Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Реферат

Изобретение относится к способам очистки упаренной экстракционной фосфорной кислоты, образующейся при разложении апатитового концентрата, от сульфатов и взвесей с получением обессульфаченной фосфорной кислоты, которая используется в производстве очищенной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции трибутилфосфатом, а также в производстве фосфатирующих препаратов и других фосфатов технической квалификации.

Известны способы очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) с содержанием 22-64% P₂O₅ от сульфатов, включающие обработку ее при перемешивании и температуре 75-95°С соединениями стронция в количестве, необходимом для достижения соотношения Sr²⁺:SO₄ ^2- в кислоте 0,7-1,05, осветление обессульфаченной кислоты, отделение осветленной части методом декантации (патент РФ №2170700, С01В 25/234, 2001 г. и патент РФ №2194667, С01В 25/234, 2002 г.). Предлагаемые способы позволяют осуществить глубокое обессульфачивание ЭФК.

Недостатками способов являются длительное время осветления (до 100 часов), получение сульфата стронция в виде мелкодисперсного легко взмучиваемого осадка, что затрудняет разделение осветленной и сгущенной кислоты и практически делает неприемлемым использование непрерывных процессов очистки ЭФК от взвесей.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является другой известный способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной из апатита от сульфатов и взвесей, включающий обработку ее при перемешивании и повышенной температуре апатитовым концентратом, осветление в присутствии коагулянта и разделение осветленной обессульфаченной кислоты и сгущенной ее части. По этому способу на очистку подают ЭФК, содержащую 34-40% Р₂O₅, упаривают ее до 52-57% Р₂O₅ с поддержанием в упаренной кислоте массового отношения F:P₂O₅ и SO₄ ^2-:P₂O₅ в пределах 0,003-0,008 и 0,02-0,05 соответственно. Обработку апатитовым концентратом упаренной кислоты ведут при температуре 70-75°С до содержания SO₄ ^2-:P₂O₅ в ней 0,003-0,010. Осветление обессульфаченной кислоты ведут в присутствии коагулянта, а разделение сгущенной части и осветленной обессульфаченной кислоты методом декантации. Заявленные соотношения компонентов в растворе ЭФК после упаривания предлагается осуществлять посредством варьирования состава кислоты по Р₂O₅ перед упариванием и после упаривания (патент РФ №2131842, С01В 25/234, 1999 г.).

Недостатками способа являются:

- проведение процесса осветления в периодическом режиме, что снижает технологическую и экономическую эффективность процесса;

- сложность технологической схемы и аппаратурного оформления процесса осветления вследствие наличия большого количества стадий: осветление, декантация, взмучивание сгущенной ЭФК и транспортировку ее на переработку;

- низкая скорость осветления обессульфаченной ЭФК (0,18-0,24 м/с), обусловленная практической трудностью управления процессом за счет содержания P₂O₅ в слабой и упаренной ЭФК и неоптимальным содержанием SO₄ ^2- в продукционной кислоте (до 0,15%);

- в качестве исходной кислоты предусматривается использование только полугидратной ЭФК (34-40% Р₂O₅), использование дигидратной ЭФК не предполагается (а этим методом получают основное количество ЭФК в России);

- изменение содержания Р₂О₅ в слабой ЭФК в заявленном интервале (до 38-40% P₂O₅) резко ухудшает основные технико-экономические показатели производства слабой ЭФК.

Нами поставлена задача интенсификации процесса обессульфачивания упаренной ЭФК при обеспечении стабильно высокого выхода продукционной кислоты, упрощения технологической схемы и снижения эксплуатационных затрат.

