Экстракциялық фосфор қышқылы

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 20 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР
КІРІСПЕ 1
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ 2
1.1 Экстракциялық фосфор қышқылы өндірісінің шикізаттары 2
1.1.1 Экстракциялық фосфор қышқылын алу процесінің теориялық негіздері
4
1.1.2 Экстракциялық фосфор қышқылын алу технологиясы 5
1.1.3 Технологиялық процестің физико-химиялық негізі 7
1.1.4 Экстракциялық фосфор қышқылын тазалау 10
1.1.5 Экстракциялық фосфор қышқылының қолданылуы 11
1.2 Аммофос өндірісі 12
1.2.1 Аммофос өндірісінің негізгі шикізаттары 14
1.2.2 Фосфор шикізаттары 14
1.2.3 Күкірт қышқылы 14
1.2.4 Аммиак 15
1.2.5 Экстракциялық фосфор қышқылы 16
1.3 Аммофос өндірісінің физикалық-химиялық негіздері 17
1.3.1 Аммофосты алу технологиялары 18
1.3.2 Аммофосты алудың ретурсыз жобасы 19
1.3.3 Түйіршікті аммофос алу жобасы 19

КІРІСПЕ

Біздің елімізге, яғни ауыл шаруашылығына 1,7 млн.тонна (ал толық есеп
бойынша 3 млн. тонна) тыңайтқыш қажет етіледі. Олардың ішінде 400 мың тонна
қос суперфосфат, 300 мың тонна аммоний селитрасы, 180 мың тонна NP
тыңайтқышы, ал қалғандары аммофос және т.б.
Бұл тыңайтқыштарды алу үшін негізгі шикізат жартылай өнім –
экстракциялық фосфор қышқылы қолданылады.
Дүние жүзінде қолданылатын тыңайтқыштар аммофос (46% P2O5; 10% N),
жоғарғы сапалы амофос (52; 12%), екі аммоний фосфат (46; 18%), қос
суперфосфат (46%), NP (23; 23%).
Біздің өндірісте шығарылатын аммофостың құрамында 45% Р2О5, 9% N бар.
Қалған тыңайтқыштар алынбайды, себебі оларды алуға қолданылатын
экстракциялық фосфор қышқылы (ЭФҚ) құрамында қоспалар (Al Fe Mg) бар. Бұл
қоспалардың барлығы соңғы өнімнің құрамындағы Р2О5 және N мөлшерін
төмендетеді. Демек, ЭФҚ-ның құрамындағы қоспаны бөліп алу, ал таза ЭФҚ
сапасы жағынан дүние жүзілік деңгейдегі тыңайтқыштарды алу мәселесі бүгінгі
күні өте маңызды болып отыр.

1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ

1.1 Экстракциялық фосфор қышқылы өндірісінің шикізаттары

Экстракциялық фосфор қышқылы өндірісінің негізгі шикізаттары – апатит
концентраты мен Қаратау фосфориті. Қазақстанда фосфор тыңайтқыштарының
шикізаты ретінде 80-90%-ті апатит және Қаратау фосфориті пайдаланылады.
Апатит негізінде Ca5(PO4)3F және нефелин (Na, K) AlSіO2(nSіO2, эпирит
(Na, Fe) (LіO3)2 және сфен CaTіSіO5, титанамагнезит Fe3O4(FeTіO3(TіO2
қоспасынан тұрады. Фосфор тыңайтқыштары P2O5 (%) мөлшеріне қарай
бағаланады, неғұрлым P2O5 мөлшері көп болса, соғұрлым алынған өнім бағалы
болып есептелінеді. Апатит концентраты құрамында 18-29% Р2О5 бар.
Фосфорит рудасының кен орны Тараз қаласы маңындағы Қаратау өңірінде
орналасқан. Қаратау бассейнінің фосфатты кендерінің құрамында 10%-тен 30%-
ке дейін Р2О5, 1,05% Fe2O3, 1,37% Al2O3, 37,3% СаО, 1,35% MgO, 2,79% F,
4,66% СО2 бар. Ерімейтін қалдық 19,98%.
Қаратау фосфориті ең ірі және бағалы кен орны. Қордың 75%-ті мына кен
орындарында жиналған: Ақсай, Түйесай, Жаңатас, Шолақтау және Көксу.
Кен орындарындағы фосфориттердің химиялық құрамы кестеде келтірілген.

