Исследование процесса обогащения мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по обогащению мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой. Исследовано влияние соотношения фоссырья – ЭФК – от 1:3 до 1:8 на состав сгущенного осадка и суспензии и показано, что с увеличением доли ЭФК при обогащении в сгущенном осадке снижается содержание Р₂О_5общ. и СаО. Кальциевый модуль при этом повышается с 1,51 до 1,98. Оптимальным соотношением является 1:6, при котором не наблюдается извлечение Р₂О₅ в раствор обогащения, а содержание СаО максимально. Разработана технологическая схема обогащения фосфорита ЭФК и переработки растворов обогащения.

ABSTRACT

Results of researches on enrichment washed burnt phosconcentrate of the Central Kyzylkum with extraction phosphoric acid are presented. Parity influence phosraw materials is investigated: EPA ratio from 1:3 to 1:8 on the composition of the condensed deposit and suspension was studied, and it was shown that with an increase in the proportion of EPA during enrichment in the condensed precipitate, the P₂O_5total and CaO content decreases. The calcium module increases from 1.51 to 1.98. The optimum ratio is 1:6, at which P₂O₅ extraction into the enrichment solution is not observed, and the CaO content is maximum. Development technological scheme of enrichment of phosphorite EPA and processing of enrichment solutions.

Ключевые слова: мытый обожженный фосконцентрат, экстракционная фосфорная кислота, сгущенный осадок, декантация, кальциевый модуль.

Keywords: washed burnt phosconcentrate, extraction phosphoric acid, the condensed deposit, decantation, calcium module.

Фосфорная промышленность Узбекистана базируется на переработке местных фосфоритов Центральных Кызылкумов [2; 9]. На предприятия поступает мытый обожженный фосконцентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов (ЦК) с содержанием Р₂О₅ не менее 26,0% Р₂О₅ [13]. Отличительной особенностью МОФК от других видов фосфатного сырья является высокий кальциевый модуль (1,9-2,1) и наличие в его составе до 17% свободного оксида кальция. При производстве экстракционной фосфорной кислоты свободный оксид кальция способствует повышению температуры процесса разложения в экстракторе до 95-100^оС и выше, что активизирует коррозионную способность фосфорной кислоты и приводит к образованию агломератов полугидрата сульфата кальция, забивающих экстрактор [3].

Исследованиям процессов обогащения фосфоритов ЦК посвящено множество публикаций [1; 8; 11; 12]. Все работы в основном проводились с фосфатной рудой, использованием минеральных и органических кислот, образованием многотоннажных растворов обогащения и не нашли применения в промышленных условиях. Поэтому наши исследования направлены на обогащение МОФК, поставляемые объемы которого в несколько раз меньше добываемой руды.

Для исследований использовали МОФК состава (масс. %): 26,20 Р₂О₅, 57,70 СаО_общ., 17,02 СаО_св., кальциевый модуль 2,202 и экстракционную фосфорную кислоту состава (масс. %): P₂O₅ – 17,98; СaO – 0,31; MgO – 1,12; Fe₂O₃ – 0,93; Al₂O₃ – 1,36; SO₃ – 2,32; F – 1,25. Процесс обогащения проводили при 25°С и продолжительности выщелачивания 30 минут. Химический анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами [7; 8; 14].

Проведенные ранее исследования показали возможность обогащения МОФК растворами ЭФК при соотношении МОФК:ЭФК = 1:(5-8) и получении обогащенного фосконцентрата с кальциевым модулем 1,6 [5; 6; 10]. Для разделения жидкой и твердой фаз использована фильтрация. Процесс фильтрации больших объемов пульпы обогащения весьма затруднительный. Поэтому дальнейшие исследования проводили в условиях, близких к промышленным, с использованием для разделения фаз метода декантации. Исследовано влияние соотношения МОФК:ЭФК от 1:3 до 1:8 на процесс обогащения с разделением пульпы обогащения на сгущенный осадок крупной фракции МОФК и суспензию ЭФК и мелких частиц методом декантации. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химическийсостав сгущенного осадка

Увеличение доли экстракционной фосфорной кислоты приводит к снижению Р₂О₅ с 26,22% до 22,70% в сгущенном осадке. При этом водная форма Р₂О₅ повышается с 7,60% до 9,95%, а содержание СаО с 28,12% снижается до 23,51-23,97% при соотношении МОФК:ЭФК 1:(5-6) и затем повышается до 25,25% при соотношении 1:8.

В таблице 2 приведены данные изменения состава суспензии в зависимости от изменения соотношения МОФК:ЭФК.