Поставленная задача решается в предложенном способе очистки упаренной экстракционной фосфорной кислоты из апатита посредством обработки ее при перемешивании и повышенной температуре апатитовым концентратом, осветление в присутствии коагулянта и разделение осветленной обессульфаченной кислоты и сгущенной ее части, в котором на разделение подают обессульфаченную кислоту, содержащую 5-11% взвесей, и процесс разделения ведут в непрерывном режиме в тонком слое на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 3-11 м/ч до получения на выходе осветленной кислоты 60-80% от загрузки по Р₂O₅. Целесообразно обессульфачивание вести до остаточного содержания SO₄ ^2- в осветленной ЭФК 0,3-0,5%, а разделение кислот - до остаточного содержания взвесей 0,1-0,5%. Обработку кислоты апатитовым концентратом ведут при температуре 70-95°С.

Основными отличиями предлагаемого способа являются:

- проведение разделения суспензии обессульфаченной ЭФК, содержащей 5-11% взвесей, на осветленную обессульфаченную кислоту и сгущенную часть непрерывным способом в тонком слое на наклонных осадительных пластинах, при линейной скорости движения суспензии между пластинами 3-11 м/ч и выходе осветленной кислоты 60-80% от загрузки по Р₂О₅ до остаточного содержания взвесей в обессульфаченной ЭФК 0,1-0,5%;

- обессульфачивание упаренной ЭФК, полученной из апатитового концентрата полугидратным и дигидратным методами, осуществляют до остаточного содержания SO₄ ^2- в осветленной кислоте 0,3-0,5%.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Нами предлагается разделение суспензии проводить в непрерывном режиме в тонком слое на наклонных осадительных пластинах, расположенных на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга. Осветление ЭФК в тонком слое протекает с высокой скоростью (на 1-1,5 порядка выше по сравнению с осветлением в объемном отстойнике) вследствие того, что частицы твердой фазы в тонком слое проходят относительно короткий путь (несколько сантиметров), контактируют с поверхностью наклонной пластины и далее сползают вниз по наклонной пластине, а осветленная кислота проходит вверх между пластинами. При этом скорость сползания твердых частиц на порядок и более превышает скорость осветления частиц в объемном отстойнике.

В предлагаемом способе проведения процесса большую роль играет содержание в исходной упаренной ЭФК взвесей, которое поддерживают в интервале 5-11%. При таком количестве взвесей достигается высокая скорость осветления, равная 0,3-0,6 м/ч. Количество взвесей в исходной кислоте зависит от различных технологических параметров - состава упаренной ЭФК, подаваемой на обессульфачивание, расхода апатита и/или может быть достигнуто посредством рециркуляции части сгущенной ЭФК со стадии осветления и разделения суспензии. Отклонение от заявленного интервала содержания взвесей в суспензии приводит к уменьшению скорости отстаивания.

Заявленный нами интервал линейной скорости движения суспензии между пластинами 3-11 м/ч обусловлен, с одной стороны, требованием интенсификации процесса осветления, а с другой - качеством продукта по содержанию взвесей. Увеличение линейной скорости движения приводит к увеличению содержания взвесей в продукционной кислоте свыше 0,5%, что существенно затрудняет ее дальнейшую переработку (например, очистку трибутилфосфатом). Поддержание скорости меньшей 3 м/ч нецелесообразно вследствие снижения интенсивности (производительности) стадии осветления. Сравнение фактически достигаемой скорости осветления (0,3-0,6 м/ч) и многократно превышающей ее линейной скорости движения суспензии (3-11 м/ч) между пластинами наглядно демонстрирует высокую эффективность предлагаемого способа обессульфачивания ЭФК.

Заявленный интервал выхода осветленной обессульфаченной ЭФК обусловлен качественным составом исходной упаренной ЭФК, поступающей на обессульфачивание (способ производства ЭФК, состав по SO₄ ^2- и взвесям, содержание Р₂О₅ и т.д.), и физико-механическими свойствами сгущенной ЭФК (вязкость, содержание твердых, текучесть, способность к инкрустации и т.д.). Как правило, выход более 80% сопряжен с получением сгущенной кислоты с высоким содержанием взвесей, что затрудняет ее вывод из отстойника и дальнейшую транспортировку на переработку. Выход около 60% характерен для обессульфачивания упаренной ЭФК, содержащей значительные количества SO₄ ^2- и взвесей в упаренной кислоте. Выход менее 60% экономически нецелесообразен, т.к. увеличивает объем оборудования узла осветления и затрудняет переработку больших объемов сгущенной кислоты.