1-кесте Кен орындарындағы фосфориттердің химиялық құрамы, %

Компонеттер Ақсай Жаңатас Көксу Түйесай
P2O5 23,9 22,23 20,53 21,0
SіO2 18,24 24,18 12,74 23,0
CaO 39,3 35,46 41,04 39,8
MgO 2,4 3,34 3,18 3,5
Fe2O3 1,18 1,19 0,36 1,18
Al2O3 1,28 1,29 0,33 0,43
MnO 0,2 0,22 0,22 0,10
F 2,37 2,18 1,55 2,4
S 0,23 0,21 0,16 0,11
Na2O 0,47 0,47 - -
H2O 0,73 0,78 - -
CO2 7,03 5,75 5,3 6,0

Қаратау бассейні – еліміздегі фосфориттерге ең бай кен орны. Мұндағы
фосфориттердің құрамы өте күрделі. Сондықтан фосфориттерді құрамына қарай 6
түрге бөледі:
1) субмономинералды; 2) карбонатты фосфориттер; 3) кремнийлі-
карбонатты фосфориттер; 4) пелитоморфты- кремнийлі фосфориттер; 5)
кремнийлі фосфориттер; 6) метаморфты фосфориттер.
Фосфорит тыңайтқыштары Р2О5 (%) мөлшеріне қарай бағаланады. Құрамында
Р2О5 ((28%) болса – бай, (21-27%) болса – орташа, (15-20%) болса – аз
тыңайтқыш болып есептелінеді.
Р2О5 орташа кендерге карбонатты, кремнийлі-карбонатты, пелитоморфты-
кремнийлі фосфоритер, Р2О5 аз фосфоритті кендерге кремнийлі фосфориттер
жатады.
Карбонатты-кремнийлі, пелитоморфты-кремнийлі фосфориттер апатитті
кендерге жатады. Жалпы Қаратау фосфоритерінің құрамы өте күрделі, онда
стронций (0,1-0,3%) және қорғасын элементтері кездеседі.
1986-1990 жылдармен салыстырғанда 2000 жылдан бері химиялық
өндірістерде өнім өндіру артып келеді. Оның ішінде фосфор және минералды
тыңайтқыштар өндірістері де бар. Фосфорит рудаларының 50%-ке жуығы Қаратау
кен орнынан алынады.

1.1.1 Экстракциялық фосфор қышқылын алу процесінің теориялық негіздері

Фосфорлы және күрделі тыңайтұыштарды алуда, басқа да құрамында фосфоры
бар қосылыстарды өңдеуде негізгі шикізат – экстракциялық фосфор қышқылы
болып табылады.
Экстракциялық фосфор қышқылын фосфаттарды (апатиттік концентрат немесе
фосфорит) күкірт қышқылымен ыдырату арқылы алады. Бастапқы шикізаттың
құрамына және экстракция режиміне байланысты қышқылда әр түрлі қоспалар:
магний, кальций, темір, алюминий, фтоор қосылыстары, күкірт қышқылы және
т.б. болуы мүмкін.
Ca5F (PO4)3 + 5 H2SO4 = 5 CaSO4( + 3 H3PO4 + HF(
Бұнымен қатар, табиғи фосфаттың құрамына кіретін басқа минералдар да
күкірт қышқылымен ыдырайды (темір және алюминий қосылыстары, кальций және
магинй карбонаттары және т.б.).
Экстракция режимі түзілген кальций сульфатының-ангидридін CaSO4,
жартылай гидраттың CaSO4(0,5H2O немесе дигидраттың CaSO4(2H2O формасына
байланысты және соған сәйкес аталады.
Дигидраттың режимі 65-80оС температурада және Р2О5 сұйық фазасындағы
концентрациясы 18-32% болғанда орындалады, жартылай гидраттың температурасы
85-95оС және Р2О5 концентрациясы 46-48%, ангидриттің температурасы 105оС
және Р2О5 концентрациясы 48% болғанда орындалады.
Қозғалғыш пульпа және ірі, жақсы сүзілгіш кальций сульфатының
кристалдарын алу үшін пульпада сұйылтқыш ерітіндінің көмегімен (14-16% Р2О5
концентрациялы фосфор қышқылының ерітіндісі) сұйық және қатты фазалар
арасындағы қатынасты шамамен 2,5:1-ден 3,5:1-ге дейін ұстап отырады. Демек,
фосфатты шикізаттың ыдырауын практика жүзінде күкірт және фосфор
қышқылдарының қоспасымен жүргізеді.
Негізгі процесс мына реакция бойынша жүреді:
Ca5F (PO4)3 + 5H2SO4 + nH3PO4 = 5CaSO4(mH2O + (n+3)H3PO4 + HF
Экстракция уақыты 4-6 сағат.