Содержание общей формы Р₂О₅ повышается с 17,69% при соотношении МОФК:ЭФК = 1:3 до 18,62% при соотношении МОФК:ЭФК = 1:6 и затем снижается до 17,81% соотношении МОФК:ЭФК = 1:8. При этом содержание СаО_общ. снижается с 9,15% до 4,96%.

Таблица 2.

Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химический состав суспензии

Причем при соотношении МОФК:ЭФК от 1:4 до 1:6 содержание СаО практически не изменяется и составляет 6,73-7,96%. Снижение СаО при соотношениях 1:7 и меньше объясняется разубоживанием раствора. Это подтверждается и снижением СаО в составе жидкой фазы, полученной после фильтрации суспензии (табл. 3).

Увеличение содержания Р₂О_5общ. в жидкой фазе при соотношениях МОФК:ЭФК свыше 1:6 объясняется разложением МОФК с выделением в раствор фосфорной кислоты. Оптимальным параметром обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой является соотношение МОФК:ЭФК =1:6. При этом не наблюдается извлечения Р₂О₅ в растворы обогащения, а содержание СаО максимальное.

Таблица 3.

Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химический состав осветленной жидкой фазы суспензии

Изучены реологические свойства суспензии и осветленной части суспензии после обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой и декантации. Для исследования использовали суспензию, полученную при соотношении МОФК:ЭФК = 1:6. Полученные результаты приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Влияние температуры на изменения плотности и вязкости суспензии и осветленной части суспензии при обогащении МОФК экстракционной фосфорной кислотой

Из таблицы видно, что плотность осветленной части с повышением температуры снижается с 1,240 г/см³ при 20^оС до 1,218 г/см³ при 80^оС. Зависимость изменения плотности от температуры имеет прямолинейный характер. Аналогичная закономерность наблюдаются и для суспензии. Плотность суспензии в интервале температур 20-80^оС изменяется от 1,322 г/см³ до 1,283 г/см³.

Вязкости осветленной жидкой фазы и суспензии изменяются от 3,010 сПа до 1,210 сПа и от 5,072 сПа и от 5,072 сПа до 1,540 сПа соответственно.

Таким образом, полученные результаты показывают принципиальную возможность обогащения МОФК растворами экстракционной фосфорной кислоты до кальциевого модуля 1,610 в сгущенной части обогащения и разделение жидкой и твердой фаз декантацией.

На основе результатов фосфорнокислотного обогащения МОФК Центральных Кызылкумов разработана принципиальная технологическая схема обогащения и переработки полученного фосконцентрата на экстракционную фосфорную кислоту. Сущность технологического процесса заключается в выщелачивании оксида кальция МОФК Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты с получением сгущенного влажного фосконцентрата и раствора обогащения в виде суспензии из экстракционной фосфорной кислоты, мелких частиц МОФК и образующегося дикальцийфосфата. Разделение проводят методом декантации, жидкую фазу перерабатывают на аммофосфат, одинарные фосфорные удобрения или соли фосфорной кислоты технического и кормового назначения. Твердую фазу разлагают серной кислотой в присутствии оборотной фосфорной кислоты с получением продукционной экстракционной фосфорной кислоты, которую направляют на обогащение новой порции МОФК Центральных Кызылкумов.

Принципиальная технологическая схема фосфорнокислотного обогащения МОФК Центральных Кызылкумов и переработки фосконцентрата на экстракционную фосфорную кислоту представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Технологическая схема фосфорнокислотного обогащения МОФК и переработки на экстракционную фосфорную кислоту

МОФК пневмотранспортом загружается в приемный бункер дозатора (поз. 2) и поступает в реактор-выщелачиватель (поз. 1), куда одновременно через расходомер поступает продукционная экстракционная фосфорная кислота. Из реактора-выщелачивателя пульпа поступает в отстойник (поз. 3) и разделяется на жидкую фазу – суспензию, состоящую из экстракционной фосфорной кислоты, мелких частиц МОФК и дикальцийфосфата, и сгущенную влажную твердую фазу – обогащенный фосконцентрат. Жидкая фаза направляется на переработку, а твердая фаза поступает в экстрактор (поз. 4) на разложение смесью серной и оборотной фосфорной кислот. Образующаяся пульпа подается на вакуумно-фильтровальную установку, разделяется на жидкую – продукционную экстракционную фосфорную кислоту – и твердую фазу. Твердая фаза – фосфогипс – промывается водой и выгружается в отвал.

Часть продукционной экстракционной фосфорной кислоты и промывные воды в виде оборотной экстракционной фосфорной кислоты возвращаются в экстрактор. Продукционная экстракционная фосфорная кислота подается в реактор-выщелачиватель для обогащения МОФК Центральных Кызылкумов.

