Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Недостатком простого суперфосфата является сравнительно небольшое содержание питательного элемента —не более 20% P2O6 из апатитового концентрата и не более 15% P2O6 из фосфоритов Кара-Тау. Более концентрированные фосфорные удобрения можно получить при разложении фосфатной породы фосфорной кислотой.
Производство экстракционной фосфорной кислоты и двойного суперфосфата. Фосфорная кислота является полупродуктом в производстве двойного суперфосфата, сложных концентрированных Удобрений и других соединений фосфора. Фосфорную кислоту получают электротермическим и экстракционным методами, т. е. извлечением H3PO4 из природных фосфатов при помощи кислот.
Рис. 31. Схема суперфосфатной камеры непрерывного действия (план):
/ — вращающийся корпус; 2 — фрезер (карусель), J — перегородка; 4 — неподвижная выгрузная труба
Основной метод получения технической экстракционной фосфорной кислоты — сернокислотный метод. Этот метод заключается в обработке природного измельченного фосфата избытком серной кислоты с получением фосфорной кислоты и твердой фазы—сульфата кальция, содержащего неразложившиеся фосфаты (фосфогипс). При смешении серной кислоты и фосфата образуется пульпа, в которой соотношение Ж : T поддерживается в пределах от 2,5 : 1 до 3,5 : 1. Для этого серную кислоту разбавляют раствором, полученным смешением части продукционной фосфорной кислоты с промывной водой, которую получают от промывки фосфогипса. Таким образом, экстракция ведется смесью фосфорной и серной кислот и может быть выражена суммарной реакцией
Ca5F(POj)3 + 5H2SO4 + «H3PO4 + mH20 = (п + 3)Н3Р04 + 5CaSO4 • mH,0 + HF
Раствор фосфорной кислоты, полученный после отделения фосфогипса фильтрацией, загрязнен перешедшими в раствор примесями фосфата: кремнеземом, сульфатами и фосфатами железа H алюминия и т. п. Оптимальные условия экстракции определяются стремлением получить возможно более высокую концентрацию кислоты, крупные, хорошо фильтрующиеся кристаллы фосфогипса и ускорить процесс экстракции. Скорость растворения фосфата лимитируется скоростью диффузии ионов водорода к поверхности частиц фосфата или ионов кальция из пограничного слоя в объем раствора. При высоких концентрациях возрастает вязкость растворов фосфорной кислоты, что замедляет скорость диффузии и снижает скорость растворения. Крупные кристаллы гипса получаются при 70—80 °С и невысокой концентрации серной кислоты. Для получения более концентрированной фосфорной кислоты и ускорения процесса применяют 75%-ную башенную серную кислоту (а иногда и купоросное масло) и более высокую температуру в начале экстракция. Скорость экстракции увеличивают также интенсивным перемешиванием. Процесс ведут непрерывно в батарее реакторов с мешалками —в экстракторах, расположенных каскадно и соединенных между собой перетоками. Фосфогипс отделяют на непрерывно-действующих барабанных вакуум-фильтрах и многократно промывают водой и разбавленными оборотными растворами. Фосфогипс содержит некоторое количество фосфора її может быть использован как косвенное удобрение для улучшения структуры почвы, как прямое удобрение для некоторых культур и для строительных целей.
Экстракционная фосфорная кислота содержит не более 36% H3PO4. Для производства двойного суперфосфата и других удобрений необходимо упаривать кислоту до более высокой концентрации (50—80% H3PO4). Концентрирование фосфорной кислоты осложнено коррозией аппаратуры и выпадением осадков сульфата кальция и других примесей на греющих поверхностях. Поэтому чаще всего для концентрирования фосфорной кислоты применяют барабанные барботажные концентраторы, в которых нагрев производится непосредственным соприкосновением упариваемой кислоты с топочными газами так же, как при концентрировании серной кислоты.
Электротермический метод получения фосфорной кислоты основан на восстановлении фосфора из фосфата кальция при высоких температурах (1400—1600 °С) в электрических печах. Пары фосфора, выходящие из печи, окисляют (сжигают) с образованием пятиокисн фосфора, гидратацией которого получают фосфорную кислоту (так называемую термическую фосфорную кислоту). Основное преимущество электротермического способа перед экстракционным заключается в возможности получения фосфорной кислоты любой концентрации (вплоть до 100%-ной H3PO4) и высокой степени чистоты; сырьем для электротермической возгонки фосфора могут служить любые фосфаты, в том числе низкокачественные, без необходимости их обогащения. Однако велики расходные коэффициенты по электроэнергии: они значительно превышают расход электроэнергии при экстракционном способе производства фосфорной кислоты.
Двойной (тройной) суперфосфат получают разложением природных фосфатов 70—80%-ной фосфорной кислотой:
Ca^r(POj)3 + 7H3PO4 + 5H3O = 5[Ca(H2POi)2 • H2O] f HF + Q
Двойной суперфосфат в отличие от простого состоит в основном из монокальцийфосфата и является концентрированным удобрением, содержащим 40—50% P2O5, т. е. в 2—3 раза больше, чем простой. Аппаратурное оформление производства двойного суперфосфата примерно то же, что и при получении простого суперфосфата, т. е. различные типы смесителей фосфорной кислоты с фосфатным сырьем и камеры непрерывного действия. В некоторых схемах производства двойного суперфосфата затвердевание пульпы после смесителя происходит на ленточном транспортере, передающем продукт на склад. В так называемых бескамерных способах пульпа непосредственно из смесителей поступает в гранулятор и сушилку и полученный гранулированный продукт не требует дозревания.
