Производство экстракционной фосфорной кислоты

• Название: Производство экстракционной фосфорной кислоты
• Анкор: Производство экстракционной фосфорной кислоты.docx
• Дата: 22.12.2017
• Размер: 400.86 Kb.
• Имя файла: Производство экстракционной фосфорной кислоты.docx
• Тип: Документы; #12511
• страница: 4 из 5

ТАБЛИЦА П

Концентрация H₂S0₄ (в пересчете на S0₃) в жидкой фазе для оптимальных условий кристаллизации гипса

(гидраторе) и продолжающаяся гидратация полугидрата приводит к загипсовыванию фильтровальной ткани и коммуникаций. Получение устойчивого полугидрата и непосредственное его промывание водой упрощает технологическую схему, но требует стабилизации полугидрата и применения соответствующих режимов.
ПРОИЗВОДСТВО ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ кислоты ДИГИДРАТНЫМ СПОСОБОМ

существующие схемы дигидратного процесса различаются применением или отсутствием циркуляции пульпы, распределением реагентов между реакторами, способами охлаждения пульпы и, наконец, методами разделения твердой и жидкой фаз и промывки фосфогипса.

Во всех случаях основной целью является ведение процесса без резких колебаний концентраций и температур и образование возможно более крупных и изометрических кристаллов сульфата кальция.

Хорошо фильтрующие осадки дигидрата сульфата кальция в процессе экстракции получаются при следующих условиях ³¹-⁸²⁸⁴. Стбпень пересыщения жидкой фазы сульфатом кальция при разложении фосфатов должна поддерживаться не выше 0,2—0,5. Низкая степень пересыщения достигается прежде всего непрерывным ведением процесса. Для этого реагенты непрерывно подаются в систему и энергично перемешиваемая реакционная масса медленно перетекает через серию экстракторов (4—8 шт.) или отдельные секции многосекционного экстрактора. Чем больше относительный реакционный объем раствора (или чем больше продолжительность взаимодействия реагентов), тем крупнее и однороднее получаются кристаллы. Опытом установлена продолжительность пребывания пульпы в реакторах для различных типов фос-" фатного сырья 4—7 ч ³¹> ⁸⁵-»7, 132-150 Необходимая длительность процесса обеспечивается выбором соответствующего объема реакционной аппаратуры.

Для увеличения скорости кристаллизации (снятия пересыщения) и уменьшения возможности возникновения новых центров кристаллизации (зародышей) процесс проводят в присутствии большого количества растущих кристаллов сульфата кальция (затравка), что достигается посредством циркуляции — перекачивания пульпы из последнего реактора в первый. Кратность циркуляции не превышает 10—12 вес. ч. на единицу продукционной пульпы.

Другим важным условием является поддержание оптимальной концентрации серной кислоты в жидкой фазе того реактора, где происходит осаждение сульфата кальция (стр. 902). Она тем выше, чем больше в сырье соединений полуторных окислов (табл. 71) 31,38,85-87,132-150 Оптимальная концентрация поддерживается в схеме без циркуляции пульпы распределением серной кислоты или фосфата между первыми реакторами, а по схеме с циркуляцией— подбором количества циркулирующей пульпы. В первом случае часть серной кислоты (иногда 10—15% от общего количества) вводят во второй реактор, чтобы поддержать оптимальную концентрацию ее в первом экстракторе. При переработке апатита содержание свободной H2SO4 в растворе первого экстрактора не должно превышать 20 г/л, а в последующих экстракторах оно снижается от 10 до 0 г/л. В схеме без циркуляции оптимальную концентрацию серной кислоты стремятся поддерживать в первых двух реакторах, и серную кислоту, помимо первого реактора, вводят также в третий и четвертый реакторы. В первых реакторах происходит растворение фосфата кальция, и количество серной кислоты в растворе уменьшается. Чем уже интервал концентраций серной кислоты в жидкой фазе экстракторов, тем больше должна быть кратность циркуляции³¹'⁹⁸.

