CC BY
20
7universum.com
№ 1 (58)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
январь, 2019 г.
ЭКСТРАКЦИОННАЯ ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА ИЗ МЫТОГО, ОБОЖЖЕННОГО ФОСКОНЦЕНТРАТА ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ
Волынскова Надежда Владимировна
начальник технического отдела АО "Ammofos-Maxam"
Узбекистан, г. Алмалык
Меликулова Гавхар Эшбоевна
старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института
Узбекистан, г. Ташкент
Усманов Илхам Икрамович
ведущий научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института
Узбекистан, г. Ташкент
Мирзакулов Холтура Чориевич
профессор Ташкентского химико-технологического института
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: khchmirzakulov@mail.ru
EXTRACTION PHOSPHORIC ACID FROM WASHED, BURNED PHOSCONCENTRATE
OF CENTRAL KYZYLKUMOV
Nadejda Volinskova
head of technical department JC "Ammofos-Maxam"
Uzbekistan, Almalik
Gavkhar Melikulova
senior teacher of Tashkent institute of chemical technology
Uzbekistan, Tashkent
Ilkham Usmanov
leading researcher of Tashkent institute of chemical technology,
Uzbekistan, Tashkent
Kholtura Mirzakulov
professor of Tashkent institute of chemical technology,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Приведены результаты сравнительных анализов химического состава и технологических показателей производства экстракционной фосфорной кислоты. Показано, что оптимальными условиями получения экстракционной фосфорной кислоты с содержанием 18,5-20% Р2О5 являются температура 85-90оС, соотношение Ж:Т = 2,53,5 и содержание свободной SОз 1,5-2,5%.
ABSTRACT
Results of comparative analyses of a chemical compound and technological exponents of manufacture extraction phosphoric acid are resulted. It is shown, that optimum conditions of reception extraction phosphoric acid with the content of 18,5-20% Р2О5 are temperature 85-90оС, ratio L:H = 2,5-3,5 and the content free SОз 1,5-2,5%.
Ключевые слова: апатит, фосфориты Каратау, мытый, обожженный фосконцентрат, технологические параметры, серная кислота, концентрация, температура, фильтрация.
Keywords: apatite, Karatau phosphorites, washed, calcined phosphate concentrate, technological parameters, sulfu-ric acid, concentration, temperature, filtration.
Библиографическое описание: Экстракционная фосфорная кислота из мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Волынскова Н.В. [и др.]. 2019. № 1(58). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/6861
№ 1 (58)
Введение. Узбекистан является агропромышленной страной с развитым сельским хозяйством. Для обеспечения сельхозпроизводителей в республике действует ряд крупных предприятий, производящих азотные, калийные и фосфорные удобрения. Если азотными и калийными удобрениями потребители обеспечены полностью, то обеспеченность фосфорными удобрения не превышает 35%. Основная причина - недостаток качественного фосфатного сырья. Поставляемый на заводы мытый обожженный фос-концентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов (ЦК) отличатся высоким кальциевым модулем 2±0,1, содержит до 17% свободного оксида кальция, что требует большого расхода серной кислоты и способствует повышению на 10-20оС температуры в экстракторе и коррозионной активности фосфорной кислоты [2-4].
Для получения фосфорных и фосфорсодержащих удобрений необходима экстракционная фосфорная кислота (ЭФК) [1]. АО «Аммофос-Максам» является самым крупным потребителем МОФК ЦК. В ходе освоения производства ЭФК из МОФК выяснилось, что это сырье как и термоконцентрат является весьма проблематичным. В связи с этим были проведены промышленные испытания по переработке МОФК ЦК на ЭФК дигидратным способом.
Одними из важнейших характеристик производства ЭФК являются химический состав кислоты, Кразл., Котм., Квых., скорости фильтрации пульпы по раствору и сухому осадку, показывающие степень извлечения фосфора из фосфатного сырья и
январь, 2019 г.
