способ получения фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ получения фосфорной кислоты путем разложения фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с получением фосфорнокислотной пульпы и двухстадийной очистки фосфорной кислоты от примесей, включающий первую стадию, а именно осаждение примесей за счет введения осадительных агентов, фильтрацию пульпы, промывку фосфогипса, отличающийся тем, что на первой стадии очистки осаждение примесей проводят путем введения в фосфорнокислотную пульпу фосфорита и щелочного агента до рН 1,8-2,1 после завершения процесса разложения фосфатного сырья, а на второй стадии очистки осаждение примесей осуществляют нейтрализацией фосфорнокислотного раствора щелочным агентом до рН 2,8-4.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют соду или поташ.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к получению фосфорной кислоты, в частности очищенной от примесей фосфорной кислоты, которую можно применять в производстве кормовых фосфатов.

Известен способ получения обесфторенной фосфорной кислоты (0,2-0,4% фтора) и сульфатов (0,6-1% SО₃) (авторское свидетельство № 264367), включающий сернофосфорнокислотное разложение фосфатного сырья, обессульфачивание образовавшейся суспензии содой, отделение и отмывку сульфата кальция от фосфорной кислоты. Продукционная кислота направляется на производство кормовых фосфатов кальция и натрия. Недостатком процесса является введение соды непосредственно в зону экстракции, что приводит к нейтрализации части подаваемой кислоты без использования ее химической энергии и недостаточно высокая степень обесфторивания.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфорной кислоты путем сернофосфорнокислотного разложения фосфатного сырья и двухстадийной очистки фосфорной кислоты от примесей, включающий сначала в процессе экстракции обесфторивание натрийсодержащими щелочными реагентами жидкой фазы пульпы, фильтрацию и отмывку осадка сульфата кальция, а затем обессульфачивание фосфорной кислоты апатитовым концентратом и вторичными осадками с последующим отделением осадков. Очищенная кислота содержит 0,45% фтора и 0,6% SО₃, 0,8% Fe ₂О₃ (патент РФ № 2145571, опубл. 20.02.2000, БИ № 3) (прототип)

Недостатком известного способа является введение в реакционную среду вместе с фосфатным сырьем натрийсодержащих растворов, что приводит к увеличению расхода серной кислоты и высокой концентрации сульфата в фосфорной кислоте (3% SО₃).

При введении в реакционную среду натрийсодержащих растворов происходит связывание части серной кислоты натрием, вследствие чего повышается содержание сульфат-иона (до 3% SО₃ вместо 1,5%) и, соответственно, повышается расход серной кислоты. Степень очистки от фтора недостаточно высокая. Введение апатитового концентрата в фосфорную кислоту не позволяет получить высокие показатели по обессульфачиванию в связи с медленным растворением апатита в фосфорной кислоте. Примеси полуторных оксидов в этих условиях не осаждаются.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа получения фосфорной кислоты за счет снижения расхода серной кислоты при ее получении и содержания примесей в фосфорной кислоте.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения фосфорной кислоты путем разложения фосфатного сырья серной и фосфорной кислотами с получением фосфорнокислотной пульпы и двухстадийной очистки фосфорной кислоты от примесей, включающем первую стадию, а именно осаждение примесей за счет введения осадительных агентов, фильтрацию пульпы, промывку фосфогипса, согласно изобретению на первой стадии очистки осаждение примесей проводят путем введения в фосфорнокислотную пульпу фосфорита и щелочного агента до рН 1,8-2,1 после завершения процесса разложения фосфатного сырья, а на второй стадии очистки осаждение примесей осуществляют нейтрализацией фосфорнокислотного раствора щелочным агентом до рН 2,8-4, при этом в качестве щелочного агента используют соду или поташ.

Заявляемый способ позволяет снизить расход серной кислоты при получении фосфорной кислоты, а также получить очищенную, с минимальным содержанием примесей фосфорную кислоту.

Проведение предварительной нейтрализации фосфорнокислотной пульпы после проведения процесса разложения фосфатного сырья фосфоритом совместно со щелочным агентом при рН 1,8-2,1 приводит к осаждению основной массы примесей фтора, сульфатов и соединений железа за счет наличия в жидкой фазе пульпы ионов натрия и кальция при высоком растворении карбонатов и фосфатов из легкорастворимого фосфатного сырья, а дальнейшая нейтрализация щелочным реагентом до рН 2,8-4 приводит к осаждению примесей до содержания 0,004-0,1% F, 0,13-0,27% SО₃, 0,05-0,2% Fe₂О₃.

