Способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты

Способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты

Реферат

Изобретение относится к технологии восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением природных фосфатов с помощью жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой.

Экстракцию и реэкстракцию осуществляют в пульсационных колоннах путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха при температуре экстракции 30-50°С и температуре реэкстракции 40-80°С с ведением процессов смешения водной и органических фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на промывку щелочным раствором и водой, с последующим возвращением его на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую собой щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-54% при объемном соотношении Vщ:(V₁+V₂)=(0,4-2,5):1 при 10-60°С последовательно в две стадии, разделяя поток фосфорной кислоты в объемном соотношении V₁:V₂=1:(0,5-13) с получением на I стадии солевых растворов с рН 4-7, на II стадии с рН 1-3 и последующим отделением от них смолистых веществ на I стадии отстаиванием и декантацией, на II стадии фильтрацией.

Способ позволяет снизить потери экстрагента и получать при восстановлении экстрагента чистые соли фосфорной кислоты.

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфатов, содержит значительное количество примесей, для удаления которых используют ряд методов, одним из которых является метод жидкостной экстракции органическими экстрагентами.

Экстрагент после многократной циркуляции в замкнутом цикле производства очищенной фосфорной кислоты накапливает органические (смолистые) примеси до 2 г/л, которые экстрагируются из ЭФК. Накопление в экстрагенте примесей ухудшает разделение водной и органической фаз, вызывает образование межфазных слоев и эмульсий, что приводит к ухудшению гидродинамики процесса. Эти проблемы приводят к снижению выхода, загрязнению получающейся кислоты, а также к остановкам для очистки оборудования от межфазных слоев. Поэтому обязательным условием успешного выполнения процесса очистки является организация промывки экстрагента щелочным раствором по частям или в непрерывном процессе (Процесс выделения основных загрязняющих примесей из органического потока в производстве чистой фосфорной кислоты. Патент ЕР №0580915 В1, кл. С 01 В 25/46, 15.05.96 г.).

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ очистки ЭФК (Патент РФ N 2205789, кл. С 01 В 25/46, 07.06.02), включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующей циркуляцией экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, циркулирующий экстрагент в количестве 0,5-3% промывают последовательно 10-15%-ным щелочным раствором и водой при 20-90°С и возвращают на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую собой щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-45% при объемном соотношении Vщ:Vк=(1-5):1 и 20-50°С с последующим отделением смолистых веществ и раствора фосфата натрия.

К недостаткам способа относится невысокая степень очистки солевого раствора от смолистых примесей, которые при подкислении выделяются в виде взвеси и не полно отделяются при декантации, что затрудняет использование растворов в производстве чистых фосфатных солей и позволяет утилизировать этот раствор только с рафинатом. Степень очистки от смолистых веществ при ведении процесса в одну ступень составляет не более 70%.

Нами поставлена задача создания более совершенного способа восстановления экстрагента, который привел к увеличению эффективности использования промывных растворов, снижению потерь экстрагента.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы водой при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, с выделением части циркулирующего экстрагента на промывку щелочным раствором и водой с последующим возвращением на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую собой щелочной раствор обрабатывают фосфорной кислотой с последующим отделением смолистых веществ и растворов фосфорной кислоты.

Основные отличия предлагаемого способа:

1. Обработку щелочного раствора проводят фосфорной кислотой концентрацией 20-54% P₂O₅ при объемном соотношении Vщ:(V₁+V₂)=(0,4-2,5):1 при 10-60°С последовательно в две стадии, разделяя общий поток фосфорной кислоты в объемном соотношении V₁:V₂=1:(0,5-13) с получением на I стадии солевых растворов с рН 4-7, на II стадии с рН 1-3 и последующим отделением от них смолистых веществ на I стадии отстаиванием и декантацией, на II стадии фильтрацией.

2. В качестве щелочного раствора при промывке экстрагента используют растворы Na₂СО₃, NaHCO₃, NaOH, К₂СО₃, КНСО₃, КОН, (NH₄)₂СО₃, NH₄НСО₃ или NH₄ОН с концентрацией 10-20% масс. в количестве, необходимом для достижения рН 9-12.

3. Для фильтрации кислого солевого раствора после II стадии смешения с фосфорной кислотой используют и/или фильтровальную ткань, и/или активированный уголь. Степень выделения смолистых веществ из солевых растворов после проведения II стадии смешения с кислотой и последующей фильтрации достигает 96,9-99,6%.

Пример 1

Экстрагент, образовавшийся в результате промывки органической фазы водой в экстракционном процессе очистки ЭФК в количестве 2,5 м³ (ρ=0,995 г/см³), что составляет 0,744% от общего количества ТБФ, циркулирующего в системе, подается на стадию щелочной промывки 1 раз в 12 часов. Экстрагент содержит 1,6 г/л смолистых примесей и 2% Р₂О₅. Экстрагент двукратно промывают при 50°С щелочным раствором (1 м³ и 0,5 м³), содержащим 12% Na₂СО₃. Время перемешивания щелочного раствора с экстрагентом составляет 15 минут. Экстрагент после щелочной промывки подвергается водной промывке при температуре 50°С путем добавления 0,5 м³ воды, время перемешивания 15 минут. Содержание смолистых веществ в водной фазе составляет 0,35 г/л, водная фаза направляется на стадию приготовления щелочного раствора. Экстрагент после водной промывки в количестве 2,46 м³ с содержанием смолистых веществ 1 г/л возвращается на стадию экстракции, степень отмывки экстрагента от смолистых веществ составляет 37,5%.

