Producția de acid fosforic. Baza fizico-chimică a procesului. Schema tehnologică
Acidul fosforic H3PO4 este cel mai important produs intermediar în producția de îngrășăminte concentrate cu conținut de fosfor. Mai mult, acidul fosforic este utilizat la fabricarea diferitelor săruri tehnice ale compușilor organofosforici incluzând insecticide, semiconductori, rășini schimbătoare de ioni, precum și pentru acoperiri protectoare pe metale. Acidul fosforic alimentar sau așa-numitul produs alimentar este utilizat în industria alimentară, pentru prepararea concentratelor de hrană și a preparatelor farmaceutice.
Materii prime pentru producerea acidului fosforic - a se vedea baza materiei prime a industriei chimice (prelegerea 1).
Fosforul este extras din minereurile de fosfat prin descompunerea lor. În prezent, cea mai răspândită este descompunerea acidă a minereurilor care conțin mai mult de 25% P2O5. Acidul fosforic se formează direct când se dizolvă minereul, adică extracția directă a compușilor de fosfor prin extracție. Prin urmare, numele produsului - extracție acid fosforic (EFC). Din minereurile sărace, se obține acidul fosforic termic. Procesul se bazează pe reducerea fosforului din fosfații naturali prin cocs la temperaturi ridicate și prin producția suplimentară de H3PO4 din fosfor.
Schema funcțională de producție a EFC.
Complexitatea compoziției materiei prime, care nu poate fi unificată, conduce la existența unui număr de variante de scheme tehnologice pentru prelucrarea acesteia. Un bine studiat este descompunerea acidului sulfuric concentrat apatit obținut Khibin îmbogățirea minereurilor apatit nefelin și conținând aproximativ 39% P2 O5. Descompunerea sa este o reacție eterogenă "lichid-solid".
Separarea impurităților este facilitată de trecerea lor la o altă fază. Componenta de calciu precipită sub formă de gips (CaSO4), celălalt intră în faza gazoasă, sub formă de acid fluorhidric HF. Diagrama funcțională a producției de EPC (Fig. 1) include o descompunere a materialului zdrobit în reactor (extractorul), precipitatul solid se filtrează, evaporarea acidului fosforic la o concentrație de purificare a gazelor arse și a materiilor prime. Deșeurile solide au fost numite "fosfogips". Fluorura de hidrogen rezultat interacționează cu o rocă de materii prime goale
Prin urmare, atunci când se spală gazele de evacuare cu apă, ambele produse volatile sunt prinse sub formă de acid fluorhidric H2 H2SF4.
Figura. 1. Schema funcțională de producere a acidului fosforic de extracție.
1 - reactor de descompunere apatit (extractor); 2 - filtru de vacuum; 3 - colectarea de filtre;
4 - o coloană de reziduu de acid fosforic; 5 - sistem de curățare a gazelor.
Descompunerea acidului sulfuric al apatitei.
Rata de conversie a apatit prin îndepărtarea de reacție (1) Efectul produșilor de reacție - și ionilor Ca2 + din suprafața particulelor în soluție, iar cea mai mică concentrația ionilor Ca2 + în soluție, viteza de dizolvare va fi mai mare.
Simultan cu dizolvarea formelor apatici, CaSO4 solide. care este slab solubil. Legarea Ca2 + la CaSO4 ar trebui să mărească rata de dizolvare a apatitei. Se pare că o creștere a concentrației de acid sulfuric, adică ioni este un factor favorabil. Dar acestea nu numai că precipită Ca2 + ca o fază separată în soluție, dar și pe suprafața particulelor apatite. Crusta rezultată din CaSO4 încetinește mai întâi dizolvarea, apoi blochează suprafața și dizolvarea încetează practic. Prin urmare, există o concentrație optimă de CaSO4. la care gradul de extracție a fosforului din materia primă va fi maxim. Astfel, la concentrația de H2SO4 din reactor se impun cerințe stricte: menținerea strictă a acestei concentrații la nivelul optim pe întregul volum al zonei de reacție.
Unitatea de reacție este o secvență de secțiuni cu amestecare intensă a reactivilor în fiecare dintre ele și curge între ele pentru a organiza mișcarea masei de reacție prin cascadă. Amestecarea ar trebui să împiedice stratificarea în fazele solide și lichide. În primele secțiuni, apare dizolvarea apatitei. Restul secțiunilor lucrează ca matematicieni, formând cristale CaSO4. Între ultimul și primul secțiune este organizată reciclarea intensivă (cu o multiplicitate de circulație de 20 sau mai mult).
Pentru a crea condiții favorabile pentru dizolvarea primul atunci când este necesar să se aibă concentrația de transport, și apoi să se formeze cristale cu un ușor exces de organizare distribuit de hrănire cu acid sulfuric într-una dintre primele si una dintre ultimele secțiuni ale cascadei. Gradul de descompunere al apatitei atinge 97% și mai mult, se formează cristale mari, facilitând separarea prin filtrare.
Formarea acidului fosforic de producție implică separarea precipitatului de CaS04 (fosfogips) și concentrarea acidului. În funcție de condițiile de descompunere, se formează cristale de CaSO4 × 2H2O (dihidrat) sau CaSO4 × 0,5H2O (hemihidrat). În procesul dihidrat, temperatura este de 343-353 K și concentrația acidului fosforic este de 25-35%. În procesul hemihidrat, aceste valori sunt 358-378 K și 35% în greutate. %. Fosfogipsul este separat pe un filtru de vid. Filtratul este îndreptat spre evaporare, unde concentrația de acid crește la 52-54%. Acesta este acidul de producție. După evaporare, 80-90% din fluor sub formă de HF este îndepărtat din acid. Gazele conținând fluor care părăsesc reactorul și din unitatea de evaporare sunt absorbite în sistemele de purificare pentru a forma acid fluorosilicic.
O tonă a produsului produce mai mult de 2,5 tone de CaSO4 greu de procesat. Cu aceasta se pierde acidul sulfuric, regenerarea sa industrială eficientă de fosfogips nu a fost încă dezvoltată. Phosphogypsum este utilizat pentru producerea de aditivi pe bază de ciment, pe bază de ciment, de ciment, produse de construcții, în agricultură pentru soluri de gips solonchak. Cea mai mare parte a fosfogipsului este depozitată în haldele de gunoi.
Acidul de extracție este utilizat pentru a produce îngrășăminte cu fosfor. În alte scopuri se utilizează acid fosforic concentrat, care se obține prin metoda electrotermală. Se bazează pe reducerea fosforului din fosfați în cuptoarele cu arc electric urmată de oxidarea fosforului elementar (P4) la oxidul său
7.3.3. Îngrășăminte fosfatice. Baza fizico-chimică a proceselor lor de producție. Tipuri de noduri de reacție.
Există o serie de metode de procesare a fosfaturilor naturale în îngrășăminte: metode de descompunere mecanică, termică și acidă.
Una dintre metodele de prelucrare este măcinarea fosfatului. Făina fosforică rezultată, atunci când este utilizată în soluri acide, se dizolvă încet în apele de sol și devine astfel un îngrășământ pe termen lung.
Îngrășămintele cu fosfor pot fi obținute prin descompunerea termică a fosfatului la temperaturi de 1200 - 1800 ° C. Deci, obțineți termofosfați, fosfați defluorinați, magneziu topit și fosfați termosudați.
Principala metodă de obținere a îngrășămintelor fosforice este descompunerea chimică a materiilor prime fosfatice. Astfel, ca rezultat al tratamentului cu acid sulfuric, se obțin superfosfat simplu și acid fosforic, care, la rândul său, este prelucrat în superfosfat dublu, precipitat și îngrășăminte complexe.
producția REZUMAT superfosfați este de a converti fluoroapatite naturale, insolubil în apă și soluții de sol, compuși solubili, în principal, în fosfat monocalcic (Ca (H2 PO4) 2)
În acest proces, descompunerea are loc în două etape. În prima etapă, aproximativ 70% din apatit reacționează cu acid sulfuric. În acest caz se formează acid fosforic și hemihidrat de sulfat de calciu (ecuația (1)). Această etapă se caracterizează prin formarea peliculelor de suprafață de CaSO4 pe boabe de fosfat. Structura ratei coaja rezultată de cristalizare din cauza fazei solide depinde în principal de soluție sațietății sulfat de calciu, care este la rândul său, a determinat sulfuric de concentrație de acid, temperatura și alți factori. De aceea, o concentrație optimă de acid sulfuric care combină o rată suficientă de dizolvare a apatit pentru a forma un film mai slab permeabil la difuzia acid sulfuric la suprafața fosfat. Prima etapă se termină după 20 - 40 de minute după amestecarea fosfatului cu acid sulfuric. După dispariția completă a acidului sulfuric, începe a doua etapă de descompunere, în care apatitul rămas (
30%) este descompus de acidul fosforic
Fosfatul monocalciu rezultat, spre deosebire de sulfatul de calciu, nu precipită imediat. Se saturează treptat soluția de acid fosforic și apoi începe să cristalizeze sub formă de Ca (H2 PO4) 2 x H2O și începe mult mai lent decât reacția (1), din cauza activității scăzute a acidului fosforic prin cristalizare și faze solide. Începe în camerele superfosfate și durează timp de 5 până la 20 de zile de depozitare a superfosfatului în depozit.
Pentru solid superfosfat calitate mai bună, înainte de maturare este neutralizat aditivi solizi (calcar fosfat făină, etc.) și granulate.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: