close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4692

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4692
(13)
C1
7
(51) C 01B 25/225
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОЧИСТКИ УПАРЕННОЙ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ
КИСЛОТЫ
(21) Номер заявки: a 19981157
(22) 1998.12.22
(46) 2002.09.30
(71) Заявители: Учреждение
образования
"Белорусский
государственный
технологический
университет",
Гомельский
химический завод (BY)
(72) Авторы: Воробьев Н.И., Тетеревков А.И.,
Кулешова С.И., Первинкин В.Е., Козлова А.М.,
Каштелян Н.Г. (BY)
(73) Патентообладатели: Учреждение образования
"Белорусский
государственный
технологический университет", Гомельский
химический завод (BY)
(57)
1. Способ очистки упаренной экстракционной фосфорной кислоты от соединений фтора и взвешенных
веществ, включающий обработку кислоты осадительным реагентом, связывающим фтор в виде нерастворимых кремнефторидов щелочных металлов, и отделение осадка отстаиванием в присутствии флокулянта, отличающийся тем, что в качестве осадительного реагента используют смесь, приготовленную путем смешивания
жидкого стекла, разбавленного водой до соотношения 1:(2-3) и взятого в пересчете на SiO2 в количестве
25,3-27,9 % от стехиометрии в пересчете на фтор,
соды, взятой в количестве 130-160 % от стехиометрии в пересчете на фтор,
очищаемой экстракционной фосфорной кислоты, взятой в количестве 10-20 % от общей массы очищаемой кислоты,
а в качестве флокулянта используют Praestol-2500 или Praestol-2515 в виде 0,1 мас. %-ного водного раствора в количестве 5 г сухого вещества на 1 м3 кислоты.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в осадительный реагент дополнительно вводят известь в количестве, достаточном для удаления свободной серной кислоты.
BY 4692 C1
(56)
EP 0134732 A1, 1985.
JP 55090408 A, 1980.
Изобретение относится к способам очистки экстракционной фосфорной кислоты.
Известны различные способы получения очищенной экстракционной фосфорной кислоты путем связывания соединений фтора в виде труднорастворимых соединений щелочных металлов с последующим отделением осадка методами фильтрации или отстаивания.
Однако большинство предложенных способов относятся к способам обесфторивания неупаренной экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), содержащей 27-32 % P2O5, 1,8-2,8 % фтора и 2-3 % SO3. ЭФК после обесфторивания содержит более 0,2 % фтора и непригодна для производства кормовых фосфатов, в которых содержание фтора ограничено 0,2 %, и существует тенденция к его уменьшению.
Упаренная ЭФК (УЭФК) обычно содержит (мас. %): P2O5 - 50 ± 2; F - 0,8 ± 0,2; SO3 - 4,2 ± 0,6, причем 7080 % от общего количества фтора содержится в виде ионов SiF62-, а остальное количество - в виде ионов F- или
комплексных ионов с железом и алюминием, что затрудняет выделение соединений фтора из кислоты. Кроме того, упаренная ЭФК обладает повышенной вязкостью и содержит значительное количество тонкодисперсных взвешенных веществ. По этим причинам известные способы очистки, пригодные для неупаренной
BY 4692 C1
кислоты, малоэффективны для очистки УЭФК, в частности, способы, включающие отделение осадков методом отстаивания.
Известен способ получения очищенной полугидратной экстракционной фосфорной кислоты, содержащей
42-46 % P2O5, согласно которому для улучшения фильтрации на последней стадии разложения фосфатного
сырья серной кислотой в реакционную смесь вводят соединения натрия и калия (соду или поташ), при этом
происходит образование кремнефторидов натрия или калия, которые осаждаются с полугидратом сульфата
кальция, а затем отделяются от кислоты на фильтрах [1]. Указанный способ реализован на Винницком химзаводе (Украина). Очищенная кислоты содержит 0,27-0,30 % F и используется для получения кормовых
фосфатов, содержащих до 0,3 % F.