1.1.2 Экстракциялық фосфор қышқылын алу технологиясы

Экстракциялық фосфор қышқылын алуға арналған лабораториялық қондырғы 1)
стаканнан, сиымдылығы 400-500мл 2) бір немесе екі араластырғыштан, 3)
реактордан тұрады. Оларды қозғалысқа электр моторы арқылы келтіреді.
Стаканның қақпағындағы саңылау арқылы алғашқы материалдар енгізіледі және
пульпаның пробасы алынады. Реактор сулы термостатқа немесе электрлі
жылытумен қамтамасыз етілген, белгілі температураға қойылған үлкенірек
өлшемді стаканға орналастырылған. Берілген температура рельенің көмегімен
ұсталынып отырады, ол жылытқышпен және контактілік термометрмен немесе
термопарамен байланысқан.
Экстракция процесінде судың буланып кетуін болдырмау үшін реактор
қайтымды тоңазытқышпен қамтамасыз етілген.
Фосфор қышқылын алуға арналған реакторға сұйылтқыш ерітінді мен күкірт
қышқылының есептелген мөлшерін құяды, реакторды сулы термостатқа
орналастырады (70-80оС температураға дейін қыздырылған) және араластырғышты
іске қосады. Ерітінділер қоспасы қызғаннан кейін 30 минут уақытта реакторға
(араластырғыш жұмыс істеп тұру керек) берілген мөлшердегі ұнтақталған
фосфатты шикізатты салады және реакцияның басталу уақытын белгілейді.
Фосфатты шикізаттың ыдырауын 4 сағат уақыт аралығында жүргізеді.
Температура 75оС. Тәжірибені аяқтағаннан кейін экстракциялық пульпаны
Бюхнер сүзгішінде вакуум арқылы сүзіп алады. Ол үшін алдын-ала сүзгішке
фильтр салынады және қондырғыда вакуум қысымын орнатады. Ол үшін вакуум
насоста кранның жабық қалпында кранның көмегімен 0,4-0,5 кгссм2 қысым
орнатады, ол вакуумметрмен өлшенеді. Одан кейін экстракциялық пульпаны
сүзгішке салады, сонымен қатар кранды ашады және филтрацияның басталу
уақытын секундты-стрелкалы сағат бойынша немесе секундомер бойынша
анықтайды. Сүзгіштегі тұнба бетінің сұйықтан қанша уақытта арылғанын
белгілейді (бұл уақыт өрескел сорып алу немесе тұнба бетін алғашқы құрғату
уақыты деп аталады). Бұдан соң сүзуді ары қарай жалғастырады және сүзгіштен
сұйық тамшыларының бөлінуінің толық тоқтау уақытын белгілейді (“тұнбаның
құрғау уақыты”). Бұдан кейін сүзіндіні алдын-ала өлшенген мензуркаға құяды,
сүзінді көлемін өлшейді және сүзінді мензуркамен өлшенгеннен кейін оның
массасын да анықтайды. Сүзгіштегі тұнбаны 2-3 қайта 60-70оС-қа дейін
қыздырылған дистилденген сумен жуады және суды әр құйғанда тұнбаның бетін
0,5-1,0 см су жауып тұратындай етіп құяды.
Жуынды суларды сүзіндіден бөлек жинайды, олардың көлемін және массасын
анықтайды. Тұнбаны (фосфогипсті) сүзгіштен ұқыптап шығарып алады да, фосфор
табақшаға салып 100-105оС температурада тұрақты массаға дейін кептіреді.
Сүзінді және жуынды сулардағы Р2О5-тің жалпы мөлшерін фотоколориметрлік
әдіспен анықтайды. Кепкен фосфогипстің де Р2О5 жалпы және Р2О5 сулы
мөлшерін анықтайды.

1.1.3 Технологиялық процестің физико-химиялық негізі

Экстрактордағы негізгі реакция – фосфориттің күкірт қышқылдарының
ерітіндісімен әрекеттесуі.
Реакция екі сатымен өтетін үздіксіз процесс түрінде жүргізіледі.
Бірінші сатыда фосфорит ұны фосфор қышқылымен ыдырайды:
Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 ( 5Ca(H2PO4)2 + HF (1 )
Түзілген монокальций фосфат күкірт қышқылымен әрекеттеседі:
5Ca(H2PO4)2 + 5H2SO4 ( 10H3PO4 +5CaSO4 ( 2)