На рисунке 2 представлена блок-схема фосфорнокислотного обогащения МОФК Центральных Кызылкумов, получения из него экстракционной фосфорной кислоты и дальнейшей переработки растворов обогащения.

На рисунке 3 представлена схема материальных потоков обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой и материальный баланс с применением фильтрации, а на рисунке 4 – схема материальных потоков и материальный баланс обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой с концентрацией 18% Р₂О₅ с применением для разделения жидкой и твердой фаз обогащения метода декантации.

Для обогащения 1000 кг МОФК необходимо 6000 кг ЭФК (Т:Ж = 1:6). В результате выщелачивания свободного оксида кальция и разделения жидкой и твердой фаз методом декантации образуется 5760 кг суспензии, содержащей 19,98% Р₂О_5общ.

Рисунок 2. Блок-схема фосфорнокислотного обогащения МОФК, получения экстракционной фосфорной кислоты и переработки растворов обогащения

Рисунок 3. Схема потоков и материальный баланс обогащения

МОФК экстракционной фосфорной кислотой с применением фильтрации

Рисунок 4. Схема потоков и материальный баланс обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой с применением декантации

В виде ЭФК, растворенного монокальцийфосфата и мелких частиц фосфорита и 1237 кг сгущенного осадка, содержащего 24,14% Р₂О_5общ. В виде крупных частиц фосфорита, ЭФК и растворенного монокальцийфосфата. Влажная твердая фаза сгущенного осадка содержит 33,97% СаО и 33,97% Р₂О_5общ. и имеет кальциевый модуль 1,6039.

Таким образом, проведенные исследования показали принципиальную возможность обогащения МОФК Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой в производственных условиях с получением частично обессульфаченной и обесфторенной экстракционной фосфорной кислоты с улучшенными технологическими показателями, которую можно перерабатывать на концентрированные фосфорсодержащие удобрения и соли фосфорной кислоты технического назначения и кормовой чистоты.

Список литературы:
1. Азотнокислотное обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов / З.К. Дехконов, Ш.С. Намазов, Б.Э. Султанов и др. // Химическая технология. Контроль и управление. – 2011. – № 4. – С. 5-11.
2. Беглов Б.М., Намазов Ш.С. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. – Ташкент: Ин-т общ. и неорг. химии АН РУз, 2013. – 460 с.
3. Волынскова Н.В. Разработка и усовершенствование технологии производства фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов: Дисс. … д-ра техн. наук. – Ташкент, 2019. – 196 с.
4. Дехканов З.К. Разработка технологии азотнокислотного обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов с участием этанола: Дисс. … канд. техн. наук. – Ташкент: Ин-т общ. и неорг. химии АН РУз, 2016. – 193 с.
5. Исследование процесса переработки фосфорнокислых растворов обогащения фосконцентрата Центральных Кызылкумов / Ш.И. Умаров, Г.Э. Меликулова, И.И. Усманов, Х.Ч. Мирзакулов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. – 2018. – № 6 (51) [Электронный ресурс] –Режим доступа: http: 7 uiversum.com/ru/tech/archive/item/6088 (дата обращения:12.06.2019).
6. Исследование процесса снижения кальциевого модуля в мытом обожженном фосконцентрата Центральных Кызылкумов / Х.Ч. Мирзакулов, Ш.И. Умаров, А.У. Насриддинов, И.И. Усманов // Узбекский химический журнал. – 2015. – № 6. – С. 42-46.
7. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. – М.: Госхимиздат, 1982. – 352 с.
8. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / М.М. Винник, Л.Н. Урбанов и др. – М.: Химия, 1975. – 218 с.
9. Мирзакулов Х.Ч. Физико-химические основы и технология переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов. – Ташкент, 2019. – 416 с.
10. Обогащение мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты / Х.Ч. Мирзакулов, А.У. Насриддинов, Ш.И. Умаров и др. // Узбекский химический журнал. – 2016. – № 2. – С. 62-65.
11. Обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов концентрированной азотной кислотой / Б.Э. Султанов, З.М. Турсунова, А.У. Эркаев и др. // Узбекский химический журнал. – 2002. – № 3. – С. 3-7.
12. Обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов растворами уксусной кислоты / У.М. Турдиалиев, А.Р. Сейтназаров, Ш.С. Намазов и др. // Химия и химическая технология. – 2012. – № 2. – С. 12-18.
13. O’z DSt 2825:2014. Фосфоритная продукция Ташкура. Общие технические условия. – Ташкент, 2014. – 7 с.
14. Шварценбах Х.Г., Флашка Г. Комплексометрическое титрование. – М.: Химия, 1970. – 360 с.