О5 в оборотной ЭФК практически полностью переходит в жидкую фазу и концентрация МgО в образцах ЭФК пропорциональна содержанию Р2О5. Присутствующие в НМСК ФЦК примеси Fe2O3 и Al2O3 на 82-91% извлекаются в осадок фосфогипса в виде средних фосфатов. Вводимый с фосфатным сырьем в стадию экстракции фтор на 60-70% переходит в продукционную кислоту, 10-20% – в фосфогипс и в небольшом количестве- 8-12% выделяется в газовую фазу.

В предлагаемой технологии необожжённый мытый сушеный фосфоконцентрат (НМСК ФЦК) предварительно обрабатывается смесью оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой с достижением достаточной степени декарбонизации и дальнейшем проведении процесса экстракции в дигидратном режиме.

 

Рисунок 3. Принципиальная технологическая схема получения экстракционной фосфорной кислоты из НМСК ФЦК

 

В разработанной технологической схеме (рис. 3) НМСК ФЦК перед дозировкой в экстрактор подвергается предварительной декарбонизации и разложению смесью серной, оборотной ЭФК и/или циркулирующей пульпой (ЦП). В результате образуются серно-фосфорнокислотная пульпа (СФКП) в форреакторе (поз. 1) которая направляется в экстрактор (поз. 2), где её обрабатывают оставшейся оборотной ЭФК и циркулирующей пульпой. Продукционная экстракционная сернокислотная пульпа (ЭСКП) после экстрактора (поз. 3) подаётся на фильтрацию (поз. 4).

Это все отрицательно отражается на повышении степени разложения и приводит к уменьшению концентрации Р2О5 в продукционной ЭФК до 18%, получается ЭФК с концентрацией не менее 20%, отпадает технологическая трудность снижения температуры экстрактора и на 30-40% снижаются расходы на производство ЭФК.

 

Список литературы
1. Кучерский Н.И., Толстов Е.А., Михин О.А., Мазуркевич А.П., Иноземцев С.Б., Соколов В.Д., Смирнов Ю.М. Комбинированная технология обогащения зернистых фосфоритов // Горная промышленность. - 2001. - № 4. - С. 48-51.
2. Султанов Б.Э., Турсунова З.М., Намазов Ш.С., Эркаев А.У., Беглов Б.М. Химическое обогащение фосфори-тов Центральных Кызылкумов // Доклады АН РУз. - 2002.- № 4. - С. 64-66.
3. Эркаев А.У. Совершенствование технологии производства экстракционной фосфорной кислоты из низко-сортных фосфоритов. Автореф. дис. ... док.техн. наук. – Ташкент, 1999. – 40 с.

 

Информация об авторах

д-р техн. наук, профессор Ташкентского химико-технологического института, 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Doctor of Engineering Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

д-р геол-мин. наук, профессор, председатель Навоийского отделения Академии наук Республики Узбекистан, 210100, Узбекистан, Навои, пр. Галаба, 170 

Professor, Navoi Branch of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, 210100, Uzbekistan, Navoi, Galabaave., 170

докторант, Навоийский государственный горный институт, Узбекистан, г. Навои

Assistant teacher, Navoi State Mining Institute, Department of Chemical Technology, 210100, Uzbekistan, Navoi, Galabaave., 170

д-р техн. наук, профессор, Навоийский государственный горный институт, Узбекистан, г. Навои

Professor, Navoi State Mining Institute, Uzbekistan, Navoi

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