Интервал рН 1,8-2,1 определяется необходимостью полного растворения фосфатного сырья, при дальнейшем повышении рН растворение фосфата прекращается и эффективность очистки снижается. Введение осадителей в пульпу позволяет ускорить кристаллизацию гипса при обессульфачивании, увеличить размер кристаллов гипса и удалить все примеси с основной фильтрацией. При необходимости использования фтора фосфогипс прокаливается при 200-400°С с полным выделение фтора, а прокаленный осадок используется для технических целей. Вторая стадия очистки определяется требованиями к чистоте производимого фосфата, осадок со второй стадии вместе с промывной водой от промывки фосфогипса направляется на производство удобрений. Сущность процесса поясняется примерами.

Пример 1. 1000 кг апатитового концентрата разлагают 978,5 кг 93% серной кислотой в присутствии 3894,5 кг оборотной фосфорной кислоты. Процесс проводят при температуре 80°С в течение 6 час. За это время апатит разлагается на 98%. При этом образуется 28%-ная фосфорная кислота в количестве 1378 кг (386 кг Р₂О₅ , 20,6 кг (1,5%) SО₃, 20,5 кг (1,49%) F, 11,2 кг (0,8%) Fe₂О₃) и фосфогипс в количестве 1597 кг. В газовую фазу уходит 8,1 кг фтористых газов и 87,5 кг воды. Количество пульпы составляет 5777,4 кг. Часть пульпы в количестве 1838 кг, соответствующая выходу продукционной кислоты в количестве 1350 кг 28% фосфорной кислоты и 459,5 кг гипса, направляется на отдельный фильтр, перед фильтрацией в пульпу вводят 41 кг фосфорита (125% СаО на осаждение SО₃), содержащего 28% Р₂О₅, 44% СаО и 6% SО₂ и 28 кг соды (150% на осаждение фтора). Время контакта 15 мин. За это время происходит разложение фосфорита на 85%. В газовую фазу выделяется 14,5 кг CO₂. Количество пульпы составляет 1892,5 кг, рН суспензии 1,8. В твердую фазу на фосфогипс осаждаются 77 кг осадка, состоящего из гипса, кремнефторида натрия и фосфата железа. Суспензию разделяют на карусельном вакуум-фильтре, отбирая 1350 кг фосфорной кислоты, содержащей 28,1% Р₂О ₅ (380 кг Р₂О₅), 0,47% СаО, 1,33% Na₂О, 0,43% SО₃, 0,2% F, 0,4% Fe₂ О₃. Степень осаждения сульфат-иона составляет 71%, фтора - 87%, оксидов железа - 50%. На второй стадии очистки в фосфорную кислоту вводят 49 кг соды до рН 2,8. В газовую фазу уходит 20,3 кг CO₂, в твердую фазу осаждаются примеси в количестве 33,9 кг. Количество кислоты с осадком составляет 1378 кг. Осадок отфильтровывают, количество влажного осадка составляет 68 кг. Твердая фаза состоит из 3,5 кг гипса, 1,7 кг кремнефторида натрия, 4,8 кг фосфатов железа и 23,9 кг фосфата кальция. С осадком уходит 13 кг Р₂О₅. Влажный осадок направляется на производство удобрений. Количество фосфорнокислотного раствора составляет 1310 кг, количество P₂O₅ составляет 367 кг, концентрация кислоты - 28%. Содержание примесей: 0,27% СаО, 0,1% F, 0,27% SО₃, 0,2% Fe₂О₃ . Степень осаждения примесей составляет 93% F, 82% SО₃ , 75% Fe₂О₃. Очищенную и нейтрализованную кислоту направляют на производство полифосфатов натрия.