Для выращивания крупных кристаллов гипса в экстракторах поддерживают температуру 70—75°. Это достигается за счет тепла реакции и регулируется охлаждением.

Пульпа, вытекающая из последнего экстрактора и состоящая¹ из раствора фосфорной кислоты и твердой фазы—гипса, поступает на разделение. Отделенный раствор — основной фильтрат представляет собой экстракционную кислоту. Осадок, удерживающий значительное количество раствора, промывают противотоком водой-Отмытый осадок гипса содержит небольшие количества недоот-мытой фосфорной кислоты — его называют фосфогипсом.

Часть основного фильтрата отводится в качестве готового продукта, а остальное его количество смешивается с промывным фильтратом и возвращается на экстракцию в виде раствора разбавления. В зависимости от числа промывок (например, трех- ил»

четырехфильтратная схема и т. д.) образуются несколько фильтратов разной концентрации.

Отделение и промывание фосфогипса производят на ленточных, конвейерно-лотковых и карусельных вакуум-фильтрах. Одно из главных требований к фильтрам — обеспечение хорошей отмывки гипса от фосфорной кислоты при наименьшем расходе воды. Ранее для этой цели применяли барабанные вакуум-фильтры. При использовании барабанных вакуум-фильтров погружного типа для отмывки осадка его репульпируют водой и промежуточными растворами. Фильтрование пульпы и промывание осадка производят последовательно на трех вакуум-фильтрах противотоком в три ступени. Это связано с образованием шести фильтратов. Но предварительная репульпация осадка в течение 1—2 ч перед каждой ступенью в специальном смесителе позволяет эффективно отмыть фосфорную кислоту даже из осадков, зашламованных кремнегелем и другими илистыми примесями. Например, при экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау степень отмывки фосфогипса от фосфорной кислоты при ступенчатом фильтровании (шестифиль-тратной схеме) достигает 97% при концентрации кислоты 20—25% Р₂0₅, а производительность фильтров составляет 400—450 кг!(м² • ч) сухого фосфогипса ^86_88>⁹⁰'¹⁰⁴. Барабанные вакуум-фильтры могут быть также использованы на небольших установках при получении экстракционной фосфорной кислоты из бедных отечественных фосфоритов ¹³²-^|5°.

При переработке фосфатной руды, содержащей 32% Р₂0₅, -степень отмывки фосфогипса на барабанных вакуум-фильтрах достигает¹⁸' ¹⁰⁵ 98—99%, а выход Рг0₅ в фосфорную кислоту больше '95%. Перед вторым фильтрованием фосфогипс перемешивается со вторым фильтратом, содержащим 15—16% Р2О5, в течение 2 ч. При этом происходит окончательное разложение фосфата и достигается равновесная концентрация сульфата кальция в жидкой фа--зе, что предотвращает кристаллизацию на фильтровальной ткани и в коммуникациях. Перед третьим фильтрованием фосфогипс перемешивается с четвертым фильтратом, содержащим <2,5% Р2О5, в течение 1 ч с добавлением в пульпу серной кислоты до концентрации около 2% S0₃.

До недавнего времени вращающиеся барабанные вакуум-фильтры непрерывного действия ¹⁵¹ широко применялись в производстве экстракционной фосфорной кислоты. Их главный недостаток — громоздкость и сложность обслуживания. Попытки упрощения процесса фильтрования применением двухступенчатой (четырехфиль-тратной) схемы не увенчались успехом ^ш. Помимо этого, трудность ■защиты этих аппаратов от коррозии, малая поверхность фильтрования привели к использовании для фильтрования фосфорной кислоты новых конструкций высокопроизводительных вакуум-фильтров. Технологическая схема производства значительно упрощается