Недостатками известного способа являются следующие:
способ применим только к полугидратному способу получения экстракционной фосфорной кислоты, тогда как большинство заводов, в т.ч. и Гомельский химический завод, производят ЭФК в дигидратном режиме;
степень обесфторивания ЭФК недостаточна для получения на ее базе кормовых фосфатов, так как кислота должна содержать менее 0,2 % F;
весь фтор, содержащийся в фосфатном сырье в виде малорастворимых соединений, переходит в фосфогипс-полугидрат, который невозможно утилизировать.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ
получения очищенной, обессульфаченной, обесфторенной и осветленной упаренной экстракционной фосфорной кислоты (ОУЭФК), согласно которому реакционная смесь, образующаяся в реакторе в результате обработки фосфатной руды серной кислотой, подвергается десульфации путем введения некоторого количества фосфатной руды, затем она поступает на стадию фильтрации, куда дополнительно вводят
флокулирующий агент, затем полученная ЭФК направляется на упарку, где в процессе концентрирования
ЭФК от 30 до 5 % P2O5 происходит частичное обесфторивание кислоты, в концентратор одновременно вводится некоторое количество флокулирующего агента, далее УЭФК обрабатывается раствором жидкого стекла и поступает в отстойник, где происходит процесс осветления (отстаивания примесей) [2].
Силикат натрия (жидкое стекло) применяют в виде водного раствора с концентрацией 200 г/л из расчета
10 кг/т P2O5; суммарный расход флокулянта составляет 25 г/т P2O5 и применяют его в виде раствора с концентрацией 0,8 г/л. Обесфторенная кислота содержит не более 0,2 % фтора и не более 0,2 % взвешенных
частиц (степень обесфторивания, рассчитанная по данным патента [2], не превышает 75 %). Отстаивание
примесей осуществляется в аппарате диаметром 8 м. Скорость отстаивания не превышает 0,11 м/ч (рассчитано по данным патента [2]).
Недостатками известного способа являются недостаточная степень обесфторивания и степень осветления
УЭФК, низкая скорость отстаивания примесей, повышенный расход флокулянта.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение остаточного содержания фтора и взвешенных
частиц в упаренной очищенной и осветленной экстракционной фосфорной кислоте, т.е. повышение степени
обесфторивания и осветления УЭФК.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе очистка УЭФК от соединений фтора
осуществляется путем связывания фтора в виде нерастворимых кремнефторидов щелочных металлов с помощью осадительного реагента, приготовленного путем смешивания жидкого стекла, разбавленного водой
до соотношения 1:(2-3), взятого в пересчете на SiO2 в количестве 25,3-27,9 % от стехиометрии в пересчете на
фтор, соды, взятой в количестве 130-160 % от стехиометрии в пересчете на фтор, и очищаемой экстракционной фосфорной кислоты, взятой в количестве 10-20 % от общей массы очищаемой кислоты.
Для очистки от соединений фтора остальное количество упаренной экстракционной фосфорной кислоты
(80-90 % от общей массы) обрабатывают приготовленным осадительным реагентом при температуре 4080 °C.
Образовавшийся осадок кремнефторида натрия и взвешенные вещества выделяют из фосфорной кислоты
методом отстаивания. Для увеличения скорости отстаивания осадка используют флокулянты Praestol-2515
или Praestol-2500 в виде 0,1 % водного раствора в количестве 5 г сухого вещества на 1 м3 кислоты.
Для очистки УЭФК от сульфат-ионов вводят кальцийсодержащий реагент, в качестве которого используют известь.
В процессе приготовления осадительного реагента происходят следующие реакции.
При смешении фосфорной кислоты с разбавленным жидким стеклом образуется фосфат натрия и активная кремнекислота:
Na2SiO3 + 2H3PO4 + nH2O → 2NaH2PO4 + SiO2 · nH2O.
(1)
Присутствие активной кремнекислоты облегчает образования кремнефторида натрия и повышает общую
степень удаления фтора в осадок за счет протекания реакции
SiO2 · nH2O + 6HF → H2SiF6 + (n + 2)Н2О.
(2)
При добавке соды образуется дигидрофосфат натрия по реакции
Na2CO3 + 2H3PO4 → 2NaH2PO4 + CO2 + H2O.
(3)
2
BY 4692 C1
На стадии приготовления осадительного реагента температура составляет 20-60 °C, а время - 20-40 мин.
Дозировка жидкого стекла составляет 20-30 % от стехиометрии на связывание фтора по реакции
SiO2 + 6HF → H2SiF6 + 2H2O.
