способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Классы МПК:C01B25/46 получение, включающее экстракцию растворителями
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Закрытое акционерное общество "Научно-производственная компания "Интерфос" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-10-28
публикация патента:

Изобретение относится к очистке экстракционной фосфорной кислоты, содержащей значительное количество ионов магния, в частности кислоты, выпускаемой Белореченским химическим заводом, органическими экстрагентами. Способ включает экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом путем смешения органической и водной фаз и их последующего расслаивания с выделением рафината, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы с получением очищенной фосфорной кислоты. Процесс экстракции ведут при количестве ступеней, равном 4-5, и времени смешения фаз на каждой ступени 1,0-1,5 минуты. Получена фосфорная кислота с низким содержанием примесей, что позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. 1 табл.

Формула изобретения

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, содержащей ионы магния, экстракцией трибутилфосфатом путем смешения органической и водной фаз и их последующего расслаивания с выделением рафината, реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы с получением очищенной фосфорной кислоты, отличающийся тем, что процесс экстракции ведут при количестве ступеней 4-5 и времени смешения фаз на каждой ступени 1,0-1,5 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии, в частности к очистке экстракционной фосфорной кислоты органическими экстрагентами и получению кислоты с низким содержанием примесей, что позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. Более конкретно изобретение относится к очистке экстракционной фосфорной кислоты, содержащей значительное количество ионов магния (например, кислота, выпускаемая Белореченским химическим заводом).

Технология очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) органическим экстрагентом, в частности трибутилфосфатом (ТБФ), развивается в основном в двух направлениях: с использованием целого ряда смесителей отстойников и с использованием пульсационных колонн.

В последнее время широкое развитие получили способы очистки экстракционной фосфорной кислоты с использованием пульсационных колонн. Так например, патенты РФ №2149830, С 01 В 25/46, 1999 г.; №2174491, С 01 В 25/46, 2000 г.; №2075436, С 01 В 25/46; №2219125 С 01 В 2003 г. и др.

Данные способы имеют как достоинства, так и недостатки. К достоинствам способов можно отнести значительное сокращение производственных площадей за счет установки вертикальной пульсационной колонны, что становится очень актуальным при проектировании и пуске новых цехов производства экстракционной фосфорной кислоты. К недостаткам таких способов относятся значительные энергозатраты и установка специального оборудования для обеспечения необходимого режима пульсации, определяющего время контакта органической и водной фазы. Кроме того, при нарушении процесса требуется значительный период для вывода производства на необходимый технологический режим.

В связи с вышесказанным не теряют актуальность и разработка способов очистки экстракционной фосфорной кислоты с использование сгустителей-отстойников и другой аппаратуры. Так например, известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, заключающийся в проведении предварительной стадии очистки кислоты отстаиванием при необходимости и ее обесцвечиванием, а затем в обработке очищенной кислоты ТБФ, очень мало смешивающимся с водой. Процесс экстракции растворителем проводится в каскаде центробежных экстракторов.

На стадии экстракции предусмотрено введение серной кислоты. Процесс ведут в противоточном режиме. Смесь ЭФК и ТБФ содержит 1-40% свободной Н3 PO4. Далее способ предусматривает промывку экстракта и последующую реэкстракцию в водную фазу с возвратом части реэкстракта в процесс (патент РФ №2109681, кл. С 01 В 25/234, 1998 г.).

Описанный способ рассчитан на апатитовую кислоту, не содержащую значительных количеств магния. При использовании известного способа для очистки магнийсодержащей ЭФК (например, полученной из Ковдорского фосфатного сырья) будут происходить потери Р2О5 в связи с образованием комплекса (MgH2PO 4)+, не экстрагируемого ТБФ.

Известен также способ очистки ЭФК, включающий экстракцию последней ТБФ, промывку экстракта с использованием раствора дикалийфосфата и/или диаммонийфосфата или эквивалентного раствора аммиака и реэкстракцию сначала водой, а затем раствором щелочи. Все операции осуществляют на минимальном числе ступеней. Использование высококонцентрированной кислоты осложняет процесс гидродинамики и поэтому при малом количестве ступеней вынуждает к введению в процесс достаточно большого количества посторонних веществ, что в конечном итоге приводит либо к ухудшению качества очищенной кислоты либо к усложнению процесса в целом (патент №2191745, кл. С 01 В 25/46, 2002 г.).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности является известный способ очистки ЭФК, включающий экстракцию ее ТБФ путем смешения органической и водной фаз и их последующее расслаивание с выделением рафината, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы с получением очищенной фосфорной кислоты.

По этому способу экстракцию фосфорной кислоты, полученную из Кольского апатитового концентрата, ведут ТБФ и его растворами в керосине. ЭФК через систему баков поступает на экстракцию ТБФ в режиме противотока, в 6-ступенчатый смеситель-отстойник ящичного типа емкостью 60 л, в котором объем одной ступени экстракции составляет 10 л, в т.ч. объем камеры смешения 4 л. Экстрагент, насыщенный фосфорной кислотой, направляют на реэкстракцию водой в 8-ступенчатом смесителе-отстойнике ящичного типа емкостью 80 л. После реэкстракции регенирированный экстрагент вновь подается на экстракцию, а из реэкстрактора получают очищенную фосфорную кислоту, пригодную, например, для производства моющих средств.

Процесс экстракции ведут при 18-22°С, соотношении органической и водной фаз, равном 2,0-7,5:1; при этом нагрузка по сумме фаз составляет 0,036-0,110 м 3/час, а время контакта на каждой ступени равно 2,2-6,7 мин (получено на основании представленных данных расчетным путем). Процесс реэкстракции ведут при соотношении органической и водной фаз, равном в среднем, 7:1 при комнатной температуре. (Кармышов В.Ф., Коняхина Л.В., Токмакова Т.В. и др. Очистка ЭФК из апатитового концентрата экстракцией три-н-бутилфосфатом. Хим. пром., 1986 г., №7, с.405-407). Применение для извлечения фосфорной кислоты аппаратов ящичного типа смеситель-отстойник позволяет организовать простое обслуживание и стабильность заданных параметров процесса.

Но известный способ не может быть использован для эффективной экстракции фосфорной кислоты в присутствии значительных количеств магния, например, из упаренной ЭФК производства ОАО «Белореченские минеральные удобрения», полученной при переработке месторождения «Ковдор», в которой содержится в среднем 1,75% магния.

Результаты испытаний известного способа при использовании ЭФК из Кольского апатитового концентрата и апатитового концентрата Ковдорского месторождения показывают, что при прочих равных условиях извлечение Р2O5 из ЭФК ковдорского месторождения составляет 70,1%, что на 12-15% ниже извлечения Р2О5 из ЭФК апатита.

Этот факт, по видимому, может быть объяснен тем, что экстракция фосфорной кислоты проходит по сольватному механизму экстракции с образованием сольватов типа 2Н 3PO4·ТБФ, 2Н 3PO4·2ТБФ и 2Н 3PO4·4ТБФ, и в присутствии ионов магния часть свободной фосфорной кислоты образует с ним комплексы, например (MgH2PO4 )+, который не экстрагируется ТБФ.

В связи с этим перед нами стояла задача разработать эффективный способ очистки ЭФК, содержащей значительное количество магния, без усложнения технологии и получения тех же результатов очистки (т.е. степень очистки магнийсодержащей ЭФК должна быть сопоставима со степенью очистки ЭФК, полученной из Кольского апатита).

Задача решена в предлагаемом способе очистки ЭФК, включающем экстракцию фосфорной кислоты ТБФ путем смешения органической и водной фаз и их последующего расслаивания с выделением рафината, реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы с получением очищенной фосфорной кислоты, в котором процесс экстракции ведут при количестве ступеней равном 4-5 и времени смешения фаз на каждой ступени 1,0-1,5 минуты.

Проведенные нами исследования показали, что негативного влияния ионов магния удается избежать при проведении процесса в строго определенных рамках, а именно - число ступеней 4-5, время смешения фаз 1-1,5 мин. При увеличении количества ступеней экстракции до 6-7 происходит снижение извлечения Р2O5 соответственно до 78,4-70,1%, что может быть обусловлено тем, что в режиме противотока на этих ступенях разбавленный по фосфорной кислоте раствор (содержание P2O5 колеблется от 12 до 20%) при контакте с ТБФ производит изменение его структуры таким образом, что при последующих ступенях контакта емкостные характеристики ТБФ снижаются. Возможно, это связано с наличием в системе магния. С увеличением количества ступеней контакта содержание магния в экстракте возрастает от 0,046 до 0,36%. При снижении количества ступеней экстракции до 3 извлечение Р 2О5 также снижается до 68,9%, но по другой причине - вследствие недостаточного количества ступеней контакта. В этих условиях в экстракте возрастает содержание сульфат-иона - до 0,2%, которое снижается до оптимального при 4-5 ступенях экстракции (до 0,004%).

Время контакта фаз также строго ограничено, что установлено нами экспериментально и объясняется это, по видимому, тем, что время экстракции лимитировано временем химической реакции и при указанном времени реакция идет с образованием сольвата типа 2Н3PO4 ·ТБФ, а с увеличением времени образуются сольваты типа 2Н 3PO4·2ТБФ и 2Н 3PO4·4ТБФ, что приводит к снижению извлечения фосфорной кислоты.

Пример 1. Заявляемый способ осуществляли следующим образом.

Для исследований использовали ЭФК производства ОАО «Белореченские минеральные удобрения», состав которой приведен в таблице 1.

Таблица 1

Состав исходной упаренной ЭФК
Наименование компонентовСодержание
г/л%
Р2O5 871,451,50
Н3PO 41202,571,01
SO4 61,723,65
Fe2,960,17
Al0,86 0,05
Mg29,6 1,75
F 2,70,16

Отношение Н3PO4: SO 4=71,07:3,65=19,47

Упаренная ЭФК поступает в 20 л бутыль, где отстаивается от находящегося в ней осадка. Осветленная кислота подается насосом в сборник ЭФК, а затем в напорную емкость ЭФК, откуда подается в экстрактор или в сборник ЭФК. Напорная емкость должна быть всегда заполнена ЭФК. 100% ТБФ поступает в бочках объемом 200 л и хранится на складе вне производственного здания, откуда он насосом подается в сборник ТБФ. Из сборника ТБФ насосом подается в напорную емкость, которая снабжена верхним переливом, соединенным со сборником ТБФ. При работающем насосе уровень ТБФ в напорной емкости поддерживается постоянным, что обеспечивает стабильный расход ТБФ. Из напорных емкостей ЭФК и ТБФ при расходах, равных соответственно 1,2 и 4,8 л/час, поступают в 5-ступенчатый экстрактор, который представляет собой горизонтальный смесительно-отстойный аппарат общим объемом 3,75 л, рабочим объемом 3 л, разделенный перегородками на 5 ступеней (секций), каждая из которых состоит из смесительной и отстойной камер. Рабочий объем одной секции равен 0,6 л: объем камеры смещения составляет 0,1 л, камеры расслаивания - 0,5 л. Все секции снабжены гидрозатвором, обеспечивающим их гидравлическую независимость. Это означает, что при вынужденных остановках процесса растворы не будут самотеком (самостоятельно) перетекать из секцию в секцию, выравнивая концентрацию P2O5 во всем экстракторе. Исходные реагенты поступают в экстрактор с противоположных концов, навстречу друг другу. Так осуществляется противоток при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1; времени смешения потоков в смесительной камере 1 мин, времени расслаивания потоков в отстойной камере 5 мин и температуре окружающей среды 20-25°С.

Рафинат и экстракт выводят из экстрактора и направляют в дополнительные отстойники для более глубоко разделения растворов. Из отстойника рафината последний поступает в сборник рафината, откуда его направляют на получение жидких комплексных удобрений, содержащий микроэлементы и гумус; из отстойника экстракта последний поступает в сборник экстракта, а отделенный при этом водный раствор - в сборник ЭФК.

Реэкстракцию фосфорной кислоты из экстракта осуществляют в пятиступенчатом реэкстракторе дистиллированной (или деионизированной) водой, нагретой до 40-50°С при объемном соотношении органической и водной фаз, равном 4:1, времени смешения растворов 1 мин, времени расслаивания фаз 5 мин.

Из реэкстрактора регенерированный ТБФ поступает в отстойник, где его дополнительно осветляют. ТБФ из отстойника самотеком стекает в сборник исходного ТБФ, откуда направляется через напорную емкость ТБФ на экстракцию. Отделившаяся водная фаза стекает в сборник воды.

Водный реэкстракт из реэкстрактора поступает в отстойник, где его дополнительно отделяют от захваченной органической фазы. Из отстойника он самотеком стекает в сборник водного реэкстракта.

Из сборника реэкстракт поступает в напорную емкость, из которой самотеком направляется на упаривание, которое происходит под вакуумом глухим паром до концентрации P2O5 52,9%. Образующийся пар очищается от брызг кислоты и фтористых соединений в абсорбере. Очищенный пар конденсируют (за счет тепла конденсации нагревают воду для водной реэкстракции) и используют в абсорбере. Раствор фтористых соединений нейтрализуют и сбрасывают в отвал.

В заявленном способе было переработано 20 литров упаренной ЭФК, при этом получена очищенная фосфорная кислота, содержащая в среднем: P2O 5 - 52,9%; SO4 - 0,005%; Fe - 0,004%; Mg - 0,005%; F - 0,005% при извлечении Р2 O5 из упаренной ЭФК в товарный продукт, равном - 91,6%.

Класс C01B25/46 получение, включающее экстракцию растворителями

получение фосфатов аммония -  патент 2516411 (20.05.2014)
извлечение фосфора -  патент 2462414 (27.09.2012)
способ очистки экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2452685 (10.06.2012)
способ очистки экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2341450 (20.12.2008)
способ восстановления органического экстрагента -  патент 2337060 (27.10.2008)
способ контроля степени очистки экстрагента от органических примесей при его регенерации в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты трибутилфосфатом -  патент 2334676 (27.09.2008)
способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2323158 (27.04.2008)
способ очистки экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2318725 (10.03.2008)
способ очистки экстракционной фосфорной кислоты -  патент 2301198 (20.06.2007)
способ контроля расхода экстрагента, циркулирующего в аппаратах производства очистки экстракционной фосфорной кислоты трибутилфосфатом -  патент 2300740 (10.06.2007)
Наверх