при применении фильтров наливного типа (ленточных, конвейерно-лотковых или карусельных). Они позволяют совмещать основную операцию фильтрования с процессом промывания гипса, что дает возможность уменьшить число фильтратов. Ленточные вакуум-фильтры^27,151-155 (рис. 251) имеют сравнительно небольшую фильтрующую поверхность (до 10 м²) при ширине ленты 500 мм. Они отличаются высоким съемом фильтрата и осадка с единицы фильтрующей поверхности в 1 ч (вследствие отложения на поверхности фильтра в первую очередь крупных частиц осадка), легкой реге-нерируемостью фильтрующей ткани, простотой конструкции, легкостью защиты от коррозии и удобством обслуживания. Недостатком их является нечеткое разделение отдельных фаз фильтрования и промывания осадка, что увеличивает расход воды на промывание и уменьшает концентрацию продукционной фосфорной кислоты ¹⁵⁶. Кроме того, они имеют относительно небольшую производительность. Поэтому на заводах большой мощности требуется большое число фильтров, занимающих значительные площади.

Применением конвейерно-лотковых фильтров достигается лучшее разделение промывных растворов²⁷' ¹⁰⁹> ^ш- ^т<¹⁵⁷. Это позволяет вести промывку с уменьшенным расходом воды. Фильтр состоит из ряда прямоугольных лотков с бортами, смонтированными в виде непрерывной ленты. Борта (радиальные стенки) соседних лотков (нутчей) являются общими, в результате чего образуется непрерывное кольцо из фильтровальных ячеек. Эти фильтры изготавливаются диаметром до 4 л при поверхности фильтрования до 12 м².

Наибольшими достоинствами обладает карусельный ¹¹⁴-¹⁵⁸ вакуум-фильтр (рис. 252), получивший весьма широкое распространение. Он состоит из 24 отдельных лотков длиной 1,9 м, шириной 0,9 м у внутреннего конца и 1,2 л у наружного и глубиной 0,2 м. На их днищах уложена фильтровальная ткань. Лотки установлены на каретках с колесиками, движущимися по круговым рельсам. С помощью двух головок — подвижной, вращающейся вместе с лотками, и неподвижной фильтраты отсасываются в соответствующие вакуум-сборники. После прохождения зон фильтрования и промывания каждый лоток порознь автоматически опрокидывается для выгрузки лепешки фосфогипса. Фильтровальная ткань промывается водой и подсушивается воздухом. Затем лоток вновь принимает рабочее положение и возвращается в зону основной фильтрации. Цикл работы каждого лотка (нутча) состоит из стадий фильтрования, обезвоживания осадка, двух или более промываний осадка с промежуточным обезвоживанием его, разгрузки фосфогипса и промывания ткани. Во время фильтрования, промывания и обезвоживания осадка лоток соединен с источником вакуума, во зремя разгрузки осадка, сопровождаемой опрокидыванием лотка с источником сжатого воздуха, и во время промывания — с атмосферой. Суспензия и промывная жидкость поступают равномерно по всей длине фильтровальной перегородки лотка из специальных дозирующих устройств. Поверхность фильтрования равна

40 и 80 м²; имеются сведения об изготовлении фильтров с поверхностью 100 м² и более¹⁵⁹. Благодаря тому, что отдельные лотки изолированы друг от друга, возможно получать концентрированный, не разбавленный промывной жидкостью основной фильтрат. Это позво-


Рис. 252. Карусельный лотковый вакуум-фильтр.
ляет также производить многоступенчатую противоточную промывку минимальным количеством воды.

Для фильтрования в настоящее время применяются ткани из синтетических волокон — хлориновые и лавсановые (вместо применявшихся ранее шерстяных и нитрованных шелковых и хлопчатобумажных тканей). Они обладают механической прочностью и химической стойкостью в фосфорной кислоте концентрации до 45% Р₂0₅ и больше при 80—90°. Опробованы с хорошими результатами полиэтиленовые ткани ¹⁰⁹. Большинство применяемых сейчас тканей изготовлено на основе поливинилхлорида: волокно со-виден (саран) ^ш, лэйнил^ш, перхлорвиниловое волокно «ПЩ», хлорин ¹⁶⁰> ¹⁶¹ и др. Недостатком этих тканей является то, что через' них проникают тонкие частицы; для предотвращения этого необходимо применять ткани из сложных нитей.

