Исследование обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты, полученной из термоконцентрата Центральных Кызылкумов в присутствии оксида кремния

Research defluorination extraction of phosphoric acid Central Kyzylkum in the presence of oxide silicon
Цитировать:
Исследование обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты, полученной из термоконцентрата Центральных Кызылкумов в присутствии оксида кремния // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Ходжамкулов С.З. [и др.]. 2019. № 2 (59). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/6925 (дата обращения: 03.12.2021).
Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В статье приведены данные по обесфториванию экстракционной фосфорной кислоты из термоконцентрата Центральных Кызылкумов сульфатом и гидрофосфатом калия в присутствии оксида кремния с целью коррекции соотношения Si : F. Степень обесфторивания при этом достигает 91-95%.

ABSTRACT

The article presents data on the defluorination of extraction phosphoric acid from the thermal concentrate of Central Kyzylkum with sulfate and potassium hydrogen phosphate in the presence of silicon oxide in order to correct the Si : F ratio. The degree of defluorination reaches 91-95%.

 

Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, сульфат, гидрофосфат калия, фтор, степень обесфторивания, диоксид кремния.

Keywords: extraction phosphoric acid, sulfate, potassium hydrogen phosphate, fluorine, degree of defluorination, silicon dioxide.

 

Поступающий в почву с фосфорными удобрениями фтор, образует различные водорастворимые соединения, создавая при этом вероятность нарушения устоявшихся биологических систем. Экологическое равновесие в биогеоценозах поддерживается при условии низкого содержания фтора в воде и почве. Однако оно может существенно измениться в случае появления в гидросфере, литосфере и атмосфере легкоусвояемых растениями и животными форм фтора, образующихся в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности человека. Например, в аммофосе в среднем содержится 3,2-3,5 масс. % фтора, причем содержание фтора в аммофосе не регламентируется. Это обусловливает большую актуальность вопросов снижения содержания фтора в экстракционной фосфорной кислоте (ЭФК) [3-5].

Наиболее простым и дешевым способом обесфторивания ЭФК является осаждение фтора в виде кремнефторидов щелочных металлов. Однако, предыдущие исследования показали, что содержание кислоторастворимого кремния в ЭФК из фосфоритов Центральных Кызылкумов (ЦК) недостаточно для полного перевода всего фтора в кремнефторид калия, что и обусловливает низкую степень обесфторивания [2]. В связи с этим были поставлены эксперименты по обесфториванию ЭФК солями калия в присутствии диоксида кремния, с целью коррекции соотношения SiО2 : F в ЭФК.

Для экспериментов использовалась ЭФК, полученная на основе фосфоритов ЦК, следующего химического состава (масс. %): Р2О5 – 20,89; СаО – 0,24; MgO – 1,2; Аl2O3 – 1,33; Fe2O3 – 0,90; F – 1,21; SО3 – 3,60; Na – 0,12. Анализы исходной и обесфторенной ЭФК, а также осадка кремнефторида калия проводились по стандартным методикам [1].

Опыты по обесфториванию ЭФК проводили на лабораторной установке, состоящей из кварцевого реактора, помещенного в термостат. Реактор был снабжен мешалкой, обеспечивающей интенсивное перемешивание. Скорость вращения электродвигателя регулировали реостатом и измеряли тахометром.

Для обесфторивания использовали раствор солей калия в обесфторенной ЭФК с целью предотвращения возникновения местных пересыщений, которые приводят к образованию мелких, плохо фильтрующихся кристаллов кремнефторида калия. Норму диоксида кремния рассчитывали, исходя из соотношения 6F:SiO2 с учетом содержания фтора и кремния в ЭФК.

Результаты исследований влияния нормы сульфата и гидрофосфата калия в присутствии диоксида кремния на состав и степень обесфторивания представлены в таблице 1 (температура обесфторивания – 70°С, продолжительность перемешивания – 45 мин., температура отстаивания – 30°С, продолжительность отстаивания – 120 мин, соотношение SiO2 : F=1:6 ).

