Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Реферат

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации, 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 и разделением процесса реэкстракции на несколько этапов с получением на первом этапе предварительно отмытого экстракта, подаваемого далее на следующий этап - получение очищенной фосфорной кислоты, и загрязненной кислоты, возвращаемой на стадию экстракции трибутилфосфатом.

Сущность способа состоит в том, что общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на три части в соответствиях V₁:(V₂+V₃)=1:(2,5-10) и V₂:V₃=1:(1-2,5), экстракт после смешения с первой частью воды и разделения фаз направляют на смешение со второй, а затем с третьей частями воды для получения очищенной и глубоко очищенной фосфорных кислот. При этом на очистку целесообразно подавать 50-65% по Р₂О₅ экстракционную фосфорную кислоту. Смешение первой части воды с экстрактом целесообразно проводить при объемном соотношении фаз 1:(20-55), смешение второй части воды с экстрактом при объемном соотношении 1:(5-20) и третьей части воды при соотношении 1:(5-20); экстракцию и реэкстракцию целесообразно проводить в пульсационных колоннах с интенсивностью пульсации 50-2500 мм/мин, реэкстракцию проводить в трех колоннах с числом теоретических ступеней 0,4-2; 2-5 и 2-5.

Использование реэкстракции фосфорной кислоты из экстракта водой в три этапа позволяет выделить основную часть примесей из экстракта с первым потоком воды, утилизация образующейся при этом загрязненной фосфорной кислоты путем смешения ее с потоком экстракционной фосфорной кислоты, подаваемой на очистку, позволяет снизить содержание примесей Fe, Mg и SO₄ в очищенных фосфорных кислотах. Использование небольших объемов воды на первой стадии реэкстракции по сравнению со второй стадией позволяет получать загрязненную кислоту в малых количествах, тем самым не вызывать существенного снижения концентрации исходной экстракционной фосфорной кислоты и тем самым существенно не влиять на выработку очищенной фосфорной кислоты. Получение очищенной фосфорной кислоты из предварительно отмытого экстракта в два этапа позволяет получить два вида очищенной кислоты, при этом наиболее чистой кислотой будет кислота, полученная на третьей стадии реэкстракции.

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.

Известен способ очистки ЭФК с использованием трибутилфосфата (ТБФ) (патент РФ №2149830, кл. С 01 В 25/46, 12.10.1999), включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30-50°С и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при температуре 40-80°С, которые осуществляются путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, в котором экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5-5,5):1, и числе ступеней 1-6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при температуре 30-60°С продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции и взятой в количестве 25-65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты. В рассматриваемом способе для очистки экстракта, поступающего на стадию реэкстракции, используется очищенная продукционная фосфорная кислота в количестве 25-65% от выработки, таким образом, выход кислоты с низким содержанием примесей составляет всего лишь 35-75%. При этом в технологическом процессе образуется два потока кислоты: промывная продукционная кислота с содержанием более 600 частей Fe и более 6000 частей SO₄ на млн частей Р₂O₅ и раствор очищенной кислоты с содержанием 147 частей Fe и 1579 частей SO₄ на млн частей P₂O₅.

В данном способе очистка одной части продукционной кислоты идет за счет загрязнения другой части, сбыт которой будет затруднен.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ очистки ЭФК (патент РФ № 2219125, кл. С 01 В 25/46, 25.12.02), 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, в котором общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на две части в соотношении V₁:V₂=1:(3-9), первую часть воды смешивают с экстрактом и после разделения фаз загрязненную примесями водную фазу смешивают с экстракционной фосфорной кислотой в объемном соотношении 1:(6-15) и далее передают на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, а экстракт направляют на смешение со второй частью воды для получения очищенной фосфорной кислоты.

В случае использования указанного способа очистки применительно к ЭФК с массовой концентрацией 52,8% P₂O₅, полученную из апатитового концентрата и содержанию в качестве примеси, мас.%: Fe - 0,28; SO₄ - 0,31, получают продукционную очищенную кислоту состава, мас.%: Р₂O₅ - 39,2; Fe - 0,0049; SO₄ - 0,11. Степень очистки кислоты составляет: от Fe - 98,25%, SO₄ - 64,5%.

В случае использования указанного способа применительно к 55,08% по P₂O₅ кислоте, полученной из Ковдорского фосфатного концентрата, содержащей в качестве примесей, мас.%: Mg - 1,48; Fe - 0,218; SO₄ - 0,38, получают продукционную очищенную кислоту следующего состава, мас.%: Р₂O₅ - 41,0; Mg - 0,023; Fe - 0,014; SO₄ - 0,011. Степень очистки кислоты составляет: от Mg - 98,4%, Fe - 93,5%, SO₄ - 97%.