При отделении фосфогипса на наливных вакуум-фильтрах с 1 м фильтрующей поверхности за 1 ч снимается 600—800 кг осадка (в расчете на сухой). Влажность фосфогипса составляет 30—40 /₀. Количество получаемого фосфогипса (сухого) составляет 160% от веса переработанного апатитового концентрата, а для других

Серная кислота



Рис. 253. Схема производства экстракционной фосфорной кислоты (28—32% Р₂0₅): / — бункер для апатитового концентрата; 2 — ленточный весовой дозатор; S — экстрактор; 4 и Ю-напорные баки; 5-дозаторы кислот; 5 - вакуум-испаритель; 7-распределитель пульпы; S-погружные насосы; 9 — барометрический конденсатор; И - лотки карусельного фильтра; 12 — вакуум-сборники; 13 — сборники фильтратов.

фосфатов зависит от сорта фосфата, степени гидратации сульфата кальция и содержания не растворимых в кислоте примесей.

На рис. 253 изображена применяемая на отечественных заводах схема производства фосфорной кислоты (28—32% Р2О5) из апатитового концентрата. Из фосфоритов Каратау и Кингисеппского возможно получить кислоту с концентрацией 25—27% Р2О5. Разложение фосфата производится в четырехсекционном экстракторе in, иг, us _емкостью 600 ж³. В каждой секции установлены три лопастных или пропеллерных мешалки. Переток пульпы через секции осуществляется при помощи перегородок попеременно — снизу вверх и сверху вниз. В первую секцию непрерывно поступает апа^ титовый концентрат из бункера через ленточный дозатор. Сюда же подают оборотную фосфорную кислоту и второй — промывной — фильтрат с фильтра, ретурную, т. е. циркуляционную пульпу из вакуум-испарителя, и серную кислоту. Последняя может также поступать во вторую и третью секции экстрактора. Из третьей секции часть пульпы перетекает в четвертую, откуда она идет на фильтрацию; остальная пульпа подается погружным насосом в вакуум-испаритель и из него направляется в первую и четвертую секции экстрактора.

На некоторых заводах используют батарейные экстракционные системы, состоящие из 4, 5 и более реакторов емкостью по 50—85 м³ с пропеллерными или турбинными мешалками, вращающимися со скоростью '400—600 об/мин.

Газы и пары удаляются из экстракторов в специальную вытяжную систему.

Экстракторы, мешалки, трубопроводы защищают от коррозии — от действия горячей фосфорной кислоты, содержащей серную и кремнефтористоводородную кислоты и другие примеси, и от эрозии— истирания перемешиваемой пульпой. Для этого используют устойчивые в указанных условиях неметаллические материалы 27,1бз—i7o_ Стальные корпуса экстракторов футеруют по слою резины или полиизобутилена кислотоупорным кирпичом или графитовыми блоками. В процессе работы поверхность футеровки покрывается тонким слоем осадка гипса, который защищает ее от истирания. Валы и лопасти мешалок, а также детали вакуум-фильтра, трубопроводы и насосы для перекачки пульпы и фосфорной кислоты изготовляют из стали ЭИ-943 и для относительно слабых кислот из сталей ЭИ-448 и Х18Н10Т.

Наилучшими насосами для пульпы являются погружные центробежные вертикальные насосы. Во избежание инкрустации недоступной для чистки внутренней поверхности трубопроводов кристаллизующимся из раствора гипсом, их изготовляют из полиэтилена, поверхность которого не зарастает гипсом, а также из армированной резины.