Анализ данных таблицы 1 показывает, что степень обесфторивания достигает 94,30% при использовании сульфата калия и 95,95% при использовании гидрофосфата калия при норме осаждающего агента 200%. С увеличением нормы сульфата и гидрофосфата калия от 100 до 120-130% степень обесфторивания резко возрастает. Так например, с увеличением нормы сульфата и гидрофосфата калия степень обесфторивания возрастает с 75,70% до 93,55 – 93,72% и с 85,04% до 94,38 – 94,96%, соответственно. Степень обесфторивания несколько выше при использования гидрофосфата калия.

Таблица 1.

Влияние нормы ионов калия на состав экстракционной фосфорной кислоты в при присутствии оксида кремния

Норма ионов К+, %

Химический состав ЭФК, масс. %

Осадитель – K2SO4 Осадитель – K2HPO4
P2O5 F степень обесфтор. % K2O P2O5

F

степеньобесфтор. % K2O
100 21,023 0,294 75,70 0,406 21,822 0,181 85,04 0,312
110 21,074 0,078 93,55 0,324 21,899 0,083 93,14 0,328
120 21,035 0,078 93,55 0,423 21,941 0,068 94,38 0,414
130 20,989 0,076 93,72 0,536 21,978 0,061 94,96 0,507
140 20,958 0,078 93,55 0,619 22,015 0,056 95,37 0,601
150 20,918 0,083 93,14 0,721 22,050 0,055 95,45 0,698
160 20,882 0,078 93,55 0,814 22,084 0,054 95,54 0,794
170 20,844 0,078 93,55 0,911 22,119 0,052 95,70 0,889
180 20,806 0,077 93,63 1,007 22,154 0,051 95,78 0,985
190 20,768 0,077 93,63 1,103 22,188 0,051 95,78 1,081
200 20,733 0,069 94,30 1,193 22,222 0,049 95,95 1,176

 

Дальнейшее увеличение нормы осаждающего агента повышает степень обесфторивания весьма незначительно. При обесфторивании гидрофосфатом калия в ЭФК дополнительно вводятся фосфат-ионы. С увеличением нормы гидрофосфата калия содержание Р2О5 в ЭФК незначительно повышается с 21,822% при норме 100% до 21,978% норме 130% и до 21,822% при норме 200%.

Исследование влияния продолжительности процесса взаимодействия гидрофосфата и сульфата калия со фтором исходной ЭФК в присутствии диоксида кремния показало, что основное количество фтора связывается в течение первых 30 минут.

Таблица 2.

Влияние продолжительности процесса на химический состав и степень обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты солями калия в присутствии диоксида кремния

Продолжительность перемешивания, мин Химический состав ЭФК, масс. %
P2O5 F степень обесфтор. % K2O P2O5 F степень обесфтор. % K2O
  Осадитель – K2SO4 Осадитель – K2HPO4
10 20,889 0,154 87,27 0,779 22,018 0,128 89,42 0,758
20 20,901 0,124 89,75 0,755 22,031 0,098 91,90 0,734
30 20,909 0,105 91,32 0,739 22,042 0,074 93,88 0,713
40 20,912 0,098 91,90 0,737 22,044 0,072 94,05 0,710
50 20,921 0,075 93,85 0,713 22,052 0,046 96,20 0,694 
60 20,922 0,072 94,05 0,711 22,054 0,044 96,36 0,689

 

При этом содержание фтора в ЭФК составляет 0,105% и 0,074%, соответственно, при использовании сульфата и фосфата калия, что соответствует степени обесфторивания 91,32% и 93,88%. Большое влияние на степень обесфторивания ЭФК оказывает температура процесса (табл. 3).

С повышением температуры процесса степень обесфторивания увеличивается ЭФК, что объясняется кинетикой процесса. При температуре 70-80°С, степень обесфторивания относительно выше, чем при 20°С.

Оптимальной температурой процесса обесфторивания является 70-80°С. Эта температура достигается при отстаивании ЭФК с температурой 80-90°С после фильтрации для осаждения взвеси кристаллов гипса, прошедших через фильтровальную ткань и выкристаллизовавшихся из ЭФК.

Таблица 3.

Влияние продолжительности процесса на химический состав и степень обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты солями калия в присутствии диоксида кремния

Температура перемешивания, °С Химический состав ЭФК, масс. %
P2O5 F степень обесфтор. % K2O P2O5 F степень обесфтор. % K2O
  Осадитель – K2SO4 Осадитель – KH2PO4
20 20,893 0,144 88,10 0,771 22,021 0,121 90,00 0,752
40 20,896 0,136 88,76 0,765 22,026 0,110 90,90 0,744
60 20,913 0,095 92,15 0,731 22,047 0,062 94,87 0,704
70 20,918 0,083 93,14 0,721 22,050 0,055 95,45 0,698
80 20,923 0,070 94,21 0,710 22,054 0,045 96,28 0,689

 

Также было изучено влияние температуры отстаивания на степень обесфторивания солями калия в присутствии двуокиси кремния (табл. 4).

При обесфторивании ЭФК сульфатом и гидрофосфатом калия с понижением температуры с 60 до 50°С степень обесфторивания увеличивается на 12,40 и 12,64%. С понижением температуры с 40 до 20°С этот показатель составляет 2,56-1,90% отн.

Химический и фазовый состав осадков аналогичен тем, которые образуются при обесфторивании в отсутствии диоксида кремния. Осадок представлен, в основном кремнефторидом калия.

Таблица 4.

Влияние температуры отстаивания на состав и степени обесфторивания экстракционной фосфорной кислоты солями натрия

Температура отстаивания, °С Состав очищенной ЭФК, масс. %
P2O5 F степень обесфтор. % K2O P2O5 F степень обесфтор. % K2O
  Осадитель – K2SO4 Осадитель – KH2PO4
20 20,925 0,064 94,71 0,706 22,056 0,040 96,69 0,685
30 20,918 0,083 93,14 0,721 22,050 0,055 95,45 0,698
40 20,913 0,095 92,15 0,731 22,046 0,063 94,79 0,704
50 20,896 0,135 88,84 0,764 22,026 0,110 90,90 0,743
60 20,835 0,285 76,44 0,888 21,960 0,263 78,26 0,869

 

В случае использования сульфата калия в осадке дополнительно присутствует дигидрат сульфата кальция. Результаты химического анализа подтверждены данными рентгенофазового анализа.

Таким образом оптимальными условиями процесса обесфторивания ЭФК сульфатом и гидрофосфатом калия в присутствии диоксида кремния следует признать следующие: норма солей калия – 120-130%, температура процесса обесфторивания – 70-80°С, продолжительность процесса – 20-30 мин, температура отстаивания – 20-30°С, продолжительность отстаивания – не менее 90 мин.

Таким образом, степень обесфторивания ЭФК из термоконцентрата ЦК сульфатом и гидрофосфатом калия в присутствии оксида кремния составляет 91-95%. Эти данные приближаются к теоретически возможному пределу. Полученная степень обесфторивания является вполне приемлемой для внедрения данной технологии в промышленное производство.

 

Список литературы:
1. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов. / Винник М.М., Ербакова Л.Н., Зайцев Г.И. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
2. 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.
3. Хужамкулов С.З., Меликулова Г.Э., Мирмусаева К.С., Мирсаидов М.Х., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения кремнефторида натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. – Ташкент, 2016. - №1. – С. 34-40.
4. Шарипов Т.В., Мустафин А.Г. Разработка технологии производства кремнефтористого натрия на основе содобикарбонатной суспензии // Химическая промышленность сегодня. – Москва, 2011. - № 10. – С. 30-38.
5. Шаяхметов Д.И., Шарипов Т.В., Мустафин А.Г. Получение фторида натрия из побочного продукта производства ЭФК // Отраслевой научно-производственной конференции, – Уфа, 2013. – С. 72-73.

Информация об авторах

Старший преподаватель Ташкентского химико- технологического института , 100011, Республика Узбекистан, г. Ташкент, ул. Навои, 32

Senior lecturer of Tashkent institute of chemical technology, 100011, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Navoi st., 32

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

доцент Термезского государственного университета, Республика Узбекистан, г. Термез

Associate professor Termez state of university, Republic of Uzbekistan, Termez

докторант, Ташкентский научно-исследовательский институт химической технологии, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctoral student, Tashkent Scientific Research 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