Водные растворы после щелочной промывки в количестве 1,54 м³ с рН 9-12 и содержащие 1,05 г/л смолистых веществ передаются на I стадию смешения с фосфорной кислотой, где смешиваются при температуре 30°С в течение 30 минут с 0,35 м³ очищенной фосфорной кислоты, содержащей 40% P₂O₅, при этом избыток Na₂СО₃ нейтрализуется до рН 5,5 с образованием NaH₂PO₄. На этой стадии разрушается остаточная эмульсия и выделяется ТБФ в количестве 0,04 м. После отстаивания и разделения фаз ТБФ сливается в сборник, а водная фаза в количестве 1,85 м³, содержащая 0,85 г/л смолистых веществ, направляется на стадию смешения со второй частью фосфорной кислоты, где перемешивается в течение 30 минут при температуре 30°С с 0,41 м³ очищенной фосфорной кислоты, содержащей 40% Р₂O₅, при этом рН уменьшается до 2,0. На этой стадии происходит выделение смолистых примесей в отдельную фазу в виде твердой взвеси. Таким образом, на стадиях смешения с фосфорной кислотой объемное соотношение Vщ:(V₁+V₂) составляет 1,54:(0,35+0,41)=2:1 и общий поток фосфорной кислоты разделяется в объемном соотношении V₁:V₂=0,35:0,41=1:1,17.

Далее водная фаза в количестве 2,26 м³, содержащая 0,033 г/л растворенных смолистых веществ и взвесь смолистых веществ в количестве 1,51 кг, направляется на стадию фильтрации солевого раствора.

Фильтрация осуществляется на вакуум-фильтре через два слоя фильтровального полотна и слой активированного угля. Отфильтрованный кислый раствор мононатрийфосфата состава, % масс.: P₂O₅ - 15,7; Na - 2,77; Fe - 0,0071; SO₄ - 0,14; F - 0,049; смолистые примеси - 0,033 мг/мл, в количестве 2,26 м³ передается в процесс производства натриевых солей ортофосфорной кислоты. Степень очистки от смолистых веществ на второй стадии после фильтрации составила 96,9%.

Примеры 2-6 приведены в таблице.

Источники информации.

1. Пат. ЕР №0580915 В1, кл. С 01 В 25/46, 15.05.96 г.

2. Патент РФ N2205789, МКИ С 01 В 25/46, 07.06.02.

Таблица
Наименование параметра	Согласно формуле	Пример
2	3	4	5	6
Количество экстрагента на регенерацию, м3		2,5	2,5	2,5	2,5	2,5
Щелочной раствор	Наименование реагента		Na2CO3	NH4OH	К2СО3	NH4HCO3	NaOH
Концентрация, %	10-20	10,7	20	15	13	10
Количество, м3		1,5	0,7	1,5	1,5	1,5
рН раствора	9-12	10	11	10	10,5	11
Содержание смолистых веществ в растворе, г/л		1,12	1,45	1,10	1,17	1,52
Фосфорная кислота	Содержание, P2O5 %	20-54	53,5	40	40	20	53,5
V1, м3		0,232	0,590	0,348	0,300	0,232
V2, м3		2,838	0,520	0,940	0,640	0,397
Температура, °С	10-60	30	35	30	25	30
Соотношении Vщ:(V1+V2)	(0,4-2,5):1	0,49:1	0,63:1	1,16:1	1,59:1	0,92:1
Соотношение V1:V2	1:(0,5-13)	1:12,2	1:0,88	1:2,7	1:2,13	1:1,71
Количество солевого раствора, м3		4,570	1,806	2,787	2,440	2,129
рН раствора, I стадия	4-7	5,5	5,7	5	5,7	5,5
Содержание смолистых веществ в солевом растворе, г/л		0,45	0,62	0,33	0,60	0,58
Степень очистки от смолистых веществ, %, I стадия		59,8	57,2	0,7	48,7	61,8
рН раствора, II стадия	1-3	1	1,5	2,1	2,6	1,9
Содержание в солевом растворе после фильтрации	Р2O5, %		40,0	27,9	21,6	9,4	21,0
Na, % (К, % NH3, %)		1,19	6,65	2,01	1,66	3,58
SO4, %		0,124	0,085	0,066	0,030	0,073
Fe, %		0,015	0,011	0,009	0,003	0,003
F, %		0,016	0,050	0,039	0,015	0,003
Смолистые вещества, г/л		0,012	0,008	0,033	0,017	0,006
Степень очистки от смолистых веществ, % после фильтрации		98,9	99,5	97,0	98,5	99,6

1. Способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы водой 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешиванием водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на промывку щелочным раствором и водой с последующим возвращением его на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую собой щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой с последующим отделением смолистых веществ и раствора солей фосфорной кислоты, отличающийся тем, что щелочной раствор обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-54% Р₂O₅ при 10-60°С, при объемном соотношении Vщ:(V₁+V₂)=(0,4-2,5):1 последовательно в две стадии, разделяя поток фосфорной кислоты в объемном соотношении V₁:V₂=1:(0,5-13) с получением на I стадии солевых растворов с рН 4-7, на II стадии с рН 1-3, и последующим отделением от них смолистых веществ на I стадии отстаиванием и декантацией, на II стадии фильтрацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора при промывке экстрагента используют растворы Na₂СО₃, NaHCO₃, NaOH, К₂СО₃, КНСО₃, КОН, (NH₄)₂CO₃, NH₄HCO₃ или NH₄OH с концентрацией 10-20% в количестве, необходимом для достижения рН 9-12.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для фильтрации кислого солевого раствора после II стадии смешения с фосфорной кислотой используют и/или фильтровальную ткань, и/или активированный уголь.