К недостаткам способа относится относительно невысокая степень очистки ЭФК апатитового концентрата от сульфатов (64%) и ЭФК из Ковдорского апатита от железа (93,5%).

Нами поставлена задача улучшения качества очищенной фосфорной кислоты.

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 ведением процессов смешения водной и органических фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации и разделением процесса реэкстракции на несколько этапов с получением на первом этапе предварительно отмытого от примесей экстракта и загрязненной кислоты, возвращаемой на стадию экстракции, трибутилфосфатом в начало процесса, в котором общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции делят на три части в соотношениях V₁:(V₂+V₃)=1:(2,5-10) и V₂:V₃=1:(1-2,5), экстракт после смешения с первой частью воды направляют последовательно на смешение со второй, а затем с третьей частями воды для получения очищенной и глубоко очищенной фосфорных кислот.

Основными отличиями предлагаемого способа являются:

1. Разделение потока воды, подаваемой на стадию реэкстракции, на три части в соотношения V₁:(V₂+V₃)=1:(2,5-10) и V₂:V₃=1:(1-2,5), при этом первая часть поступает на первое смешение с экстрактом, в процессе которого в водную фазу переходит от 30 до 65% примесей, присутствующих в экстракте, в процессе второй стадии реэкстракции в водную фазу переходит 23-54% примесей и в процессе третьей стадии реэкстракции в водную фазу переходит 10-5% соответственно, при этом на первой стадии реэкстракции в водную фазу переходит до 10-15% P₂O₅, на второй стадии до 35-50% P₂O₅ и на третьей стадии реэкстракции от 55 до 35% Р₂O₅. Вследствие указанного распределения между примесями и Р₂O₅ при реэкстракции наиболее чистая кислота образуется на третьей стадии реэкстракции.

2. Использование для очистки ЭФК с концентрацией 50-65% Р₂O₅ обеспечивает утилизацию загрязненной фосфорной кислоты в процессе и обеспечивает снижение примесей в очищенной фосфорной кислоты. Для осуществления предлагаемого способа на стадии экстракции и реэкстракции используют пульсационные колонны с оптимальным количеством ступеней контакта фаз в каждом аппарате и оптимальной интенсивностью пульсации.

Выполнение указанных мероприятий позволило снизить содержание примесей металлов и сульфатов в очищенной кислоте, полученной на третьей стадии реэкстракции по сравнению с прототипом в 2 раза, т.е. повысить качество очищенной кислоты.

Очищенная кислота 1, полученная в предлагаемом способе, при смешении экстракта со второй частью воды по качеству, как показано в таблице 1, несколько уступает качеству кислоты, полученной в прототипе, но ее качество удовлетворяет требованиям, предъявляемым ТУ 2142-002-00209450-96 к кислоте "ортофосфорной улучшенной", в таблице приведены сведения для кислот, упаренных до 52,9% Р₂O₅.

Пример 1.

В пульсационную насадочную колонну подается ЭФК с массовой концентрацией Р₂O₅ 53,0%, полученная из апатитового концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит, мас.%: Fe - 0,28; SO₄ - 0,31. В верхнюю часть экстракционной колонны подается 3030 л/ч ЭФК, фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют в режиме пульсации с интенсивностью 300 мм/мин и температуре 40°С трибутилфосфатом и получают рафинат, содержащий Р₂O₅ - 23,88 мас.%, который передают в производство аммофоса, 14756 л/ч экстракта, содержащего 14,6% P₂O₅, передают в первую колонну реэкстракции, противотоком на промывку подают 615 л/ч воды в соотношении 615:14756=1:24, при этом получают 712 л/ч загрязненной кислоты, которую передают в голову процесса на стадию экстракции трибутилфосфатом, и 14645 л/ч частично отмытого экстракта. Процесс ведут в одну ступень при интенсивности пульсации 1000 мм/мин и температуре 50°С.

Частично промытый экстракт передают во вторую колонну реэкстракции, смешивают противотоком с 1076 кг/ч воды в 2,5 ступени в режиме пульсации при интенсивности 1300 мм/мин, температуре 50°С и получают продукционную очищенную кислоту в количестве 2100 кг/ч следующего состава, мас.%: Р₂O₅ - 39,2%, Fe - 0,0086%; SO₄ - 0,185%. Объемное соотношение воды и экстракта составляет 1076:14645=1:13,6.