Принятый нами интервал остаточного содержания SO₄ ^2- обеспечивает образование относительно крупных кристаллов полугидрата сульфата кальция, что позволяет достичь высокой скорости отстаивания суспензии. Верхняя граница интервала обусловлена, с одной стороны, затуханием динамики улучшения качества кристаллов полугидрата сульфата кальция, а с другой - требованиям к потребительским свойствам обессульфаченной кислоты. При содержании SO₄ ^2- менее 0,3% размер кристаллов полугидрата сульфата кальция существенно уменьшается. Кроме того, при избытке апатита в суспензии появляются мелкодисперсные кристаллы монокальцийфосфата, что резко снижает скорость осветления суспензии.

На стадии обессульфачивания исходную упаренную ЭФК, полученную из апатитового концентрата дигидратным или полугидратным способом, обрабатывают при температуре 70-95°С. Расширение температурного интервала процесса по сравнению с прототипом позволяет получить более крупные кристаллы полугидрата сульфата кальция. Увеличение температуры более 95°С нецелесообразно, т.к. значительно повышается коррозия оборудования. Снижение температуры процесса ниже 70°С приводит к кристаллизации мелких кристаллов сульфата кальция.

Предложенный способ очистки упаренной ЭФК из апатитового концентрата от сульфатов и взвесей по сравнению с известным позволяет осуществить процесс очистки ЭФК непрерывным способом, упростить технологическую схему очистки за счет сокращения стадийности процесса и оптимизации системы вывода осветленной и сгущенной ЭФК, стабилизировать выход и качество обессульфаченной осветленной кислоты, сократить эксплуатационные затраты.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1.

1000 кг экстракционной фосфорной кислоты, полученной дигидратным способом, содержащей 4,0% взвесей, 52,5% Р₂О₅ и 4,2% сульфатов в пересчете на SO₄ ^2- в жидкой фазе, обрабатывают при температуре 95°С и перемешивании апатитовым концентратом в количестве 65 кг. Для поддержания заданной температуры в реакционный объем вводят 92 кг острого пара. При этом содержание сульфата в пересчете на SO₄ ^2- в осветленной части обессульфаченной кислоты снижается до 0,40%, а содержание взвесей в суспензии увеличивается до 11%. В суспензию добавляют коагулянт (например, полиакриламид) и проводят ее осветление. При этом скорость осаждения твердых частиц в растворе экстракционной фосфорной кислоты составляет 0,4 м/ч. Осветление с разделением осветленной и сгущенной кислот проводят непрерывным способом на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 5 м/ч и выходе осветленной обессульфаченной ЭФК 60% от загрузки по P₂O₅ (596 кг осветленной кислоты). При этом остаточное содержание взвесей в осветленной кислоте поддерживают на уровне 0,5%. Содержание взвесей в сгущенной ЭФК (503 кг сгущенной ЭФК) составляет 21,3%.

Пример 2.

21000 кг/ч экстракционной фосфорной кислоты, полученной дигидратным способом, содержащей 3,0% взвесей, 52,3% P₂O₅ и 3,0% сульфатов в пересчете на SO₄ ^2- в жидкой фазе, обрабатывают при температуре 70°С и перемешивании апатитовым концентратом в количестве 896 кг/ч. Для поддержания заданной температуры в реакционный объем вводят 714 кг/ч острого пара. При этом содержание сульфата в пересчете на SO₄ ^2- в осветленной части обессульфаченной кислоты снижается до 0,30%, а содержание взвесей в суспензии увеличивается до 7,9%. В суспензию добавляют коагулянт (например, полиакриламид) и проводят ее осветление. При этом скорость осаждения твердых частиц в растворе экстракционной фосфорной кислоты составляет 0,3 м/ч. Осветление с разделением осветленной и сгущенной кислот проводят непрерывным способом на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 3 м/ч и выходе осветленной обессульфаченной ЭФК 65% от загрузки по Р₂О₅ (13558 кг осветленной кислоты). При этом остаточное содержание взвесей в осветленной кислоте поддерживают на уровне 0,1%. Содержание взвесей в сгущенной ЭФК (9052 кг) составляет 19,5%.

