способ переработки вятско-камского фосфорита

Формула изобретения

1. Способ переработки вятско-камского фосфорита по азотнокислотной технологии, включающий обработку фосфоритной муки неконцентрированной азотной кислотой, отделение нерастворимого остатка с применением фильтрации и переработку полученного раствора в удобрение, отличающийся тем, что фосфоритную муку перед обработкой азотной кислотой обрабатывают щелочным раствором при перемешивании с одновременной продувкой реакционной массы кислородсодержащим газом и отделяют от щелочного раствора фильтрацией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора используют 3%-ный по массе раствор едкого натра.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что обработку щелочным раствором проводят при температуре 95-100^oC в течение 2-4 ч.

4. Способ по пп.1, 2 или 2, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего газа используют воздух.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что отработанный щелочной раствор используют для промывки нерастворимого остатка от обработки фосфоритной муки азотной кислотой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству минеральных удобрений, а именно сложных удобрений, путем азотнокислотного разложения фосфоритов.

Известен способ переработки фосфатного сырья неконцентрированной (54-58%-ной) азотной кислотой, удаление из полученной суспензии нерастворимого остатка путем сгущения отстаиванием, фильтрования сгущенного продукта и переработку полученного раствора в удобрение путем удаления нитрата кальция, фтора, редкоземельных элементов, аммонизации раствора, упарки образующейся суспензии, гранулирования и сушки [Гольдинов А.Л. и др. Комплексная переработка апатита. "Химическая промышленность", N 9, 1977, c.33-35]. Указанный способ эффективен при переработке в удобрение апатитового концентрата, но он непригоден для переработки в удобрение фосфоритной муки, например, вятско-камского фосфорита, поскольку последний содержит значительное количество неорганических и органических примесей (карбонаты, соединения железа, гуминовые соединения, а также органические соединения некислотного характера, в частности, карбонильные соединения), разложение которых азотной кислотой сопровождается выделением значительного количества оксидов азота, вспениванием реакционной массы, образованием мелкодисперсного осадка, ухудшающего фильтрацию.

Известен способ переработки фосфоритов Вятско-Камского месторождения по азотнокислотной технологии, наиболее близкий к предлагаемому по совокупности существенных признаков. Известный способ включает предварительное прокаливание фосфоритов при температуре 900-1000^oC, обработку фосфоритной муки неконцентрированной азотной кислотой, отделение нерастворимого остатка с применением фильтрации и переработку полученного раствора в удобрение [Кармышов В. Ф. Химическая переработка фосфоритов. Москва, изд. "Химия", 1983, с.64-67]. Предварительное прокаливание фосфоритов позволяет снизить дисперсность нерастворимого остатка, что способствует повышению скорости его фильтрации и седиментации. Кроме того, предварительное прокаливание фосфатов приводит к переходу железосодержащих соединений в менее растворимую кислотой форму и к окислению органических веществ и закисного железа, что позволяет снизить выделение оксидов азота и соответственно снизить расход азотной кислоты.

Недостатком известного способа является необходимость предварительного прокаливания фосфоритного сырья, что существенно осложняет технологический процесс.

Техническая задача настоящего изобретения состоит в упрощении технологического процесса за счет исключения стадии высокотемпературной обработки (прокалки) фосфоритного сырья.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе переработки вятско-камского фосфорита по азотнокислотной технологии, включающем обработку фосфоритной муки неконцентрированной азотной кислотой, отделение нерастворимого остатка с применением фильтрации и переработку полученного раствора в удобрение, фосфоритную муку перед обработкой азотной кислотой обрабатывают щелочным раствором при перемешивании с одновременной продувкой реакционной массы кислородсодержащим газом и отделяют от щелочного раствора фильтрацией.

В качестве щелочного раствора используют 3%-ный (по массе) раствор едкого натра.

Обработку щелочным раствором лучше всего проводить при температуре 95-100^oC в течение 2-4 ч.

В качестве кислородсодержащего газа предпочтительнее использовать воздух.

Отработанный щелочной раствор можно использовать для промывки нерастворимого остатка от обработки фосфоритной муки азотной кислотой.

Полученный при промывке раствор, содержащий нитрат натрия и гуматы натрия, можно вводить в технологический поток производства удобрения для повышения его питательной ценности.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример 1.