Полученный во II колонне экстракт объемом 14289 л/ч направляется на третью реэкстракцию, где его смешивают противотоком с 1394 л/ч воды в три ступени в режиме пульсации при интенсивности 1400 мм/мин, температуре 55°С и получают глубоко очищенную продукционную кислоту в количестве 2717 кг/час следующего состава, мас.%: Р₂O₅ - 29,0; Fe - 0,0015; SO₄ - 0,033. Объемное соотношение воды и экстракта составляет 1394 л/час:14289,2 л/час=1:10,25.

Объемное соотношение между первой, второй и третьей частями воды составило V₁:(V₂+V₃)=615:(1076+1394)=1:4,02 и V₂:V₃=1076:1394=1:1,29.

После упарки очищенной кислоты, полученной на второй стадии реэкстракции до 52,9% Р₂O₅, содержание Fe в ней составит 0,012%, SO₄ - 0,25%, что соответствует качеству на "Улучшенную кислоту по ТУ 2142-002-00209450-96".

При упарке глубоко очищенной кислоты, полученной на третьей стадии реэкстракции до 52,9% P₂O₅, содержание Fe в кислоте составляет 0,0027%, содержание SO₄ - 0,06%, что в 2,4-2,5 раза меньше чем в кислоте, получаемой по прототипу (таблица 1).

Пример 2.

В пульсационную насадочную колонну подают ЭФК с массовой концентрацией Р₂O₅ - 55,08% из Ковдорского фосфатного концентрата. В качестве примесей ЭФК содержит, мас.%: Mg - 1,48; Fe - 0,218; SO₄ - 0,38.

В верхнюю часть экстракционной колонны подается ЭФК объемом 3500 л/ч. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют в режиме пульсации с интенсивностью 500 мм/мин и температуре 45°С трибутилфосфатом и получают рафинат, содержащий Р₂O₅ - 46,6% мас., который передают в производство аммофоса, и 9844 л/ч экстракта, содержащего 16,25% Р₂O₅. Экстракт подают в первую колонну реэкстракции, противотоком на промывку подают воды 250 л/ч. Процесс ведут в режиме пульсации с интенсивностью 800 мм/мин в одну ступень при температуре 50°С. При этом образуется загрязненная примесями кислота, содержащая, мас.%: Р₂O₅ - 43,13; Mg - 0,88; Fe - 0,19; SO₄ - 0,165, которую направляют на смешение с экстракционной фосфорной кислотой и далее в начало процесса на стадию экстракции трибутилфосфатом. Смешение I части воды с экстрактом проводят при соотношении 250 л/ч:9844=1:40.

Частично отмытый экстракт объемом 9767 л/ч передают во вторую колонну реэкстракции и смешивают противотоком с 500 л/час воды в 1,3 ступени в режиме пульсации при интенсивности 1300 мм/мин и температуре 55°С и получают очищенную кислоту в количестве 1146 кг/час следующего состава, мас.%: Р₂O₅ - 41; Mg - 0,05; SO₄ - 0,024 и Fe - 0,03.

Объемное соотношение воды и экстракта составляет 500 л/час:9767 л/час=1:19,5.

Полученный экстракт объемом 9537 л/ч направляется на третью реэкстракцию, смешивается противотоком с 1237 л/час воды в режиме пульсации в 3,5 ступени при интенсивности 1400 мм/мин и температуре 55°С, при этом получают глубоко очищенную продукционную кислоту в количестве 2534 кг/час следующего состава, мас.%: Р₂O₅ - 37,1; Fe - 0,0059; Mg - 0,009; SO₄ - 0,0045. Объемное соотношение воды и экстракта составляет 1237 л/час:9537 л/час - 1:7,71.

Объемное соотношение между первой, второй и третьей частями воды составило: V₁:(V₂+V₃)=250:(500+1237)=1:6,95; V₂:V₃=500:1237=1:2,47.

При упарке очищенной кислоты, полученной на второй стадии реэкстракции до 52,9% Р₂O₅, содержание Fe в ней составит 0,039%, Mg - 0,065%, SO₄ - 0,031%, что соответствует качеству на "Улучшенную кислоту" по ТУ 2142-002-00209450-96.

При упарке очищенной кислоты, полученной на третьей стадии реэкстракции до 52,9% Р₂O₅, содержание Fe в кислоте составит - 0,008%, Mg - 0,013%, SO₄ - 0,006%, что в 1,8-2,3 меньше, чем в кислоте прототипа (таблица 1). Сопоставление параметров процесса с формулой изобретения представлено в таблице 2.