Вакуум-испаритель представляет собой резервуар, где с помощью вакуум-насоса поддерживают пониженное давление. Вследствие этого поступающая в него жидкость оказывается перегретой и она закипает, причем из нее выпаривается некоторое количество воды. Тепло, расходуемое на испарение, отнимается от пульпы, температура которой поэтому понижается. Таким образом, в вакуум-испарителе происходит одновременно охлаждение пульпы (на 5—10°, в зависимости от количества циркулирующей пульпы и разности давлений) и некоторое увеличение концентрации фосфорной

кислоты за счет удаления (испарения) воды. С помощью вакуум-испарителя температура пульпы поддерживается равной 70°.

Соотношение между весовым количеством раствора и твердого двухводного сульфата кальция, т. е. Ж : Т, в суспензии, находящейся в экстракторе, поддерживают равным 2—2,5: 1.

Фильтрацию пульпы производят на карусельном лотковом фильтре, где гипс отделяется и промывается по четырехфиль-тратной схеме. Фильтраты собираются в вакуум-сборниках. Первый фильтрат Ф\ отправляется в сборник готовой продукции, а часть его возвращается в первую секцию экстрактора. Сюда же возвращается и второй фильтрат Ф₂, полученный при промывании осадка третьим фильтратом Ф₃. Фильтрат Ф₃ образуется при промывании осадка четвертым фильтратом Ф₄, а последний — при промывании горячей водой. Промытый гипс сбрасывается с лотка в сборник, из которого в виде суспензии удаляется в отвал или на переработку. Концентрация Р₂0₅ в фильтратах: Ф_х — 30—32%, Ф₂-22-25%, Ф₃— 11—12%, Ф₄ — 2,5-3,5%.

Выделяющийся в экстракторах водяной пар и газы отсасываются в абсорбер, где промываются водой для улавливания фтористых соединений, затем выбрасываются в атмосферу.

Технологический выход Р2О5, т. е. степень перехода Р2О5 из сырья в фосфорную кислоту (без учета механических потерь) составляет 95—96% для апатита и колеблется в пределах 71—94% для разных фосфоритов. Его определяют по общему содержанию Р₂0₅ в отбросном фосфогипсе

К = 1ПП IP2O5 общ] Г-100
Лвых = 1UU ТоТ\— 1 %

l^r2^W5 фосфата]

где в квадратных скобках дано процентное содержание общей Р2О5 в фосфогипсе и Р2О5 в исходном фосфате (в пересчете на сухое вещество). а Г — гипсовое число, т. е. выход сухого фосфо-гипса на единицу фосфата.

Технологический выход обычно на 2^-3% ниже коэффициента извлечения Р2О5 в раствор (/Сизвл)-' Это объясняется недостаточной отмывкой фосфогипса от раствора фосфорной кислоты.

Коэффициент извлечения Р2О5 в раствор (в %) определяется по содержанию водонерастворимой Р₂0₅ в фосфогипсе:

,„„ {[Р₂0₅ общ] [Р2О5 водораств]} Г ■ 100

/Сизвл =Ю0 ■■ г^— -- %

If ₂U₅ фосфата)

Для различных фосфатов /С_ИЗВп находится в пределах 95— 99%.

Коэффициент отмывки фосфогипса (в %) характеризует потери водорастворимой Р2О5 в отбросном фосфогипсе:

[Р₂0_{5 во}дораств] ^ ' ЮО- 100

/Соги = ЮО %

lraw₅ фосфата! Аизвл

В оптимальных условиях он составляет 97—99%. Очевидно, что технологический выход определяется, в свою очередь, коэффициентами извлечения Р2О5 в раствор и отмывки фосфорной кислоты из фосфогипса

if /СизвлАотм 01

лвых⁼ jqq /о

Количество воды, необходимое для отмывки фосфогипса, определяется ¹⁷¹ в соответствии с рассчитанными или установленными экспериментально исходными показателями ^98,128 с использованием уравнения материального баланса, которое для 100 вес. ч. фосфата имеет вид:

100 + S + W = Ф + 100Г + W_K + G

где S — расход серной кислоты исходной концентрации; W—расход воды на промывку фосфогипса; Ф — количество продукционной фосфорной кислоты; Г — гипсовое число; W_K — содержание жидкой фазы в отбросном промытом фосфогипсе; G — количество выделяющихся газов (SiF₄ и С0₂) и водяного пара.