Пример 3.

36000 кг/ч экстракционной фосфорной кислоты, полученной полугидратным способом, содержащей 2,5% взвесей, 52,3% P₂O₅ и 2,2% сульфатов в пересчете на SO₄ ^2- в жидкой фазе, обрабатывают при температуре 80°С и перемешивании апатитовым концентратом в количестве 1262 кг/ч. Для поддержания заданной температуры в реакционный объем вводят 1008 кг/ч острого пара. При этом содержание сульфата в пересчете на SO₄ ^2- в осветленной части обессульфаченной кислоты снижается до 0,30%, а содержание взвесей в суспензии увеличивается до 6,3%. В суспензию добавляют коагулянт (например, полиакриламид) и проводят ее осветление. При этом скорость осаждения твердых частиц в растворе экстракционной фосфорной кислоты составляет 0,5 м/ч. Осветление с разделением осветленной и сгущенной кислот проводят непрерывным способом на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 8 м/ч и выходе осветленной обессульфаченной ЭФК 70% от загрузки по P₂O₅ (25132 кг осветленной кислоты). При этом остаточное содержание взвесей в осветленной кислоте поддерживают на уровне 0,1%. Содержание взвесей в сгущенной ЭФК (13138 кг) составляет 18,1%.

Пример 4.

36000 кг/ч экстракционной фосфорной кислоты, полученной полугидратным способом, содержащей 2,0% взвесей, 52,3% Р₂О₅ и 1,4% сульфатов в пересчете на SO₄ ^2- в жидкой фазе, обрабатывают при температуре 70°С и перемешивании апатитовым концентратом в количестве 519 кг/ч. Для поддержания заданной температуры в реакционный объем вводят 432 кг/ч острого пара. При этом содержание сульфата в пересчете на SO₄ ^2- в осветленной части обессульфаченной кислоты снижается до 0,50%, а содержание взвесей в суспензии увеличивается до 3,75%. С целью достижения содержания твердой фазы 5% (обеспечивающей высокую скорость осветления) к суспензии добавляют часть сгущенной ЭФК (4590 кг), получаемой на стадии осветления. В суспензию добавляют также коагулянт (например, полиакриламид) и проводят ее осветление. При этом скорость осаждения твердых частиц в растворе экстракционной фосфорной кислоты составляет 0,6 м/ч. Осветление с разделением осветленной и сгущенной кислот проводят непрерывным способом на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 11 м/ч и выходе осветленной обессульфаченной ЭФК 80% от загрузки по Р₂O₅ (28592 кг осветленной кислоты). При этом остаточное содержание взвесей в осветленной кислоте поддерживают на уровне 0,5%. Содержание взвесей в сгущенной ЭФК (12950 кг сгущенной ЭФК, в т.ч. 4590 кг рециркулируемой ЭФК) составляет 14,9%.

1. Способ очистки упаренной экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), полученной из апатита, от сульфатов и взвесей, включающий обработку ее при перемешивании и повышенной температуре апатитовым концентратом, осветление в присутствии коагулянта и разделение осветленной обессульфаченной кислоты и сгущенной ее части, отличающийся тем, что на разделение подают обессульфаченную кислоту, содержащую 5-11% взвесей и процесс разделения ведут в непрерывном режиме в тонком слое на наклонных осадительных пластинах при линейной скорости движения суспензии между пластинами 3-11 м/ч до получения на выходе осветленной кислоты 60-80% от загрузки по P₂O₅.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обессульфачивание ведут до остаточного содержания SO₄ ^2- в осветленной ЭФК 0,3-0,5%, а разделение кислот проводят до остаточного содержания взвесей 0,1-0,5%.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что обработку кислоты апатитовым концентратом ведут при температуре 70-95°С.