Фосфаттың ыдырау үрдісі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Ф. 7. 03-06

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

«М. ӘУЕЗОВ атындағы Оңтүстік Қазақстан университеті»

«ХИМИЯЛЫҚ ИНЖЕНЕРИЯ ЖӘНЕ БИОТЕХНОЛОГИЯ» ЖОҒАРЫ МЕКТЕБІ

«БЕЙОРГАНИКАЛЫҚ ЗАТТАРДЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫ» КАФЕДРАСЫ

Реферат

Тақырыбы: Экстракциялық фосфор қышқылы өндірісі(ЭФҚ) . Шикізаттың сапасына талаптар. Табиғи шикізаттарды күкіртқышқылды ыдыратудың физика-химиялық негізі.

Орындаған: Мейірхан А

Тобы: ХТ-19-1К

Қабылдаған:Жұлдызбаева С

Шымкент 2021

Экстракциялық фосфор қышқылы (ЭФҚ)

Фосфор қышқылы, фосфорлы тыңайтқыш және жемдік фосфаттарды өндіру үшін негізінен табиғи фосфаттарды және экстракциялық фосфор қышқылын пайдаланады. Қышқылдардың, тыңайтқыштардың физика-химиялық қасиеті және сапасы фосфорит рудасының минералдық, химиялық құрамына көп байланысты.

Шикізат ретінде пайдаланатын фосфат рудасының (апатит және фосфорит) негізгі минералы-апатит тобы 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ⋅CaX ₂ (X-фтор, хлор, гидроксил тобы) .

Кальций элементінің орында стронций сирек кездесетін церий тобы және басқа элементтерімен алмасуы мүмкін. Табиғатта көп тараған фторапатит 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ . CaF ₂ , гидроксилапатит 3Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ ^. Ca(OH) ₂ . Фосфаттардың құрамында нефелин (Na, K) ₂ O ^. AI ₂ O ₃ ^. 2SiO ₂ ^. nSiO ₂ , эгерин NaFeSi ₂ O ₆ , сфен CaTiO ₅ , титаномагнетит FeTiO ₃ ^. nFe ₃ O ₄ , дала шпаты (Na, K) AISi ₃ O ₈ , т. б. минералдар болады.

Экстракциялық фосфор қышқылы - химиялық формуласы Н ₃ РО ₄ , шырын (сироп) тәрізді сұйық.

Қолдану саласы :

Концентрлі біржақты және күрделі тыңайтқыштар өндірісінде, қоректендіргіш элемент - фосфордың тасымалдаушысы ретінде қолданылады.

Технологияның ерекшелігі :

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

Қаратаудың фосфатты шикізатынан алынатын қышқылдың құрамында, негізгі компонент Н ₃ РО ₄ -тен басқа, күкірт қышқылының қоспалары, фтор мен магнийдің қосылыстары, кальций сульфаты бар.

Шикізат ерекшелігі :

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(CO ₃ ) ₂ + 2H ₂ SO ₄ + (n - 2) Н ₂ О → CaSO ₄ · nН ₂ О + MgSO ₄ + 2CO ₂

К ₂ О·Na ₂ O·Al ₂ O ₃ ·2SiO ₂ +5H ₂ SO ₄ →К ₂ SO ₄ +Na ₂ SO ₄ +Al ₂ (SO ₄ ) ₃ +2SiO ₂ +5H ₂ O

Кремний диоксиді НҒ әрекеттесіп, SiҒ ₄ түзеді:

4HF + SiO ₂ → SiF ₄ + 2H ₂ O

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

SiF ₄ + 2НҒ → H ₂ SiF ₆

Ыдырау процесі күкірт қышқылы шығынының артуына, сонымен бірге, Р ₂ О ₅ бөліп алу дәрежесінің төмендеуіне алып келеді, ал мақсатты өнімнің (Р ₂ О ₅ ) концентрациясы 40% жоғары болғанда темірдің ерімейтін фосфаттарының ҒеН ₃ (РО ₄ ) ₂ ·2, 5Н ₂ О және төменгі концентрацияларында ҒеРО ₄ ·2Н ₂ О түзілуіне алып келеді.

Табиғи фосфаттарды күкіртқышқылды ыдыратудың физика-химиялық негізі:

Табиғи фосфатты күкірт қышқылымен ыдыратқанда ерітіндіге фосфор қышқылы өтеді да, қиын еритін кальций сульфаты түзіледі.

Ca ₅ F(PO) ₄ + 5H ₂ SO ₄ = 5CaSO ₄ + 3H ₃ PO ₄ + HF

Түзілетін қышқылдың температурасы мен шоғырына байланысты кальций сульфаты CaSO ₄ · 2H ₂ O (гипс) дигидрат түрінде, жартылай гидрат түрінде CaSO ₄ · 0, 5H ₂ O немесе сусыз тұз CaSO ₄ түрінде түзілуі мүмкін.

Өте жоғары температурада (105 ⁰ С) түзілетін жартылай гидрат кристалдар қыры 10-20 мкм болғандықтан алты қырлы призма түрінде түзіледі; бұл кристалдар жиі сросткалармен көрсетілген.

Жартылай гидратты фильтрациялаудың жылдамдығы дигидратқа қарағанда 2-3 есе жоғары болады. Жартылай гидраттаудың негізгі кемшілігі оның құрылғылары өте сапалы болуы керек (себебі өте жоғары температурада қолданылады) және сүзгілеу кезінде жартылай гидраттың тұрақты болмауы (сүзгілегіш матада корка түзілуі) .

Экстракциялық фосфор қышқылын өндірудің принциптік сызба нұсқасы:

Экстракциялық фосфор қышқылын дигидратты әдіспен алған кезде түзілетін кристаллдар келесідей өлшемге ие болады: ұзындығы - 200-400 мкм, ені-30-70 мкм және қалыңдығы бірнеше мкм болады. Тұнба тығыз және нашар сүзіледі. Өте жоғары температурада (105 ⁰ С) түзілетін жартылай гидрат кристалдар қыры 10-20 мкм болғандықтан алты қырлы призма түрінде түзіледі; бұл кристалдар жиі сросткалармен көрсетілген. Жартылай гидратты фильтрациялаудың жылдамдығы дигидратқа қарағанда 2-3 есе жоғары болады. Жартылай гидраттаудың негізгі кемшілігі оның құрылғылары өте сапалы болуы керек (себебі өте жоғары температурада қолданылады) және сүзгілеу кезінде жартылай гидраттың тұрақты болмауы (сүзгілегіш матада корка түзілуі) .

Фторапатиттің ыдырау шарты:

Процесстің түрі

Температура С

Сұйық фазадағы концентрация Р ₂ О ₅ %

Реакция жылуы кДж / моль

Процесстің түрі: Дигидратты

Температура С: 70-80

Сұйық фазадағы концентрация Р2О5%: 25-32

Реакция жылуы кДж / моль: 384, 4

Процесстің түрі: Жартылай гидратты

Температура С: 90-100,

Сұйық фазадағы концентрация Р2О5%: 35-42

Реакция жылуы кДж / моль: 371, 0

Фосфаттың ыдырау үрдісі:

Фосфаттың қышқылмен ыдырау жылдамдығы күкірт қышқылының концентрациясына тәуелді . Оған химиялық реакцияның жылдамдығы ғана тәуелді емес, сонымен қатар, фосфаттың беткі бөлігіне, тұнбаға түсетін кальций сульфат кристалдарының құрылымы және қышқылдың қатты фазадағы диффузиялану жылдамдығы да тәуелді

Күкіртті қышқылды ыдырау процесі:

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 Р ₂ О ₅ 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 Ғе ₂ О ₃ : Р ₂ О ₅ 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.

Фосфор минералды шикізаттың ыдырауы арқылы алынады. Қазіргі уақытта 25% - дан астам Р2О5 бар кендердің қышқыл ыдырауы ең көп таралған. Фосфор қышқылы кенді еріту арқылы тікелей түзіледі, яғни фосфор қосылыстарын тікелей алады. Демек, өнімнің атауы экстракция жолымен алып- экстракциялық фосфор қышқылы деп аталады

Өндірістік жағдайларда тұнба ыдырамаған фосфаттар, жуылмаған Н ₃ РО ₄ , әр түрлі металдардың фосфаттарының сокристалдары түріндегі Р ₄ О ₁₀ 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 - 65-80 ⁰ С температурасында жүзеге асатын, 30-32% Р ₂ О ₅ 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) SO ₄ ^2- (SO ₃ күкірт триоксидінің мөлшеріне қайта саналады) иондарының қажетті артық мөлшері.

Экстракциялық фосфор қышқылы ФС РК ОКПО 3908381201421. 0-2006 техникалық талаптарын қанағаттандыруы тиіc. Экстракциялық фосфор қышқылына қойылатын талаптар:

Көрсеткіштердің аталуы

Нормасы

Көрсеткіштердің аталуы: 1. Р ₂ О ₅ санағандағы H ₃ PO ₄ массалық үлесі, %, кем емес

Нормасы: 18

Көрсеткіштердің аталуы: 2. Тұнбаның массалық үлесі, %, артық емес

Нормасы: 2

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

Экстракциялы фосфор қышқылын алудың үш әдісі:

Өндірістік жағдайларда тұнба ыдырамаған фосфаттар, жуылмаған Н ₃ РО ₄ , әр түрлі металдардың фосфаттарының сокристалдары түріндегі Р ₄ О ₁₀ қоспаларымен ластанады. Сондықтан да, пайда болған кальций сульфатын сәйкесінше фосфогипс, фосфогемигидрат және фосфоангидрит деп атайды.

Тұнбаға түсетін сульфаттардың типіне қарай, 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 - 65-80 ⁰ С температурасында жүзеге асатын, 30-32% Р ₂ О ₅ дейінгі мөлшерде қышқыл алуға болатын дигидратты режим болып табылады.

№

ЭФК режимі

формула

Т, С°

Р ₂ О ₅ , %

№: 1

ЭФК режимі: ангидритті

формула: CaSO ₄

Т, С°: 95-110

Р2О5, %: 45-48%

№: 2

ЭФК режимі: жартыгидратты

формула: CaSO ₄ *0, 5H ₂ O

Т, С°: 85-95

Р2О5, %: 30-45%

№: 3

ЭФК режимі: дигидратты

формула: CaSO ₄ *2H ₂ O

Т, С°: 65-85

Р2О5, %: 28-32%

СаSO ₄ - Н ₃ РО ₄ - Н ₂ О жүйесінде кальций сульфаты үш формада кездеседі:бір сусыз (СаSO ₄ ангидрит) және екі кристаллогидраттар (СаSO ₄ ·0, 5Н ₂ О гемигидрат және СаSO ₄ ·0, 5Н ₂ О гипс) түрінде.

80 ⁰ С температурасында минимальды ерігіштікке ангидрит ие болады және тұрақты қатты фазасы болып табылады.

Құрамында 33, 3% Р ₂ О ₅ 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.

Дигидратты әдіспен ЭФҚ алу

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

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) SO ₄ ^2- (SO ₃ күкірт триоксидінің мөлшеріне қайта саналады) иондарының қажетті артық мөлшері.

ЭФҚ тазарту тәсілдері :

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% Р ₂ О ₅ , 1, 8-2, 8% SO ₃ , 0, 8-1, 1 % Fe ₂ O ₃ , 0, 5-1, 0% Al ₂ O ₃ , 0, 2-0, 4%CaO, 1, 5-1, 8% F-дан тұрады, тығыздығы 1, 25-1, 3 г/см ³ . Құрамына елеулі түрде ерімейтін қалдық кіретін фосфориттерді қолданғанда сұйытылған қышқыл түзіледі (20-25% Р ₂ О ₅ ) .

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% Р ₂ О ₅ буландырады, бұл қышқыл концентрлі фосфор қышқылы және күрделі тыңайтқыштар өндірісі үшін аса қажет.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.