распределение других элементов в различных фазах производственного процесса. В связи с этим изучено влияние основных технологических параметров на производство ЭФК, получаемой при сернокислотной переработке МОФК ЦК.
Разложение МОФК серной и оборотной ЭФК проводили при температурах 85, 90 и 95°С, соотношении жидкой и твердой фазы (Ж:Т) 2,5, 3,0 и 3,5 и содержании свободного SOз 1,5, 2,5 и 3,5%. Продолжительность контактирования компонентов реакционной массы 30 минут. Изучено влияние технологических параметров на химический состав и технологические показатели ЭФК с концентрацией 18,5; 20,0% Р2О5. Обработка полученных экспериментальных данных показала, что в случае постоянства двух параметров из трех при получении ЭФК из МОФК с концентрациями 18,5-20,0% Р2О5 с увеличением Ж:Т от 1,5 до 3,5 температуры от 85 до 95°С и количества свободного SOз от 1,5 до 3,5 % наблюдается тенденция некоторого роста содержания Р2О5 в кислоте.
В ЭФК с расчетной концентрацией 18,5% Р2О5 из МОФК наибольшее количество Р2О5 содержится, в основном при содержании в пульпе 1,5% свободного 803 при любых значениях остальных двух параметров (табл. 1).
При Ж:Т 3,0 и температуре 85-90°С оптимальным является содержание 3,5% свободного 80з, а для Ж:Т=3,5 и температуре 95°С содержание Р2О5 в пульпе практически одинаково.
Ж:Т Т, °С 803своб., % Химический состав ЭФК, масс. %
Р2О5 80э СаО МцО АЬОз Fe20з F
2,5 85 1,5 18,38 4,54 0,22 0,78 1,19 0,54 1,45
2,5 85 2,5 17,69 2,50 0,23 0,73 1,15 0,61 1,51
2,5 85 3,5 18,11 3,52 0,27 0,83 1,14 0,62 2,12
2,5 90 1,5 18,47 4,78 0,22 0,72 1,15 0,58 1,87
2,5 90 2,5 18,30 2,55 0,40 0,73 1,19 0,55 1,51
2,5 90 3,5 18,33 3,62 0,32 0,71 1,14 0,53 1,74
2,5 95 1,5 18,79 4,67 0,23 0,76 1,24 0,51 2,18
2,5 95 2,5 18,88 2,63 0,23 0,77 1,19 0,51 1,89
2,5 95 3,5 18,68 3,72 0,23 0,80 1,16 0,61 1,53
3,0 85 1,5 18,58 4,46 0,23 0,73 1,23 0,64 2,07
3,0 85 2,5 18,55 2,63 0,29 0,75 1,26 0,63 1,82
3,0 85 3,5 18,17 3,46 0,30 0,76 1,16 0,54 1,82
3,0 90 1,5 18,03 4,54 0,22 0,74 1,20 0,59 2,11
3,0 90 2,5 18,83 2,61 0,25 0,83 1,17 0,51 2,08
3,0 90 3,5 18,35 3,68 0,23 0,74 1,24 0,54 1,99
3,0 95 1,5 18,29 4,47 0,22 0,75 1,23 0,58 1,90
3,0 95 2,5 18,30 2,53 0,30 0,74 1,17 0,54 1,59
3,0 95 3,5 19,00 3,77 0,32 0,74 1,23 0,64 1,97
3,5 85 1,5 18,36 4,59 0,22 0,79 1,15 0,61 2,05
3,5 85 2,5 18,70 2,63 0,36 0,82 1,21 0,65 1,91
3,5 85 3,5 18,07 3,79 0,31 0,80 1,13 0,54 2,09
3,5 90 1,5 18,32 4,60 0,22 0,77 1,17 0,58 1,53
Таблица 1.
Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с концентрацией 18,5% Р2О5
3,5 90 2,5 19,06 2,72 0,30 0,79 1,18 0,64 2,12
3,5 90 3,5 18,49 3,74 0,29 0,77 1,19 0,53 2,07
3,5 95 1,5 18,80 4,86 0,23 0,82 1,16 0,53 2,00
3,5 95 2,5 19,20 2,71 0,32 0,85 1,26 0,64 1,75
3,5 95 3,5 18,60 3,80 0,30 0,75 1,15 0,64 1,63
В ЭФК из МОФК с расчетной концентрацией 20,0% Р2О5 отличие в том, что при 90°С и Ж:Т=3,0 при всех значениях свободного SO3 количество Р2О5
практически одинаково, а при Ж:Т=3,5 и температуре 95°С оптимальным является наличие 1,5 и 3,5% свободного SOз (табл. 2).
Таблица 2.
Влияние технологических параметров на химический состав ЭФК с концентрацией 20,0% Р2О5
Ж:Т Т, °С SOз своб. , % Химический состав ЭФК, масс. %
Р2О5 SOз CaO MgO AЬOз Fe2Oз F
2,5 85 1,5 19,28 4,52 0,24 0,75 1,19 0,57 2,00
2,5 85 2,5 20,37 2,54 0,45 0,84 1,28 0,55 1,76
2,5 85 3,5 20,05 3,46 0,35 0,83 1,26 0,57 1,77
2,5 90 1,5 20,25 4,67 0,25 0,82 1,33 0,66 1,67
2,5 90 2,5 19,99 2,50 0,39 0,84 1,31 0,54 2,03
2,5 90 3,5 19,80 3,72 0,34 0,90 1,34 0,61 1,59
2,5 95 1,5 20,36 4,55 0,25 0,84 1,36 0,70 1,72
2,5 95 2,5 19,99 2,69 0,28 0,80 1,31 0,65 2,26
2,5 95 3,5 19,71 3,47 0,34 0,77 1,23 0,55 1,83
3,0 85 1,5 19,42 4,46 0,24 0,89 1,24 0,53 2,24
3,0 85 2,5 20,05 2,52 0,46 0,85 1,29 0,59 2,14
3,0 85 3,5 20,24 3,59 0,36 0,90 1,26 0,68 2,27
3,0 90 1,5 19,76 4,85 0,24 0,81 1,24 0,57 1,75
3,0 90 2,5 20,31 2,66 0,29 0,84 1,27 0,64 1,79
3,0 90 3,5 20,59 3,46 0,26 0,87 1,37 0,65 2,38
3,0 95 1,5 19,71 4,38 0,24 0,82 1,29 0,53 2,17
3,0 95 2,5 20,69 2,68 0,39 0,87 1,39 0,58 2,13
3,0 95 3,5 20,31 3,55 0,33 0,90 1,29 0,66 2,18
3,5 85 1,5 20,02 4,51 0,24 0,81 1,32 0,56 2,21
3,5 85 2,5 19,82 2,50 0,46 0,77 1,28 0,66 1,64
3,5 85 3,5 20,54 3,70 0,35 0,91 1,36 0,71 2,11
3,5 90 1,5 19,64 4,53 0,24 0,83 1,26 0,61 2,18
3,5 90 2,5 20,69 2,61 0,48 0,82 1,40 0,70 1,65
3,5 90 3,5 20,79 3,68 0,35 0,80 1,40 0,56 1,93
3,5 95 1,5 20,36 4,64 0,25 0,83 1,32 0,71 1,67
3,5 95 2,5 19,71 2,51 0,26 0,77 1,32 0,60 1,72
3,5 95 3,5 20,27 3,55 0,28 0,79 1,27 0,62 1,99
Для каждого из значений Ж:Т=2,5; 3,0 и 3,5 и температурах, соответственно, 90 и 95°С, 85 и 90°С и 85°С концентрации Р2О5 в получаемой ЭФК практически не отличаются между собой. При Ж:Т=2,5, температуре 85°С максимальные концентрации кислоты достигаются при количествах свободного SOз 1,5 и 3,5% (18,38% и 18,11% Р2О5, соответственно). Для температуры 95°С и Ж:Т=3,0 максимальная концентрация кислоты достигается при содержании 3,5% свободного SOз. При Ж:Т=3,5 и температурах 90 и 95°С для получения кислоты максимальной концентрации количество свободного SOз должно быть 1,5%.
При получении ЭФК с расчетной концентрацией 20% Р2О5 при Ж:Т=2,5 и температурах 90-95°С, при всех значениях свободного SO3 получаются практически равные концентрации кислоты (19,9920,25 и 19,71-20,36% Р2О5, соответственно).
Полученные ЭФК из МОФК были проанализированы также на содержание оксидов кальция, магния, алюминия, железа, а также фтора.
Результаты химического анализа показали, что содержание указанных оксидов колеблется в следующих небольших пределах для ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р2О5 (масс. %): СаО
- 0,22-0,48; MgO - 0,70-1,00; AЮз - 1,11-1,47; Fe2Oз
- 0,49-0,75; F - 1,43-2,50.
Были также проведены исследования по изучению технологических параметров процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р2О5 (табл. 3 и 4). Обработка экспериментальных данных показала, что при получении ЭФК из МОФК с увеличением соотношения Ж:Т от 1,5 до 2,5 температуры от 85 до 95°С и количество свободного SO3 от 1,5 до 2,5 при постоянстве любых двух параметров происходит некоторые возрастание
Кразл., Котм^ Квых и скорости фильтрации по раствору и сухому осадку.
Для процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 18,5% и 20,0% Р2О5 получены следующие технологические показатели: Кразл.-94,18-98,94%, Котм.-87,56-99,84%, Квых. -81,4596,85%, скорость фильтрации по раствору -808-2701 кг/м2ч, скорость фильтрации по сухому осадку -4111580 кг/м2ч.
Таблица 3.
Ж:Т Т, °С 80зсвоб., % Кразл. Котм. Квых. Скорость фильтрации, кг/м2ч
(р-р) (с.о.)
2,5 85 1,5 95,79 97,63 93,51 2080 1129
2,5 85 2,5 94,18 96,78 91,15 1185 575
2,5 85 3,5 96,79 97,45 94,32 1645 749
2,5 90 1,5 96,67 97,31 94,07 1687 1078
2,5 90 2,5 97,21 98,14 95,40 1000 522
2,5 90 3,5 96,54 98,44 95,04 1620 670
2,5 95 1,5 98,07 97,53 95,65 1558 872
2,5 95 2,5 97,56 99,16 96,73 623 351
2,5 95 3,5 98,03 98,04 96,11 1191 596
3,0 85 1,5 96,38 97,34 93,82 2224 1473
3,0 85 2,5 96,64 99,01 95,68 2343 944
3,0 85 3,5 97,43 97,22 94,72 2421 1091
3,0 90 1,5 97,14 96,99 94,21 1625 1092
3,0 90 2,5 97,76 98,45 96,25 1609 797
3,0 90 3,5 97,28 99,56 96,85 1807 1104
3,0 95 1,5 97,97 97,98 96,00 1630 894
3,0 95 2,5 97,62 99,04 96,68 1068 566
3,0 95 3,5 97,53 98,84 96,39 1399 906
3,5 85 1,5 96,34 96,31 92,79 2248 1580
3,5 85 2,5 96,70 98,50 95,25 2701 1157
3,5 85 3,5 96,42 98,93 95,39 2664 1301
3,5 90 1,5 97,38 97,72 95,16 2086 1248
3,5 90 2,5 98,22 99,84 98,07 2329 1218
3,5 90 3,5 97,39 99,56 96,96 1889 1440
3,5 95 1,5 97,91 98,42 96,36 1318 999
3,5 95 2,5 98,67 99,72 98,39 1469 920
3,5 95 3,5 98,33 99,34 97,68 1676 1082
Таблица 4.