Количество продукционной фосфорной кислоты определяется в зависимости от ее концентрации с учетом установленного опытным путем коэффициента выхода Р2О5:

[Р2О5 фосфата)

⁼ ТрТП Г * ^вых

[H₂U₅ ф. к-ты]

где [РгО_бф.к-ты] — концентрация Р₂0₅ в фосфорной кислоте, %.

Количество выделяющихся газов и водяного пара G при отсутствии опытных данных можно вычислить из баланса процесса разложения фосфата

lOO + S + tf = f + G

где R — количество раствора разбавления для поддержания заданного отношения Ж : Т в пульпе; F — количество пульпы

/■=100/ (п+1)

п — заданное отношение Ж : Т в пульпе.

Баланс фильтрации и промывки фосфогипса составляется по экспериментальным данным ¹⁷¹.

Увеличение степени отмывки фосфорной кислоты из фосфогипса достигается при использовании для экстракции фосфатов серной кислоты с концентрацией 93% H2SO4 (вместо 75%-ной). Это позволяет улучшить баланс воды в технологическом процессе и ввести большее количество воды для промывания гипса. Благодаря этому уменьшаются потери фосфорной кислоты с фосфогипсом, идущим в отвал, и облегчаются процессы фильтрации и промывки. Однако увеличение концентрации серной кислоты не изменяет концентрации

получаемой фосфорной кислоты, которая предопределяется оптимальными условиями кристаллизации гипса, рассмотренными выше.

Экстракционная фосфорная кислота, полученная дигидратным способом из апатитового концентрата, содержит 0,8—1,5% фтора в виде H₂SiF₆, так как в раствор переходит до 75% фтора, находящегося в природном фосфате. Очистка кислоты от фтора может быть произведена осаждением H2SiF₆ солями натрия, калия, бария 37,144, us, 172-174 Обычно в раствор вводят 30—40 г NaCl на 1 л фосфорной кислоты. Образующийся по реакции

H₂SiF_e + 2NaCl = Na₂SiF_e + 2НС1

плохо растворимый кремнефторид натрия выделяется в осадок в форме хорошо осаждающихся и фильтрующих шестигранных кристаллов размером около 15 мк. Его отделяют от раствора сначала отстаиванием, а затем центрифугированием или фильтрованием. Таким образом выделяется 75—85% фтора и содержание его в фосфорной кислоте снижается до 0,2—0,3%. В промытом и высушенном осадке кремнефторида содержится до 97% Na2SiF₆.

Фосфорная кислота, обесфторенная хлоридом натрия, вызывает более сильную коррозию аппаратуры, особенно при повышенной температуре. Поэтому при необходимости последующего концентрирования кислоты выпаркой обесфторивание осуществляют с помощью соды или фосфата натрия. При осаждении содой вводят 20—22 г Na₂C0₃ на 1 л кислоты (130—150% от стехиометрического количества).

Очистку фосфорной кислоты, полученной из каратауских или кингиссепских фосфоритов, от соединений магния можно произвести ¹⁷⁵ выпариванием ее до концентрации 37—39% Р₂0₅ при 80—90° в смеси с кремнефтористоводородной кислотой, добавляемой в количестве, необходимом для образования MgSiF₆. При 20° из упаренной массы выделяется MgSiF₆, в результате чего отношение MgO : Р2О5 в фосфорной кислоте не превышает 3%.

При сернокислотной экстракции апатитового концентрата в раствор переходит 20% содержащихся в нем соединений редкозе-. мельных элементов ²⁴>¹⁷⁶. Они могут быть выделены осаждением в виде фосфатов при частичном усреднении фосфорной кислоты. Большее извлечение редкоземельных элементов из апатита (до 70%) достигается при соляно- или азотнокислотном его разложении.