Для опытов использована фосфоритная мука из вятско-камского фосфорита, содержащая, мас. %: P₂O₅ 21,6; Ca 31,8; Fe 3,4; Al 1,2; Mg 0,6 и другие примеси. Навеску сухой фосфоритной муки в количестве 60 г помещают в термостатированный реактор, снабженный обратным водяным холодильником, мешалкой и барботером для подачи воздуха в реакционную массу. Туда же заливают 80 мл 3%-ного раствора едкого натра. Смесь выдерживают при перемешивании в течение 3 ч, одновременно подают в реакционную массу по барботеру воздух со скоростью 1,5 л/ч. С помощью водяной бани (кипящая вода) поддерживают в реакторе температуру 95-100^oC. Затем смесь охлаждают до температуры 60^oC и отделяют осадок фосфоритной муки фильтрованием на лабораторном термостатированном фильтре при 60^oC. Фильтрование осуществляют под давлением 3 ат, создаваемом путем нагнетания газообразного азота в зону фильтрации. Площадь фильтрования 17,2 см², фильтровальная ткань - полипропилен. Материал корпуса фильтра - хромоникелевая сталь. Температуру поддерживают подачей воды в рубашку фильтра из термостата. Время фильтрования составило 5 мин. Объем фильтрата 70 мл.

Для промывки осадка в фильтровальную камеру заливают 30 мл 3%-ного раствора едкого натра и снова отделяют осадок под давлением 3 ат. Время фильтрации 5 мин.

Промытый влажный осадок в количестве 68 г переносят в термостатированный реактор с мешалкой и обратным холодильником. Туда же добавляют 128 мл (178 г) 44%-ной азотной кислоты. Полученную суспензию выдерживают в течение 1,5 ч при температуре 60^oC и интенсивном перемешивании, затем к суспензии добавляют 3 мл 0,1%-ного водного раствора полиакриламида и продолжают перемешивание при указанной температуре еще в течение 1 ч. Суммарное время обработки фосфоритной муки азотной кислотой 2,5 ч. По истечении заданного времени суспензию направляют на фильтрацию под давлением. Продолжительность фильтрования суспензии 30 мин. Получают 126 мл (185 г) фильтрата, содержащего, г/л: P₂O₅ 98,0; Ca 117,0; Fe 9,6; Al 4,0. Удельная производительность фильтрования (по количеству фильтрата, без учета вспомогательных операций) 145,7 л/м²ч.

Нерастворимый остаток промывают на фильтре отработанным щелочным раствором, полученным на предыдущей операции, и взвешивают. Вес влажного нерастворимого остатка 23,0 г, толщина слоя на фильтре 10 мм. Нерастворимый остаток высушивают при температуре 110^oC и анализируют. Вес высушенного остатка 15,2 г, он содержит, мас. %: P₂О₅ 4,4; Ca 8,7. Степень вскрытия P₂O₅ (перехода в раствор) - 95% отн. Количество диоксида азота, выделяемое при разложении фосфоритной муки азотной кислотой, при этом составляет 3,7 кг в пересчете на 1 кг фосфоритной муки.

Пример 2 (контрольный).

Опыт проводят, как в примере 1, но без продувки реакционной массы воздухом. Результаты опытов по примерам 1-2 сведены в таблицу.

Пример 3 (контрольный).

Опыт проводят как в примере 1, но без предварительной обработки фосфоритной муки щелочным раствором. Навеску сухой фосфоритной муки в количестве 60 г обрабатывают в условиях, аналогичных условиям примера 1. Результаты опыта - в таблице.

Пример 4 (контрольный, по прототипу).

Навеску фосфоритной муки в количестве 67 г прокаливают в муфельной печи при температуре 970^oC в течение 1 ч. Масса продукта после прокалки 60 г. Прокаленную фосфоритную муку обрабатывают неконцентрированной азотной кислотой и отделяют нерастворимый остаток в условиях, аналогичных примеру 1. Результаты опыта приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ характеризуется незначительным выделением диоксида азота на стадии обработки фосфоритной муки азотной кислотой, что связано с уменьшением содержания восстанавливающих соединений, например, гуминовых кислот. Продувка кислородсодержащим газом, вероятно, приводит к окислению некоторых органических веществ, например, альдегидов с образованием кислот, которые также вымываются щелочным раствором.

Таким образом, предварительная щелочная обработка фосфоритной муки с одновременной продувкой кислородсодержащим газом позволяет осуществить переработку вятско-камского фосфорита без применения стадии высокотемпературной обработки (прокалки), тем самым существенно упростить технологический процесс.