(4)
Дозировка соды составляет 120-200 % от стехиометрии на образование кремнефторида натрия по реакции
Na2CO3 + H2SiF6 → Na2SiF6 + CO2 + H2O.
(5)
Соду и жидкое стекло дозировали, исходя из общего расхода УЭФК на обесфторивание.
Предварительная подготовка осадительной смеси позволяет получить более крупные кристаллы гексафторсиликата натрия, увеличить скорость и полноту выделения соединений фтора в осадок.
Осадительная смесь смешивается с основным количеством УЭФК, составляющим 80-90 % от общего количества и перемешивается 40-60 мин при температуре 40-80 °C.
На данном этапе происходят реакции (2) и (4) в основном объеме УЭФК. Основное количество фтора
связывается в гексафторсиликат натрия, выделяющийся в виде кристаллов:
H2SiF6 + 2NaH2PO4= Na2SiF6 + 2H3PO4.
(6)
При необходимости очистки УЭФК от сульфат-ионов при обработке УЭФК осадительной суспензией
может быть дополнительно введена известь, которая вступает во взаимодействие со свободной H2SO4 с образованием кристаллов сульфата кальция, выпадающих в осадок.
После проведения обработки УЭФК осадительной суспензией в присутствии извести или без нее обработанная УЭФК смешивается с флокулянтом и направляется на отделение твердой фазы примесей отстаиванием. Расход флокулянта Praestol-2500 (2515) составляет 5 г сухого вещества на 1 м3 или 6,1 г/т P2O5. Флокулянт применяют в виде 0,1 % водного раствора.
Обесфторенная и осветленная ОУЭФК содержит 0,10-0,17 % фтора. Выход ОУЭФК - 50-70 %. ОУЭФК
пригодна для производства кормовых фосфатов.
Сгущенная часть УЭФК (30-50 %) с повышенным содержанием труднорастворимых примесей может
найти применение в производстве фосфорных удобрений.
Предложенное техническое решение поясняется следующими примерами.
Пример 1.
К 1 л УЭФК, нагретой до 60 °C, добавляют 19,548 г кальцинированной соды (Na2CO3 - 19,147 г или 160 % от
стехиометрии на фтор) и 7,295 г извести (CaO - 6,93 г или 10 % от стехиометрии на SО3ОБЩ), перемешивают в
течение 40 мин, затем добавляют 5 мл 0,1 % раствора флокулянта Praestol-2515. Полученную суспензию отстаивают при этой же температуре в течение 1 ч. От осветленной части кислоты (на глубине 100 мм от поверхности) отбирают пробу на анализ. В осветленной кислоте было найдено 0,2 % F, скорость осветления
составила 0,1 м/ч (табл. 1), степень обесфторивания - 74,4 %.
Таблица 1
Результаты очистки УЭФК в лабораторных условиях
№ пп
1
2
3
4
5
Состав исходной кислоты,
мас. %
P2O5
SO3
F
48,67
50,48
49,94
50,48
50,48
6,00
5,65
5,31
5,65
5,65
0,78
1,19
0,86
1,19
1,19
Дозировка в % от стехиометрии на F, %
сода
жидкое
стекло
160
160
20,90
200
34,50
160
33,40
160
20,90
Скорость
Содержание в Степень выотстаивания,
УЭФК F, % деления F, %
м/ч
0,20
0,17
0,15
0,10
0,08
74,4
85,7
82,6
92,6
93,2
0,10
0,17
0,10
0,15
0,22
Примеры 2 и 3.
Опыты 2 и 3 проводили аналогично опыту в примере 1, но отличались тем, что дополнительно вводили
жидкое стекло в количестве 7,2 г (пример 2) и 8,6 г (пример 3) в виде водного раствора, содержащего 15 %
SiO2 (разбавление водой 1:1 по массе). За счет введения жидкого стекла наблюдается увеличение степени
обесфторивания до 82,0-85,7 %.
Примеры 4 и 5.
