Экстракционная фосфорная кислота из мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов

Введение. Узбекистан является агропромышленной страной с развитым сельским хозяйством. Для обеспечения сельхозпроизводителей в республике действует ряд крупных предприятий, производящих азотные, калийные и фосфорные удобрения. Если азотными и калийными удобрениями потребители обеспечены полностью, то обеспеченность фосфорными удобрения не превышает 35%. Основная причина - недостаток качественного фосфатного сырья. Поставляемый на заводы мытый обожженный фосконцентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов (ЦК) отличатся высоким кальциевым модулем 2±0,1, содержит до 17% свободного оксида кальция, что требует большого расхода серной кислоты и способствует повышению на 10-20^оС температуры в экстракторе и коррозионной активности фосфорной кислоты [2-4].

Для получения фосфорных и фосфорсодержащих удобрений необходима экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) [1]. АО «Аммофос-Максам» является самым крупным потребителем МОФК ЦК. В ходе освоения производства ЭФК из МОФК выяснилось, что это сырье как и термоконцентрат является весьма проблематичным. В связи с этим были проведены промышленные испытания по переработке МОФК ЦК на ЭФК дигидратным способом.

Одними из важнейших характеристик производства ЭФК являются химический состав кислоты, К_разл., К_отм., К_вых., скорости фильтрации пульпы по раствору и сухому осадку, показывающие степень извлечения фосфора из фосфатного сырья и распределение других элементов в различных фазах производственного процесса. В связи с этим изучено влияние основных технологических параметров на производство ЭФК, получаемой при сернокислотной переработке МОФК ЦК.

Разложение МОФК серной и оборотной ЭФК проводили при температурах 85, 90 и 95°С, соотношении жидкой и твердой фазы (Ж:Т) 2,5, 3,0 и 3,5 и содержании свободного SO₃ 1,5, 2,5 и 3,5%. Продолжительность контактирования компонентов реакционной массы 30 минут. Изучено влияние технологических параметров на химический состав и технологические показатели ЭФК с концентрацией 18,5; 20,0% Р₂О₅. Обработка полученных экспериментальных данных показала, что в случае постоянства двух параметров из трех при получении ЭФК из МОФК с концентрациями 18,5-20,0% Р₂О₅ с увеличением Ж:Т от 1,5 до 3,5 температуры от 85 до 95°С и количества свободного SO₃ от 1,5 до 3,5 % наблюдается тенденция некоторого роста содержания Р₂О₅ в кислоте.

В ЭФК с расчетной концентрацией 18,5% Р₂О₅ из МОФК наибольшее количество Р₂О₅ содержится, в основном при содержании в пульпе 1,5% свободного SO₃ при любых значениях остальных двух параметров (табл. 1).

При Ж:Т 3,0 и температуре 85-90°С оптимальным является содержание 3,5% свободного SO₃, а для Ж:Т=3,5 и температуре 95°С содержание Р₂О₅ в пульпе практически одинаково.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с концентрацией 18,5% Р₂О₅

В ЭФК из МОФК с расчетной концентрацией 20,0% Р₂О₅ отличие в том, что при 90°С и Ж:Т=3,0 при всех значениях свободного SO₃ количество Р₂О₅ практически одинаково, а при Ж:Т=3,5 и температуре 95°С оптимальным является наличие 1,5 и 3,5% свободного SO₃ (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с концентрацией 20,0% Р₂О₅

Для каждого из значений Ж:Т=2,5; 3,0 и 3,5 и температурах, соответственно, 90 и 95°С, 85 и 90°С и 85°С концентрации Р₂О₅ в получаемой ЭФК практически не отличаются между собой. При Ж:Т=2,5, температуре 85°С максимальные концентрации кислоты достигаются при количествах свободного SO₃ 1,5 и 3,5% (18,38% и 18,11% Р₂О₅, соответственно). Для температуры 95°С и Ж:Т=3,0 максимальная концентрация кислоты достигается при содержании 3,5% свободного SO₃. При Ж:Т=3,5 и температурах 90 и 95°С для получения кислоты максимальной концентрации количество свободного SO₃ должно быть 1,5%.

При получении ЭФК с расчетной концентрацией 20% Р₂О₅ при Ж:Т=2,5 и температурах 90-95°С, при всех значениях свободного SO₃ получаются практически равные концентрации кислоты (19,99-20,25 и 19,71-20,36% Р₂О₅, соответственно).

Полученные ЭФК из МОФК были проанализированы также на содержание оксидов кальция, магния, алюминия, железа, а также фтора.

Результаты химического анализа показали, что содержание указанных оксидов колеблется в следующих небольших пределах для ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р₂О₅ (масс. %): СаО – 0,22-0,48; MgO – 0,70-1,00; Al₂O₃ – 1,11-1,47; Fe₂O₃ - 0,49-0,75; F - 1,43-2,50.

Были также проведены исследования по изучению технологических параметров процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р₂О₅ (табл. 3 и 4). Обработка эксперимен­тальных данных показала, что при получении ЭФК из МОФК с увеличением соотношения Ж:Т от 1,5 до 2,5 температуры от 85 до 95°С и количество свободного SO₃ от 1,5 до 2,5 при постоянстве любых двух параметров происходит некоторые возрастание К_разл., К_отм., К_вых и скорости фильтрации по раствору и сухому осадку.

Для процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р₂О₅ получены следующие технологические показатели: К_разл.-94,18-98,94%, К_отм.-87,56-99,84%, К_вых. -81,45-96,85%, скорость фильтрации по раствору -808-2701 кг/м²·ч, скорость фильтрации по сухому осадку -411-1580 кг/м²·ч.

Таблица 3.

Влияние технологических параметров на процесс получения ЭФК с концентрацией 18,5% Р₂О₅

Таблица 4.

Влияние технологических параметров на процесс получения ЭФК с концентрацией 20,0% Р₂О₅

Необходимо отметить, что полученные техноло­гические показатели являются адекватными резуль­татам экспериментов по влиянию технологических параметров на химический состав получаемых ЭФК.

Таким образом, проведенные исследования показали, что оптимальными технологическими параметрами, позволяющими из фосфатного сырья ЦК получать ЭФК максимальной концентрации являются температура 85-90°С, соотношение Ж:Т=2,5-3,5 и содержание свободного SO₃ 1,5-2,5%.

Дальнейшее повышение соотношения жидкой и твердой фаз и температуры свыше 90°С является нецелесообразным, т.к. это требует больших энергетических затрат для достижения высокой температуры и упаривания влаги в процессе получения удобрений на основе ЭФК.