Экстракционная фосфорная кислота из мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов

Для обеспечения всевозрастающего населения планеты продуктами питания необходима интенси­фикация сельскохозяйственного произведения, в частности, за счет химизации, агротехнических новшеств, применения капельного орошения и других приемов [3].

В республике в результате модернизации, диверсификации и строительства новых производств агропромышленный комплекс полностью обеспечен азотными и калийными удобрениями, тогда как фосфорными только на 30-35%. Это связано с недостаточной мощностью Кызылкумского фосфоритного комбината, поставляющего 716 тыс. тонн мытого обожженного фосконцентрата (МОФК) Центральных Кызылкумов. Фосфатное сырье не только очень дорогое, но и по качественным и технологическим показателям уступает не только апатитам, но и фосфоритам Каратау. Ввиду отсутствия в республике другого фоссырья предприятия вынуждены перерабатывать данное сырье. МОФК содержит не менее 26,0% P₂O₅, 15-17% свободного оксида кальция и имеет кальциевый модуль 1,9-2,1 [2]. При переработке такого сырья на экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК) наблюдается повышенный расход серной кислоты, увеличение температуры в экстракторе до 95-100°С, что приводит к забивке экстрактора и повышению коррозионной активности фосфорной кислоты [4-6, 9].

Для освоения производства ЭФК из МОФК проведены промышленные испытания технологии на имеющемся оборудовании АО “Аммофос-Максам”.

Одним 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 Центральных Кызылкумов [1].

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 21,5% и 23% Р₂О₅. Химические анализы проводили известными методами [7, 8, 10].

Обработка полученных экспериментальных данных показала, что в случае постоянства двух параметров из трех при получении ЭФК из МОФК с концентрациями 21,5-23% 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 21,5% Р₂О₅ из МОФК наибольшее количество Р₂О₅ при Ж:Т=3,0 и температуре 90^оС содержится при свободном SO₃ равном 1,5 (табл. 1). При Т:Ж=3,5, температуре 95^оС и содержании SO₃ от 1,5 до 3,5 содержание Р₂О₅ практически одинаково 21,79-21,99%.

Таблица 1.

Влияние технологических параметров на состав экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 21,5 % Р₂О₅

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

В ЭФК из МОФК с расчетной концентрацией 23,0% 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 % свободной серной кислоты в пересчете на SO₃ (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние технологических параметров на состав экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 23,0% 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 3,5% 22,06% Р₂О₅. Для температуры 95°С и Ж:Т=3,0 максимальная концентрация кислоты достигается при содержании 1,5 % свободного SO₃. При Ж:Т=3,5 и температуре 90^оС для получения кислоты максимальной концентрации количество свободного SO₃ должно быть 2,5%.

При получении ЭФК с расчетной концентрацией 23% Р₂О₅ при Ж:Т=3,0 и температурах 85-90°С с повышением содержания свободного SO₃ с 1,5 до 3,5 содержание Р₂О₅ также увеличивается с 21,42 до 22,07% и с 21,29 до 21,99%. При Ж:Т 3,0 и 3,5 при температурах 85-90^оС при всех значениях свободного SO₃ получаются практически равные концентрации кислоты с содержанием 21,29-22,07% и 21,16-21,90%, 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 21,5% и 23,0% Р₂О₅ (масс. %): СаО – 0,26-0,51; MgO – 0,83-1,00; Al₂O₃ – 1,29-1,48; Fe₂O₃ – 0,58-0,75; F – 1,67-2,40.

Были также проведены исследования по изучению технологических параметров процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 21,5% и 23,0% 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.

Таблица 3.

Влияние технологических параметров на процесс получения экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 21,5% Р₂О₅

Таблица 4.

Влияние технологических параметров на процесс получения экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией 23,0 % Р₂О₅

Для процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 21,5% и 23,0% Р₂О₅ получены следующие технологические показатели: К_разл.-94,08-98,86 %, К_отм.-86,41-98,23 %, К_вых. -81,24-96,48 %, скорость фильтрации по раствору -512-3048 кг/м²·ч, скорость фильтрации по сухому осадку - 391-1392 кг/м²·ч.

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 Центральных Кызылкумов 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.