способ получения экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ получения экстракционной фосфорной кислоты, включающий фосфорно-сернокислотное разложение фосфатного сырья, состоящего из апатита и желваковых фосконцентратов, с образованием экстракционной пульпы, разделение ее на фосфорную кислоту и осадок сульфата кальция фильтрацией, промывку последнего водой и возвращение полученного после промывки оборотного фосфорно-кислого раствора в процесс, отличающийся тем, что желваковый фосконцентрат предварительно обрабатывают оборотным фосфорно-кислым раствором и/или экстракционной пульпой, взятыми в количестве, необходимом для разложения карбонатной части желвакового фосконцентрата, процесс обработки ведут при температуре 60-90°С в течение 1-5 мин, пенный продукт отделяют, а полученную фосфатную пульпу направляют на стадию фосфорно-сернокислотного разложения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение апатита и желваковых фосконцентратов берут равным 1:(0,1-10).

3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что экстракционную пульпу, подаваемую на обработку желвакового фосконцентрата, отделяют от основной массы ее, полученной на стадии разложения.

4. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс фосфорно-сернокислотного разложения ведут либо в дигидратном, либо в полугидратном режиме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из фосфорсодержащего сырья с вовлечением в процесс низкосортного фосфатного сырья, в частности желваковых фосфоритов, таких как Егорьевский фосфорит, Вятско-Камский, Полпинский и др.

Полученная по предлагаемому способу кислота может использоваться в производстве минеральных удобрений и технических фосфорных солей.

Известны и широко применяемы в промышленности способы получения экстракционной фосфорной кислоты фосфорно-сернокислотным разложением фосфатного сырья в различных вариантах.

Производство фосфорной кислоты методом фосфорно-сернокислотной экстракции сводится к разложению природных фосфатов кислотой с последующей фильтрацией полученной пульпы для отделения фосфорной кислоты от выпавшего в осадок сульфата кальция. Часть полученного основного фильтрата и весь фильтрат, полученный при промывке осадка на фильтре, возвращают в процесс экстракции (так называемый раствор разбавления) для обеспечения достаточной подвижности пульпы при ее перемешивании и транспортировании. Массовое соотношение между жидкой и твердой фазами (Ж:Т) поддерживают в пределах 1,7:1-2,5:1.

В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты в системе CaSO₄ - Н₃РO₄ - Н₂O сульфат кальция осаждается в виде дигидрата CaSO₄·2H₂ O (гипс) или полугидрата CaSO₄·0,5H₂ O.

По некоторым технологическим способам получения ЭФК разложение природного фосфата проводят в две стадии: в первой его разлагают оборотной фосфорной кислотой с образованием монокальцийфосфата, во второй - монокальцийфосфат разлагают серной кислотой в присутствии фосфорной кислоты с образованием продукционного количества фосфорной кислоты и кристаллогидратов сульфата кальция («Технология фосфорных и комплексных удобрений», под редакцией С.Д.Эвенчика и А.А.Бродского. - М.: Химия, 1987 г., с.70-75).

Однако описанные способы обеспечивают хорошие показатели только при переработке апатитового концентрата (далее апатита).

Так как по прогнозам экспертов вследствие истощения запасов апатитовой руды, а также в связи с тем, что другие руды, переработка которых на фосфорную кислоту достаточно разработана (например, фосфориты Каратау), находятся не на территории России, становится актуальной разработка способов производства ЭФК с вовлечением низкосортного фосфатного сырья РФ (желваковые фосфориты) при сохранении в качестве основного фосфатного сырья апатита.

Наиболее близким к описанному нами способу получения фосфорной кислоты является способ совместного кислотного вскрытия смеси апатита и фосфоритового концентрата с использованием Егорьевского фосфоритового флотоконцентрата («Химическая промышленность сегодня». - М.: Химия, 2006 г., № 11, с.14-17).

Этот способ получения экстракционной фосфорной кислоты включает фосфорно-сернокислотное разложение сырья, состоящего из смеси апатита и фосфоритового концентрата, полученного из желвакового фосфорита (далее «желваковый фосконцентрат»). Образовавшуюся при разложении экстракционную пульпу разделяют на фосфорную кислоту и осадок сульфата кальция фильтрацией, последний промывают водой и возвращают полученный после промывки оборотный фосфорнокислый раствор в процесс. Интервал варьирования доли фосфоритового концентрата был выбран в пределах 5-15%.