Наилучшие результаты были получены в опытах 4 и 5 (табл. 1), когда осадительные реагенты вводились в
виде осадительной смеси, приготовленной следующим образом: 28,8 г соды, 7,3 г извести и раствор жидкого
стекла, содержащий 7,5 % SiO2, растворяли в 200 мл УЭФК при температуре 50 °C в течение 30 мин. Полученную реакционную смесь, содержащую фосфат натрия и активную кремнекислоту SiO2 ⋅ nН2О, вводили в
800 мл нагретой до 60 °C УЭФК, перемешивали в течение 3 мин и оставляли на отстаивание. Пробу осветленной кислоты отбирали через 1 ч с глубины 150 и 200 мм соответственно. В указанных опытах степень
обесфторивания УЭФК составляла 92-93 %, а скорость осветления составляла 0,15-0,22 м/ч.
В примерах 4 и 5 была использована осадительная суспензия.
3
BY 4692 C1
Дозировка извести составляла 10 % от стехиометрии на SО3ОБЩ.
Температура - 60 °C, длительность отстаивания - 1 ч.
Расход флокулянта Praestol-2515 - 5 г сухого вещества/л кислоты.
Заводская УЭФК содержит некоторое количество гипса. В полупромышленных опытах на Гомельском
химическом заводе известь не использовали.
Пример 6.
Водный раствор жидкого стекла готовили путем растворения 28,4 кг жидкого стекла в 85 л воды. Полученный раствор содержал 7,5 % SiO2. Приготовление осадительной смеси осуществляли следующим образом: к 1 м3 УЭФК добавляли жидкое стекло и 117,96 кг соды, полученную суспензию перемешивали в течение 30 мин. К осадительной смеси добавляли 4 м3 УЭФК и перемешивали в течение 45 мин при температуре
52 °C, а затем вводили 5 л 0,1 % раствора флокулянта Praestol-2515 из расчета 5 г сухого вещества на 1 м3
кислоты, перемешивали 5 мин, выключали мешалку. Пробы осветленной кислоты отбирали с глубины 1 м
через 4, 24 ч. Результаты анализов приведены в табл. 2.
Как видно из приведенных данных, содержание фтора в осветленной кислоте уменьшилось с 0,93 до
0,2 %, содержание сульфатов - с 4,34 до 2,31 % SO3, осветленная кислота не содержала взвешенных частиц.
Скорость отстаивания примесей составляла 0,25 м/ч, что вполне достаточно для промышленных условий.
Степень обесфторивания кислоты достигала 78,95 %, а степень осветления кислоты - 100 %.
Таблица 2
Характеристика исходной УЭФК
№ опыта
6
7
8
9
10
11
Плотность, г/см3 Температура, °C
1,618
1,660
1,640
1,650
1,612
1,630
12
31
42
40
35
-
P2O5
47,36
50,30
47,70
49,65
47,08
48,80
Состав, %
F
0,95
0,86
0,83
1,00
0,76
0,79
SO3
4,34
4,05
4,80
4,97
4,52
5,99
Содержание взвешенных частиц, г/л
54,05
65,07
62,87
66,62
41,50
29,70
Как видно из приведенных в табл. 2 данных, наилучшие результаты были получены в опытах 10 и 11,
проведенных аналогично примеру 6. В этих опытах в осадительную смесь вводили жидкое стекло, исходя из
расхода 130-135 % от стехиометрии на фтор. Содержание фтора в осветленной кислоте составляло 0,100,12 %, а степень окисления достигала 100 %.
Увеличение продолжительности отстаивания кислоты до 24 ч приводило к снижению производительности отстойника в 6 раз, но не давало значительного положительного эффекта.
Таким образом, как видно из приведенных примеров, осуществлением способа может быть достигнута
высокая степень очистки УЭФК, в частности, в опытно-промышленных условиях может быть достигнута
степень обесфторивания 84,2-87,3 %, а степень осветления - 100 %.
По сравнению с прототипом осуществление очистки УЭФК по предлагаемому способу позволяет достичь
более высокой степени очистки УЭФК от соединений фтора (87,3 по сравнению с 75,0 %) и степени осветления (100 %), а также снизить расход флокулянта с 25 до 6,1 г/т P2O5, кроме того, существенно увеличить
скорость отстаивания примесей (с 0,11 до 0,22 м/ч).
Источники информации:
1. А.с. 264367 СССР, С 01В 25/18, 1970.
2. Заявка 2549460 Франции, C01 B 25/225, C01 B 1/00, 1985 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
134 Кб
Теги
by4692, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа