Экстракциялық фосфор қышқылы

Автор: Пользователь скрыл имя, 06 Февраля 2013 в 12:42, лекция

Краткое описание

Экстракциялық фосфор қышқылы – химиялық формуласы Н3РО4, шырын (сироп) тәрізді сұйық, концентрлі біржақты және күрделі тыңайтқыштар өндірісінде, қоректіндіргіш элемент – фосфордың тасымалдаушысы ретінде қолданылады.
Экстракциялық фосфор қышқылының құрамы, экстракциялағанда қолданылатын фосфатты шикізаттың құрамына және оны өңдеудің жағдайларына тәуелді.

Файлы: 1 файл

фосфор.doc

— 71.00 Кб (Скачать)

Экстракциялық фосфор қышқылы

       Экстракциялық фосфор қышқылы – химиялық формуласы Н3РО4, шырын (сироп) тәрізді сұйық, концентрлі біржақты және күрделі тыңайтқыштар өндірісінде, қоректіндіргіш элемент – фосфордың тасымалдаушысы ретінде қолданылады.

       Экстракциялық фосфор қышқылының құрамы, экстракциялағанда қолданылатын фосфатты шикізаттың құрамына және оны өңдеудің жағдайларына тәуелді.

Қаратаудың  фосшикізатынан алынатын қышқылдың  құрамында, негізгі компонент Н3РО4–тен басқа, күкірт қышқылының қоспалары, фтор мен магнийдің қосылыстары, кальций сульфаты бар.

     Фосфор қышқылын экстракциялы әдіспен алудың негізінде табиғи фосфаттардың күкірт қышқылымен ыдырауы жатыр.

Бірдей  уақытта, бастапқы фосфатты шикізаттың құрамындағы қоспалар да ыдырайды. Оларға: кальцит, доломит, сидерит, глауконит, темір және алюминийдің силикаттары жатады (бұл аталмыш қоспалар да күкірт қышқылымен ыдырауға түседі).

Ca · Mg(CO3)2 + 2H2SO4 + (n – 2)Н2О →   CaSO· nН2О + MgSO4 + 2CO2

К2О · Na2O · Al2O3 · 2SiO2 + 5H2SO → К2SO4 + Na2SO4 + Al2(SO4)3 + 2SiO2 + 5H2O 

          Кремний диоксиді НҒ әрекеттесіп, SiҒ4 түзеді:

4HF + SiO2 → SiF4 + 2H2O

Кремний тетрафторидінің бір бөлігі газды  фазаға бөлініп, ерітіндіде қалған екінші бір бөлігі гексафторкремний қышқылын түзеді:

SiF4 + 2НҒ → H2SiF6

Ыдырау  процесі күкірт қышқылы шығынының  артуына, сонымен бірге, Р2О5 бөліп алу дәрежесінің төмендеуіне алып келеді, ал мақсатты өнімнің (Р2О5) концентрациясы 40% жоғары болғанда темірдің ерімейтін фосфаттарының ҒеН3(РО4)2·2,5Н2О және төменгі концентрацияларында ҒеРО4·2Н2О түзілуіне алып келеді. Карбонаттардың ыдырау процесінің нәтижесінде бөлінетін көміртегі диоксиді экстракторларда тұрақты көбіктің пайда болуына алып келеді. Магнийдің, темірдің және алюминийдің еритін фосфаттары бастапқы фосфор қышқылының белсенділігін төмендетеді, сонымен бірге, фосфор қышқылын кезекті өңдеу кезінде тыңайтқыштардағы сіңірілетін Р2О5 құрамын төмендетеді.

Қоспалардың әсерін ескере келе құрамында жоғары мөлшерде темірдің, алюминийдің, магнийдің  және карбонаттардың қосылыстары бар фосфаттар фосфор қышқылын өндіру кезінде жарамсыз болып табылады. Сондықтан да, күкірттіқышқылды ыдырату процесі кезінде Ғе2О3 : Р2О5 массалық арақатынасы 0,08 аспайтын кендер немесе концентраттар қолданылады.

Күкіртті қышқылды ыдырау процесінің технологиялық параметрлерін таңдау кезінде кальций сульфатының айтарлықтай ірі, оңай бөлінетін және фосфор қышқылымен жақсы жуылатын кристалдар түрінде бөлінуі жатыр.                 

  СаSO4 – Н3РО4 – Н2О жүйесінде кальций сульфаты үш формада кездеседі: бір сусыз (СаSO4 ангидрит) және екі кристаллогидраттар (СаSO4·0,5Н2О гемигидрат және СаSO4·0,5Н2О гипс) түрінде.

800С температурасында минимальды ерігіштікке ангидрит ие болады және тұрақты қатты фазасы болып табылады. Құрамында 33,3% Р2О5 бар ерітінділердегі метатұрақты гипс (метатұрақты кристаллогидраттардың изотермасындағы А нүктесінің қимасы) ангидритке айналады. Ал, өте концентрлі ерітінділерде алдымен гипстің конверсиясы пайда болып, айтарлықтай аз еритін гемидратқа, содан ангидритке дейін дегидратацияланады.

    Өндірістік жағдайларда тұнба ыдырамаған фосфаттар, жуылмаған Н3РО4, әр түрлі металдардың фосфаттарының сокристалдары түріндегі Р4О10 қоспаларымен ластанады. Сондықтан да, пайда болған кальций сульфатын сәйкесінше фосфогипс, фосфогемигидрат және фосфоангидрит деп атайды. Тұнбаға түсетін сульфаттардың типіне қарай экстракциялы фосфор қышқылын алудың үш әдісі бар, олар: дигидратты, гемигидратты (жартылай гидратты) және ангидритті, сонымен бірге комбинирленген әдісі белгілі   (гемигидратты-дигидратты және дигидратты-гемигидратты). Тәжірибеде көбінесе қолданылатын және кең таралған әдістердің бірі – 65-800С температурасында жүзеге асатын, 30-32% Р2О5 дейінгі мөлшерде қышқыл алуға болатын дигидратты режим болып табылады.

    Экстракция процесінің оңтайлы режимін ұстап тұру үшін, келесі шарттар сақталынуы тиіс: 1) қойыртпақтың экстракторда жеткілікті уақыт болуы; 2) экстракторға реагенттердің үздіксіз және бірқалыпты түсуі және одан қойыртпақтың бірқалыпты шығарылуы; 3) қойыртпақтың барлық көлемінде тұрақты концентрация мен температураны қамтамасыз ету үшін, қойыртпақты жеткілікті қарқынды араластыру; 4) қойыртпақтағы қатты және сұйық фазалардың (Қ:С) оптималды қатынасы; 5) SO42- (SO3 күкірт триоксидінің мөлшеріне қайта саналады) иондарының қажетті артық мөлшері.

   

 

  

 Экстракциялық фосфор қышқылын өндіру келесі сатылардан тұрады:

1) реагенттерді процеске беру;

2) фосфатты шикізатты ыдыратумен экстракциялық қойыртпақ алу;

3) экстракциялық қойыртпақты сүзу, тұнбаны жуу;

4) фосфогипсті кетіру;

5) тасталынатын газдардан фторлы қосылыстарды абсорбциялау.

Экстракциялық фосфор қышқылы  ФС РК ОКПО 3908381201421.0-2006 техникалық талаптарын қанағаттандыруы тиіc. Экстракциялық фосфор қышқылына қойылатын талаптар:

                               Көрсеткіштердің аталуы

     Нормасы

1.  Р2О5 санағандағы H3PO4 массалық үлесі, %, кем емес   

18

2. Тұнбаның массалық  үлесі, %, артық емес

2


         

 

      Қышқылдың тығыздығы оның концентрациясы мен температурасына тәуелді өзгереді. Концентрациясы көтерілгенде және температурасы төмендегенде, қышқылдың тығыздығы жоғарылайды. 

    Өзіміздің елімізде және шетелдерде ЭФҚ тазалаудың бірнеше әдістері белгілі. Олардың негізгісі болып келесілер табылады: 1) фосфор қышқылын концентрлеу арқылы фторсыздандыру; 2) аз еритін қосылыстар түрінде фторды тұндыру; 3) органикалық еріткіштермен тазалау; 4) ион алмастырғыш шайырлармен тазалау. Сонымен қатар, жоғарыда аталған тазалау әдістерінің әр түрлі комбинациясы қолданылады.

       Дигидраттық әдіс арқылы алынған ЭФҚ өндірілетін тыңайтқыштар

ЭФҚ құрамы қолданылатын шикізаттарға байланысты. Апатит концентратынан дигидратты әдіспен алынған қышқыл (кальций дигидрат немесе гипс түрінде  болу арқылы) 25-32% Р2О5, 1,8-2,8%  SO3, 0,8-1,1 % Fe2O3, 0,5-1,0% Al2O3, 0,2-0,4%CaO, 1,5-1,8% F–дан тұрады, тығыздығы 1,25-1,3 г/см3. Құрамына елеулі түрде ерімейтін қалдық кіретін фосфориттерді қолданғанда сұйытылған қышқыл түзіледі (20-25% Р2О5). Сәйкесінше тұнбаны жуу үшін судың көп мөлшері қажет. Фосфориттер құрамында магний қоспалары көп болған жағдайда олар қышқылға өтеді, бұл жағдайда  қышқылдың құрамында  1-3,5% MgO болады. Көп жағдайда алынған сұйылтылған қышқылды    53-55% Р2О5 буландырады, бұл қышқыл концентрлі фосфор қышқылы және күрделі тыңайтқыштар өндірісі үшін аса қажет.

Экстракциялық фосфор қышқылын (ЭФҚ) алуды дигидраттық режимде жүргізеді.

ЭФҚ негізгі компоненттердің тұрақты  қатынасынан тұрады, яғни: Р:N:S 15:15:15 күрделі фосфорлы тыңайтқыш өңдеуге  қолданады. Осының  нәтижесінде алынған ЭФҚ–нан келесідей тыңайтқыштар алу ұсынылды. 

1) ЭФҚ және (NH4)2SO4 алынған, құрамы бойынша балансталған  тыңайтқыштар: Алынған экстракциялық фосфор қышқылына аммоний сульфаты 1:0,16 арақатынасында енгізіледі, алынған қоспаны газ тәріздес аммиакпен рН 3-4 шейін аммонизациялайды, бұл өнімнің құрамындағы N, P, S компоненттердің берілген қатынасын қамтамасыз етеді, содан қойыртпақты ылғалды тұзға дейін су моншасында  кептіреді және тұрақты салмаққа дейін 115-200 және 3000С температурасында термоөңдеуден өткізеді. Температураны  3000С дейін көтеру өнімнің балқуына алып келетіндігін ескеру керек, өнім қара түсті, қиын ұнтақталатын және ылғалды болып келеді.

Алынған өнімдердің химиялық талдауы температура  өскен сайын P2O5 жалпы құрамы шамалы болса да ұлғаяды, ал P2O5 сіңімді түрі төмендейді, осы температурада сульфофосфат пайда болуы мүмкін, бұл дайын өнімді  салқындату процесін жедел жүргізуді талап етеді. P2O5 және SO3 газдық  фазаға шығуы тексерілмеген, ал азоттың шығуы 3000С-де ғана бақыланды және 0,5% құрады.

2) ЭФҚ және КНSО4 құрамы бойынша балансталған тыңайтқыш алу: Тәжірибе шарттары жоғарыдағыға ұқсас. Алынған өнімнің сипаттамасы төмендегі кестеде келтірілген. Зерттелген температура интервалында газдық фазаға фосфор, азот және күкірттің шығуы байқалмаған. Тыңайтқыш құрамындағы  суда ерімтал және лимон қышқылында  еритін P2O5 температура өскен сайын артады, ал сол уақытта тұз қышқылында еритін формасы төмендейді. Бұл тыңайтқышты термоөңдеуден өткізген кезде құрамының фазалық өзгеретіндігін көрсетеді.   

Соңғы компоненттің болуы таза тұзды қыздырғанға қарағанда                     КНSО4-тың К24 конверсиясы  жүретіндігі көрсетіледі (төмен температурада).

  Ауылшаруашылығында минералды тыңайтқыштарды  қолданудың  жоғарғы агрохимиялық  тиімділігіне оларды үйлесімді,  ғылыми негізделген  қатынаста енгізгенде қол жеткізіледі N:Р2О52О = 1:0,7:0,5.

Республикада  минералды тыңайтқыштар өндірісімен  болып жатқан жағдай осы мәселенің  басын толық ашпаса, ауылшаруашылығы тұтынушыларын толық қанағаттандыруға мүмкіншілік бермейді.

Республикада  калий тыңайтқыштарының өндірісі жоқтың қасы, барлық калий тыңайтқыштары  Ресейден импортталады және ол өкінішке орай жеткіліксіз.

Азотты  тыңайтқыштар – негізінен Өзбекстаннан және Ресейден импортталады, бірақ олардың агрохимиялық тиімділігі фосфорлы және калийлі тыңайтқыштарды  жеткіліксіз енгізгендіктен аса жоғары емес.

   Осыған байланысты Қазақстан Республикасында  фосфор өндірісінің қалдығы коттрельді сүті негізінде  азот–фосфор–калийі бар кешенді тыңайтқыш алу актуалды проблеманың бірі болып табылады.        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




Информация о работе Экстракциялық фосфор қышқылы