Из фосфорной кислоты, полученной из фосфоритов, содержащих до 1 % V₂0₅, ванадий может быть осажден раствором желе-зистосинеродистого натрия ¹⁷⁷ или в виде фосфорнованадиевой кислоты при добавлении окислителей, например, хлоратов и персульфатов ²⁸.

В процессе сернокислотной экстракции природных фосфатов (месторождений США, Северной и Южной Америки и других), содержащихот 0,001 до 0,15% и₃0₈^178-182 в раствор переходит от 70 до 90% урана. Из фосфорной кислоты уран извлекают разными методами ^24-28-^182-207. Например, экстракцией слабым (1—2%-ным) раствором алкилпирофосфата в керосине по схеме

U⁴⁺ + 2R₂P₂0₇H₂ - (R₂P₂0₇)₂U + 4Н⁺

После разделения фаз уран осаждают плавиковой кислотой (R₂P₂0₇)₂U + 4HF = UF« + 2R₂P₂0₇H₂

Растворитель возвращается в процесс.

Уран извлекают также из раствора с применением ионообменных смол; непосредственным осаждением U(H₂P0₄)₄ с помощью восстановителей — гидросульфита натрия Na₂S₂0₄, или формальде-гидсульфоксилата NaHS0₂ • НСНО • 2H₂0^2Q5 и др.

Фосфогипс содержит небольшие количества (0,3—0,5%) недоот-мытой фосфорной кислоты и поэтому может быть использован в качестве удобрения, но лишь в районах, близких к месту его получения, так как перевозка такого низкопроцентного удобрения не экономична. Фосфогипс может применяться для гипсования солонцовых почв или перерабатываться в штукатурный алебастр и литые строительные детали ²⁰⁸'^20э. Термическим разложением в составе цементной шихты его можно превратить в цементный клинкер и в сернистый газ ^2I°-^2l7, _а из последнего получить серную кислоту. Таким путем возможно регенерировать серную кислоту, затраченную на разложение фосфата. Фосфогипс может также служить источником сульфат-иона (взамен серной кислоты) при конверсии его аммиаком и двуокисью углерода в сульфат аммония. Этот процесс представляется перспективным в сочетании с производством сложных удобрений азотно-сернокислотным и азотно-сульфатным методами (стр. 1331). Представляет также интерес высокотемпературная обработка фосфогипса в смеси с каолином и природными фосфатами кальция и алюминия, с получением силикофосфорного и алюмофосфорного удобрения²¹².

Перед отправкой фосфогипса к месту использования его необходимо высушить для улучшения транспортабельности (и для предотвращения смерзания при перевозке и хранении в зимнее время) до содержания влаги меньше 3% и измельчить скомковавшийся при сушке материал до порошкообразного состояния. Это усложняет его утилизацию. Пока ни в СССР, ни за рубежом фосфогипс не используют — он является отходом производства. Влияет и широкая распространенность природного сульфата кальция, перерабатывать который проще, чем фосфогипс

Технико-экономические показатели

Расходные коэффициенты сырья на производство экстракционной фосфорной кислоты зависят от применяемого фосфата и условий процесса. Например, на одном из заводов на 1 т Р₂0₅ в готовой кислоте расход апатитового концентрата составляет 2,64 т, и при норме серной кислоты 91,5 кг на 100 кг фосфата расход ее равен 2,41 т (в пересчете на моногидрат). Расходные коэффициенты при переработке разных фосфоритов сильно колеблются: примерно от 3,3 до 6 г фосфорита и от 2,6 до 4,1 т серной кислоты. Расходные коэффициенты при переработке фосфоритов больше, чем при переработке апатита: по фосфату в 1,5—2,3 раза,'по Р%0₅, содержащейся в фосфате, в 1,02—1,27 раза; по серной кислоте в 1,2—-1,7 раза (в зависимости от количества примесей на 1 вес. ч. Р₂0₅ в фосфате).

	Воскресенский завод			Красиоуральский завод
Элементы затрат	расход	цена руб.	сумма руб.	расход	цена руб.	сумма руб.
Сырье: апатитовый концентрат (39,4% Р805) серная кислота (100% H2S04) Вспомогательные матери-	2,64 2,44	12,97 15,05	32,25 36,73	2,71 2,577	14,50 13,80	58,00 35,60 1,64 -1,36
Всего за вычетом отходов Энергетические затраты электроэнергия, квт • ч сжатый воздух, тм3 . . Зарплата с начислениями Общезаводские расходы . .	128 40,3 0,461	0,01465 0,0064 2,89	70,98 1,88 0,26 1,33 1,28 3,55 4,45 2,59	132 0,164 47,2	0,0138 4,75 0,0013	93,88 1,82 : 0,78 0,61 2,08 3,64 4,5 1,34
Итого себестоимость . . .			86,32			108,68

ТАБЛИЦА 72

Сравнительная калькуляция себестоимости 1 г Р₂0₅ в экстракционной фосфорной кислоте из апатитового концентрата

Стоимость сырья в общих затратах на производство фосфорной кислоты экстракционным способом составляет 70—80%. В зависимости от стоимости сырья, а также степени его использования себестоимость экстракционной фосфорной кислоты в пересчете на

1 т Р2О5 колеблется в широких пределах от 85—90 до ПО руб. и выше.

В качестве примера ниже приведена калькуляция себестоимости экстракционной фосфорной кислоты (в пересчете на 1 т Р2О5) для Воскресенского и Красноуральского заводов (табл. 72).

Показатели процесса зачастую ухудшаются из-за отклонения параметров процесса от оптимального режима вследствие трудности ручного регулирования.

При автоматизации²⁸'^2,8-222 технологического процесса годовой расход серной кислоты уменьшился на 4,8%, а апатитового концентрата на 5,1 %.

Концентрирование фосфорной кислоты

Для получения концентрированных фосфорных и сложных удобрений требуется фосфорная кислота, содержащая 37—55% Р2О5. Так как в процессе сернокислотной экстракции фосфатов дигид-ратным способом такая фосфорная кислота не образуется, ее получают выпариванием более слабой.

При нагревании водных растворов фосфорной кислоты любых концентраций (вплоть до 98% Н₃Р0₄) в газовую фазу выделяется только водяной пар. Поэтому теоретически фосфорная кислота может быть выпарена до очень высоких концентраций. Практически выпарка осложняется коррозией материалов аппаратуры под действием горячей фосфорной кислоты, которая сильно увеличивается с повышением концентрации кислоты. Это требует применения высококачественных кислото- и термостойких материалов для изготовления оборудования выпарных установок. Выпарка затрудняется также выделением осадков, состоящих из примесей, загрязняющих кислоту (сульфата кальция, кремнефторидов и др.) вследствие уменьшения растворимости некоторых из них в концентрированной кислоте. Осадки инкрустируют греющие поверхности, ухудшая теплопередачу.

Примеси, находящиеся в фосфорной кислоте, ограничивают в некоторых случаях предельную ее концентрацию после выпарки. Например, фосфорная кислота, получаемая из необогащенных фосфоритов Каратау, может быть сконцентрирована только до содержания 37—38% Р2О5. При более высокой концентрации кислота загустевает. Это объясняется ²²³ выделением MgSiFs • 6Н₂0, который выше 80° диссоциирует ²²⁴:

MgSiF_e = SiF₄ + MgF₂

Тонкодисперсный фтористый магний увеличивает вязкость фосфорной кислоты.

С увеличением концентрации экстракционной фосфорной кислоты значительно возрастает давление пара растворенной в ней кремнефтористоводородной кислоты ³⁶-²²⁵. Значительная ее часть


о аз
« X

g>=S '= О

Э я-

8*1!!

о I ь


Он я


Я I I „

S 8 S й^п 2 2 2 I 71 I

» ' „ч .. ко*;

s ⁴ «