Қосынды реакция мына теңдеумен өрнектеледі:
Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 + nH3PO4 + 10H2O ( 5CaSO4(10H2O + (n+3) H3PO4 + HF
+ Q1 ( 3)
Карбонатты минералдар қышқылдармен мына реакция бойынша әрекеттеседі:
MgCa(CO3)2 + H2SO4 = MgSO4 + CaSO4(2H2O + 2CO2 + Q2 (4 )
Қышқылда еритін силикаттар еріген кезде кремнийдің жұқа дисперсті қос
тотығы түзіледі:
MgSіO4 + 2H2SO4 ( 2MgSO4 + SіO2 + 2H2O (5 )
CaSіO4 + 2H2SO4 ( 2CaSO4 + SіO2 + 2H2O ( 6)
Na2O(K2O(Al2O3(2SіO2 + 5H2SO4 ( Na2SO4 + K2SO4 + Al2(SO4)3 + 2SіO2 +
5H2O (7 )
Кремний қос тотығы фторлы сутекпен газ тәрізді SіF4 түзе әрекеттеседі(
SіO2 +2HF ( SіF4 + 2H2O
SіO2-і HF-мен кремний-фторлы сутекті қышқыл түзе әрекеттеседі(
6HF + SіO2 ( H2SіF6 + 2H2O + Q
Температураның және фосфор қышқылының концентрациясының өсуімен H2SіF6
буларының үстіндегі беріктігі артады. Сондықтан экстракциялық фосфор
қышқылы өндірісінің әр түрлі жағдайда фосфаттарды ыдыратқанда бөлініп
шығатын фторлы газдардың мөлшері бірдей емес. Реакция мына схема бойынша
жүреді:
2H2SіF6 + SіO2 + nH3PO4 + H2O ( 3SіF4 + nH3PO4 + H2O
H2SіF6 + nH3PO4 + H2O ( SіF4 + nH3PO4 + H2O
Фосфор өндірісі жағдайында SіF4-ң HF-ға беріктігі кететін газдардың су
буымен әрекеттескенде кремний қышқылының тұнбасы түзілетініне байланысты.
3SіF4 + (n+2)H2O ( SіO2 ( nH2O + H2SіF6
Ыдырату процесіне құрамында Fe, Al, Mg бар минералдар едәуір әсерін
тигізеді. Түзілген темір және алюминий фосфаттары Р2О5-тің ерітіндіге
шығуын төмендетіп, біртіндер тұнбаға түседі, ал ерітіндіде қалған
қосылыстар фосфор қышқылының сапасын төмендетеді. Ол қышқылдан алынатын
тыңайтқыштар құрамында Р2О5-тің суда еритін және сіңірілмейтін формадағы
едәуір бөлігі болады. Түзілген сульфаттар, магний фосфаты фосфор қышқылының
ерітіндісін ластайды, оны бейтараптайды. Бұдан басқа тагний тұнбаға түсетін
кальций сульфаты дигидратының құрылымын да төмендетеді, кристалдар өте ұсақ
болады.
Экстракциялық пульпаның фазаларының толық бөлінуі және фосфогипстің
жақсы жуылуы үшін экстракторда CaSO4(2H2O ірі тіртекті кристалдар түрінде
түсетіндей етіп ыдырау жағдайларын жасау қажет.
Бұл шарттар тиімді және тұрақты температурадағы режим, реагенттерді
дұрыс жіберу пульпаның сұйық фазадағы Р2О5 және SO42- концентрациясы
технологиялық режимнің тұрақтылығы болып табылады.
Фосфатты шикізатты ыдырату процесі жылу сңіру арқылы жүреді. Экстракция
уақыты 4-6 сағат. Экстракциялық фосфор қышқылын алу дигидратты CaSO4(2H2O
режимдегі процеспен жүзеге асады. Фосфаттарды ыдырату үшін көптеген
минералды қышқылдар пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, күкірт қышқылы, азот
қышқылы. Бұл қышқылдар фосфориттермен әрекеттескенде фосфор қышқылы,
кальций тұздары пайда болады. Кальций тұздары суда жақсы ериді. Сондықтан
фосфаттарды қышқылдармен ыдыратқанда алынған ерітінді фосфор қышқылынан
бөлінусіз тыңайтқыштарға өңдейді.
Фосфатты күкірт қышқылымен ыдыратқанда кальций сульфаты да пайда
болады. Ол суда аз ериді және салыстырмалы фосфор қышқылынан оңай
ажыратылады. Кальций сульфаты ерітіндіден әр түрлі криталогидраттар түрінде
тұндырылуы мүмкін. Экстракциялық фосфор қышқылын дигидратты режимде
жүргізу, құрамында 24,5% Р2О5 бар Қаратау фосфориттері үшін қолайлы. Бұл
әдістің негізгі фосфоритті күкірт қышқылы және айналымды фосфор қышқылының
қоспасымен температурасы 90-100оС-та ыдыратуда. Мұнда экстракциялық пульпа
түзіледі және одан ерітіндіні вакуум-фильтрлерде сүзеді. Температуралық
режимнің ұсталуы вакуум-булану жүйесінде салқындатылған пульпаның
циркуляциясымен іске асады. Бұл өндірістің технологиясы құрамында 24,5%
Р2О5 және CO2, MgO, Fe2O3, Al2O3 жоғары мөлшері бар фосфоритті ыдырату
арқылы жүзеге асырылады.
Қазіргі кезде дигидратты әдістің жақсы жақтары: процестің
жылдамдықтары, пульпаның жақсы сүзілуі, қышқылдың концентрациясының жоғары
болуында.
Лигель құрамында аз мөлшерде фтор болатын және сусыз концентрациясы
жоғары фосфор қышқылын алудың жаңа жолын ұсынды. Бұл әдіс “Клинкер әдісі”
деп аталады. Мұнда құрғақ, үгітілген фосфоритті ыстық күкірт қышқылымен
(100%) араластырады және қыздырғанда 90%-ке дейін фтор қышқылы бөлініп
шығады.
Фосфоритті күкірт қышқылымен ыдырату нәтижесінде пайда болған фосфогипс
деп аталатын қатты фаза негізінен кальций екі сулы сульфатының
кристалдарынан және ыдырамаған фосфорит мөлшерінен тұрады. Гипстің ірі
кристалдарының пайда болуына керекті үйлесімді температура 75-80оС. Гипс
кристалдарының формасы мен пішіні ерітіндідегі кальций иондары мен күкірт
қышқылдарының концентрациясына байланысты. Ірі кристалды біркелкі тұнба алу
үшін ерітіндідегі концентрациясы 1-2%, ал СаО концентрациясы 0,35-0,7%5
болуы керек. Гипстің кристалдануы мен шайылуының ең қарапайым қолайлы
жағдайы, сондай-ақ, күкірт қышқылын фосфор қышқылымен сұйылту қажеттігі –
75%-ті күкірт қышқылын қолдану.
Экстракция процесінің ұзақтығы мен технологиялық режимі негізінен
гипстің кристалдануы жағдайларына қарай анықталады, өткені фосфаттардың
өзінің ыдырау жылдамдығы өте жоғары болады. Қаратау фосфритін күкірт
қышқылымен ыдырату, яғни, экстракция процесі экстракторда немесе реакторда
төменгітемпературада, дигидраттық режимде жүреді. Алынған экстракциялық
фосфор қышқылының құрамында 20-25% Р2О5 болады. Оның концентрациясын
жоғарылату үшін буландырғышты пайдаланып 30-32% Р2О5-ке дейін келтіреді.