Пример 2. 1000 кг апатитового концентрата разлагают 978,5 кг 93% серной кислотой в присутствии 2099 кг оборотной фосфорной кислоты. Процесс проводят при температуре 80°С в течение 6 час. За это время апатит разлагается на 98%. При этом образуется 28%-ная фосфорная кислота в количестве 1350,4 кг (378 кг Р ₂О₅, 20,3 кг (1,5%) SО₃, 20,2 кг (1,49%) F, 10,8 кг (0,8%) Fe₂О₃) и фосфогипс в количестве 1597 кг. В газовую фазу уходит 8,1 кг фтористых газов и 57 кг воды. Количество пульпы составляет 4012,4 кг. В пульпу вводится 78 кг фосфорита (134% СаО на осаждение SО ₃), содержащего 28% Р₂О₅ и 44% СаО, и 31 кг соды (165% на осаждение фтора). При этом в газовую фазу уходит 13 кг CO₂. Количество пульпы составляет 4108,4 кг, рН суспензии 1,9. Суспензию разделяют на карусельном вакуум-фильтре, отбирая 1503 кг фосфорной кислоты, содержащей 26,4% Р₂ О₅, 1,4% СаО, 0,4% Na₂О, 0,57% SО₃ , 0,18% F, 0,4% Fe₂О₃. Степень осаждения сульфат-иона составляет 62%, фтора - 88%, оксидов железа - 50%. Затем в кислоту вводят 162 кг соды до рН 3,5. При этом происходит осаждение примесей до содержания 0,05% F, 0,15% SО₃ , 0,08% Fe₂О₃, 0,5% СаО.. Степень осаждения примесей составляет 96,5% F, 89,5% SО₃, 93% Fe ₂О₃. Очищенную и нейтрализованную кислоту направляют на производство полифосфатов натрия.

Пример 3. 1000 кг апатитового концентрата разлагают 978,5 кг 93% серной кислотой в присутствии 2099 кг оборотной фосфорной кислоты. Процесс проводят при температуре 80°С в течение 6 час. За это время апатит разлагается на 98%. При этом образуется 28%-ная фосфорная кислота в количестве 1350,4 кг (378 кг Р₂О₅ , 20,3 кг (1,5%) SO₃, 20,2 кг (1,49%) F, 10,8 кг (0,8%) Fe₂О₃) и фосфогипс в количестве 1597 кг. В газовую фазу уходит 8,1 кг фтористых газов и 57 кг воды. Количество пульпы составляет 4012,4 кг. В пульпу вводится 73 кг фосфорита (125% СаО на осаждение SО₃), содержащего 28% Р ₂О₅ и 44% СаО, и 47%-ный раствор поташа в количестве 78,1 кг (150% на осаждение фтора). При этом в газовую фазу выделяется 11,7 кг SО₂. Количество пульпы составляет 4151,8 кг, рН суспензии 2,1. Суспензию разделяют на карусельном вакуум-фильтре, отбирая 1445 кг фосфорной кислоты, содержащей 27,3% P₂ O₅, 0,4% СаО, 1,2% К₂О, 0,4% SО₃ , 0,2% F, 0,4% Fe₂О₃. Степень осаждения сульфат-иона составляет 61%, фтора - 87%, оксидов железа - 50%. Затем в кислоту вводят 370 кг 47% раствора поташа до рН 4. При этом происходит осаждение примесей до содержания 0,2% СаО, 0,004% F, 0,13% SО₃, 0,05% Fe₂О₃. Степень осаждения примесей составляет 98% F, 91,3% SО₃, 93,7% Fe₂О₃. Очищенную и нейтрализованную кислоту направляют на производство полифосфатов калия.

Уменьшение величины рН ниже 1,8 на первой стадии очистки приводит к снижению эффективности очистки от фтора и железа. Повышение рН выше 2,1 приводит к снижению коэффициента разложения фосфорита и соответственно к уменьшению выхода P₂O₅ в раствор. Уменьшение величины рН на второй стадии ниже 2,8 приводит к снижению степени осаждения примесей, увеличение рН выше 4 приводит к потерям P₂O₅.

В таблице приведен состав фосфорной кислоты, полученной по предлагаемому и известному методам.

Ведение процесса в предлагаемых пределах обеспечивает снижение расхода серной кислоты с 0,987 т моногидрата на 1 т сырья до 0,91 т моногидрата на 1 т сырья и содержания примесей до 0,004-0,1% F, 0,13-0,27% SО₃ , 0,05-0,2% Fe₂О₃ по сравнению с 0,45% F, 0,6% SО₃ и 0,8% Fe₂О₃ (по способу-прототиту).

Таблица
Показатели.	Предлагаемый	Известный
Пример 1	Пример 2	Пример 3
Расход серной кислоты т моногидрата/т сырья	0,91	0,91	0,91	0,987
рН 1 стадии очистки	1,8	1,9	2,1
рН 2 стадии очистки	2,8	3,5	4,0
Содержание
примесей, мас.%
F	0,1%	0,05%	0,004%	0,45
SО3	0,27%	0,15%	0,13%	0,6
Fe2О 3	0,2%	0,08%	0,005%	0,8