Таблица 1
Сравнение качества очищенных кислот представленного способа и прототипа.
Наименование способа	Характеристика очищенной кислоты
	Содержание, %мас.
Р2О5	SO4	Fe	Mg
	Норматив по ТУ 2142-002-00209-450-96 кислота ортофосфорная очищенная	52,9	0,35	0,04	-
Прототип	Апатитовый концентрат
Хибинского месторождения	52,9	0,15	0,0066	-
Степень очистки, %		64,9	98,28	-
Ковдорский апатит,Степень очистки, %	52,9	0,01497	0,01893,5	0,0398,4
Предлагаемый способ очистки	Апатитовый концентрат
Хибинского месторождения
Очищенная кислота №1	52,9	0,25	0,012
Степень очистки, %		1,40	96,9
Очищенная кислота №2	52,9	0,06	0,0027
Степень очистки, %		85,5	99,2
Ковдорский апатит,
Очищенная кислота №1	52,9	0,031	0,039	0,065
Степень очистки, %		93,6	86,2	96,6
Очищенная кислота №2Степень очистки, %	52,9	0,00698,7	0,00897	0,01399,3

Таблица 2
Параметры процесса.
Наименование процесса	Значение показателя
Пример 1	Пример 2	Формула
Объем I части воды (V1), л/час	615	250
Объем II части воды (V2), л/час	1076	500
Объем III части воды (V1), л/час	2300	1237
Соотношение V1:(V2+V3)	1:4,02	1:6,95	1: (2,5-10)
Соотношение V2:V3	1:1,29	1:2,47	1:(1-2,5)
Объем экстракта, подаваемого в первую колонну реэкстракции, л/час	14756	9844
Объем экстракта, подаваемого во вторую колонну реэкстракции, л/час	14645	9757
Объем экстракта, подаваемого в третью колонну реэкстракции, л/час	14289	9537
Объемное соотношение I части воды (V1) с объемом экстракта, подаваемого в первую колонну реэкстракции	1:24	1:40	1:(20-55)
Объемное соотношение II части воды (V2) с объемом экстракта, подаваемого во II колонну реэкстракции	1:13,6	1:19,5	1:(5-20)
Объемное соотношение III части воды (V3) с объемом экстракта, подаваемого в III колонну реэкстракции	1:10,25	1:7,71	1:(5-20)
Интенсивность пульсации, мм/мин	300-1400	800-1400	50-2500
Число теоретических ступеней в колоннах
I колонна	1	1	0,4-2
II колонна	2,5	1,3	2-5
III колонна	3	3,5	2,5

Источники информации

1. Патент РФ 2149830, кл. С 01 В 25/46, 12.10.1999 г.

2. Патент РФ 2214125, кл. С 01 В 25/46, 25.12.2002 г.

1. Способ 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 при 40-80°С с ведением процессов смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации и разделения процесса реэкстракции на несколько этапов с получением на первом этапе предварительно отмытого экстракта, подаваемого далее на следующий этап - получение очищенной фосфорной кислоты, загрязненной кислоты, возвращаемой на стадию экстракции трибутилфосфатом в начало процесса, отличающийся тем, что общий поток воды, поступающий на стадию реэкстракции, делят на три части в соотношениях V₁:(V₂+V₃)=1:(2,5-10) и V₂:V₃=1:(1-2,5), экстракт после смешения с первой частью воды и разделения фаз направляют последовательно на смешение со второй, а затем с третьей частями воды для получения очищенной и глубоко очищенной фосфорных кислот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на очистку подают 50-65% по P₂O₅ экстракционную фосфорную кислоту.

3. Способ по пп.1 и/или 2, отличающийся тем, что смешение первой части воды с экстрактом ведут при объемном соотношении фаз 1:(20-55).

4. Способ по пп.1 и/или 2, отличающийся тем, что смешение второй

части воды с экстрактом ведут при объемном соотношении фаз 1:(5-20).

5. Способ по пп.1 и/или 2, отличающийся тем, что смешение третьей части воды с экстрактом ведут при объемном соотношении фаз 1:(5-20).

6. Способ по пп.1 и/или 2, отличающийся тем, что экстракцию и реэкстракцию ведут в пульсационных колоннах с интенсивностью пульсации 50-2500 мм/мин.

7. Способ по пп.1 и 6, отличающийся тем, что реэкстракция проводится в трех пульсационных колоннах с числом теоретических ступеней 0,4-2; 2-5 и 2-5.