1.1.4 Экстракциялық фосфор қышқылын тазалау

Ауылшаруашылығының көптеген салаларында фосфор қышқылынан алынған
тыңайтқыштар, мысалы, экстракциялық фосфор қышқылы жиі қолданылады.
Апатиттен алынған фосфор қышқылы таза, буландыру нәтижесінде оның
концентрациясын 45-50%-ке дейін көтеруге болады.
Ал Қаратау фосфоритіне тоқталатын болсақ, оның құрамында қоспалар көп.
Осы қоспалардың әсерінен алынған фосфор қышқылының концентрациясы булану
кезінде 28-32%-тен аспайды. қатты затттар булануға кедергі келтіреді. Бұл
кезде алынған өнімнің сапасында айтарлықтай айырмашылық болады.
Сондықтан экстракциялық фосфор қышқылын алдын-ала құрамындағы
қоспалардан (алюминий, темір, магний т.б. фосфаттардан) тазалайды.
Фтор және кремний экстракциялық фосфор құрамында K2SіF6 түрінде болады.
Мысалы, экстракциялық фосфор қышқылынан натрий пирофосфатын олардағы
қоспаларды айналым ерітінділермен тазалайды.
Кейбір зауыттарда K2SіF6-ны тазалау үшін натрий сульфаты қолданылады:
K2SіF6 + Na2SO4 ( Na2 SіF6 + K2 SO4
Процестің екінші сатысында фосфор қышқылы ерітіндісін сульфаттардан
тазалау үшін барий карбонатын қосады:
CaSO4 + BaCO3 + 2H3PO4 ( BaSO4( + Ca(H2(PO4)2(2 + CO2 + H2O
Реакцияны аяғына дейін жеткізу үшін реакциялық массаны қыздыру арқылы
бейтараптау процесін жүргізеді. Осы кезде темір, алюминий, кальций
фосфориттері ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.