Влияние технологических параметров на процесс получения ЭФК с концентрацией 20,0% Р2О5
Ж:Т Т, °С 80з своб., % Кразл. Котм. Квых. Скорость фильтрации, кг/м2-ч
(р-р) (с.о.)
2,5 85 1,5 97,00 95,62 92,76 2315 983
2,5 85 2,5 96,37 97,78 94,23 1080 565
2,5 85 3,5 97,65 97,59 95,30 1881 792
2,5 90 1,5 97,27 96,92 94,27 1574 927
2,5 90 2,5 95,64 98,60 94,30 1063 456
2,5 90 3,5 98,42 97,82 96,28 1308 704
2,5 95 1,5 98,36 98,15 96,54 1136 893
2,5 95 2,5 96,42 98,56 95,03 659 337
Влияние технологических параметров на процесс получения ЭФК с концентрацией 18,5% Р2О5
2,5 95 3,5 98,54 98,37 96,93 1131 503
3,0 85 1,5 97,47 96,40 93,96 2506 1253
3,0 85 2,5 95,58 97,75 93,43 2237 860
3,0 85 3,5 97,20 97,96 95,22 2024 974
3,0 90 1,5 98,29 98,59 96,91 1976 1060
3,0 90 2,5 96,82 99,78 96,61 1390 724
3,0 90 3,5 98,19 98,11 96,33 1706 1045
3,0 95 1,5 98,67 97,31 96,02 1296 942
3,0 95 2,5 98,56 99,58 98,15 910 584
3,0 95 3,5 98,63 98,75 97,40 1271 753
3,5 85 1,5 97,93 97,31 95,30 2205 1297
3,5 85 2,5 97,89 98,42 96,34 3217 1236
3,5 85 3,5 97,34 98,30 95,68 2432 1215
3,5 90 1,5 98,70 97,39 96,13 1776 964
3,5 90 2,5 97,89 99,34 97,24 2371 1340
3,5 90 3,5 98,37 99,96 98,32 1677 1263
3,5 95 1,5 98,94 98,75 97,70 1621 1081
3,5 95 2,5 97,42 99,60 97,03 1242 913
3,5 95 3,5 98,39 99,94 98,34 1352 849
Необходимо отметить, что полученные технологические показатели являются адекватными результатам экспериментов по влиянию технологических параметров на химический состав получаемых ЭФК.
Таким образом, проведенные исследования показали, что оптимальными технологическими параметрами, позволяющими из фосфатного сырья ЦК получать ЭФК максимальной концентрации
являются температура 85-90°С, соотношение Ж:Т=2,5-3,5 и содержание свободного SOз 1,5-2,5%.
Дальнейшее повышение соотношения жидкой и твердой фаз и температуры свыше 90°С является нецелесообразным, т.к. это требует больших энергетических затрат для достижения высокой температуры и упаривания влаги в процессе получения удобрений на основе ЭФК.
Список литературы:
1. К^ 6.6-043:2018. Кислота ортофосфорная экстракционная. -Алмалык: АО «Аммофос-Максам», 2018. 6 с.
2. О^ DSt 2825:2014. Фосфоритная продукция Ташкура. Общие технические условия. - Ташкент, 2014. 7 с.
3. Волынскова Н.В., Мирзакулов Х.Ч. Проблемы коррозии при производстве экстракционной фосфорной кислоты из термоконцентрата Центральных Кызылкумов. // Высокие технологии и перспективы интеграции образования, науки и производства: Тр. Межд. науч.-техн. конф. Т. 2. -Ташкент, 2006. - С. 318-320.
4. Волынскова Н.В., Садыков Б.Б., Мирзакулов Х.Ч. Снижение негативного влияния свободного оксида кальция в термоконцентрате Центральных Кызылкумов при производстве экстракционной фосфорной кислоты. // Современные технологии переработки местного сырья и продуктов. Тр. Респ. науч.-техн. конф. 23-24 октября 2007. -Ташкент, 2007. - С. 183-184.