Однако характерной особенностью большинства фосфоритовых концентратов, получаемых на основе отечественных месторождений желваковых фосфоритов, является низкое содержание Р₂O₅ (18-22%) и сравнительно высокое содержание примесей, которые частично или полностью извлекаются в раствор при разложении, что значительно усложняет их переработку и приводит к получению ЭФК, уступающей по качеству кислоте, полученной из апатита; увеличиваются нормы расхода компонентов, снижаются показатели процесса. Кроме того, способ позволяет вовлечь в производство достаточно ограниченное количество фосфорита (5-15%).

В связи с этим была поставлена задача разработки такого способа получения ЭФК, который позволил бы в реальных промышленных условиях получать кислоту практически такого же качества, как из апатита, сохранив все показатели процесса, а также избежать пенообразования на стадии разложения.

Поставленная задача решена в предложенном способе получения экстракционной фосфорной кислоты, включающем фосфорно-сернокислотное разложение фосфатного сырья, состоящего из апатита и желвакового фосконцентрата, с образованием экстракционной пульпы, разделение ее на фосфорную кислоту и осадок сульфата кальция фильтрацией, промывку последнего водой и возвращение полученного после промывки оборотного фосфорнокислого раствора в процесс, в котором желваковый фосконцентрат предварительно обрабатывают оборотным фосфорнокислым раствором и/или экстракционной пульпой, взятыми в количестве, необходимом для разложения его карбонатной части. Процесс обработки ведут при температуре 60-90°С в течение 1-5 мин, пенный продукт отделяют, а полученную фосфатную пульпу направляют на стадию фосфорно-сернокислотного разложения. Соотношение апатита и желвакового фосконцентрата берут равным 1:(0,1-10) соответственно. Экстракционную пульпу, подаваемую на обработку желвакового фосконцентрата, отделяют от основной массы ее, полученной на стадии разложения. Процесс фосфорно-сернокислотного разложения ведут либо в дигидратном, либо в полугидратном режиме.

Сущность способа заключается в следующем. Предложена стадия предварительной обработки желвакового фосконцентрата оборотным фосфорнокислым раствором и/или экстракционной пульпой при определенных условиях. При этом осуществляется разложение карбонатной части желвакового фосконцентрата, сопровождаемое интенсивным пенообразованием; с пенным продуктом происходит удаление тонкодисперсного нерастворимого остатка и органических примесей (до 100%), щелочных металлов (до 21%) и железа на 7-16%, а также полная декарбонизация желвакового фосконцентрата (на 100%). В зависимости от состава и количества желвакового фосконцентрата и способа его обработки (только раствором разбавления или смесью раствора разбавления с экстракционной пульпой) выход примесей в пенный продукт изменяется в среднем от 34% до 52%, что свидетельствует о концентрировании наиболее вредных для процесса получения ЭФК примесей в пенном продукте. Это приводит к улучшению основных технологических и соответственно технико-экономических показателей процесса получения ЭФК из смеси сырья, содержащей желваковые фосконцентраты.

Большую роль в достижении поставленной цели играют заявленные параметры стадии предварительной обработки.

При снижении температуры обработки желвакового фосконцентрата в форреакторе менее 60°С происходит неполная декарбонизация желвакового фосконцентрата, что снижает эффективность его дальнейшей переработки в экстракторе.

Повышение температуры более 90°С приводит к интенсивному пенообразованию в форреакторе и неорганизованному выбросу пены, что осложняет ведение процесса.

Уменьшение времени обработки менее 1 минуты приводит к неполной декарбонизации желвакового фосконцентрата, а повышение более 5 минут - к неоправданному увеличению рабочего объема форреактора при сохранении его производительности.

Соотношение апатита и желвакового фосконцентрата варьируется в достаточно широких пределах, что обосновано не только получением определенных технологических показателей на каждом конкретном производстве, но и удаленностью производства от месторождений (т.е. экономическим фактором). Режим производства (дигидратный или полугидратный) также определяется условиями каждого конкретного предприятия.

Таким образом, реализация данного способа позволит перерабатывать желваковые фосконцентраты вместе с апатитом при сохранении показателей получения ЭФК из апатита.

Способ осуществляют следующим образом. Апатит из бункера подают в реактор разложения, а желваковый фосконцентрат из другого бункера - в форреактор. Одновременно в форреактор подают раствор разбавления и (или) экстракционную пульпу в количестве, необходимом для разложения карбонатной части желвакового фосконцентрата. Образующуюся в форреакторе пену в виде пенного продукта выводят из процесса, а фосфатную пульпу направляют в экстрактор, где осуществляется разложение фосфатной части желвакового фосконцентрата и апатита и кристаллизация гидратов сульфата кальция. Полученную в экстракторе пульпу направляют на фильтрацию для выделения продукционной фосфорной кислоты и промывки осадка сульфата кальция (фосфогипса или фосфополугидрата)

Результаты проведенных опытов приведены в таблице 1.