CC BY
34
№ 3 (60)
7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
март, 2019
ЭКСТРАКЦИОННАЯ ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА ИЗ МЫТОГО, ОБОЖЖЕННОГО ФОСКОНЦЕНТРАТА ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ
Волынскова Надежда Владимировна
начальник технического отдела АО "Ammofos-Maxam" Республика Узбекистан, г. Алмалык
Меликулова Гавхар Эшбоевна
старший преподаватель Ташкентского химико-технологического института
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Буриева Сарвиноз Алламуродовна
мл. науч. сотр., НПП "Ilm-fan texnologiyalar" Республика Узбекистан, г. Ташкент
Усманов Илхам Икрамович
ведущий научный сотрудник Ташкентского химико-технологического института
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Мирзакулов Холтура Чориевич
профессор Ташкентского химико-технологического института
Республика 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" Republic of Uzbekistan, Almalik
Gavkhar Melikulova
senior teacher of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent
Sarvinoz Burieva
junior scientific researcher, LLC "Ilm-fan texnologiyalar" Republic of Uzbekistan, Tashkent
Ilkham Usmanov
leading researcher of Tashkent institute of chemical technology,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Kholtura Mirzakulov
professor of Tashkent institute of chemical technology, Republic of 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 21,5-23% Р2О5 являются температура 85-90оС, соотношение Ж:Т = 2,53,5 и содержание свободной 8Оз 1,5-2,5%.
Библиографическое описание: Экстракционная фосфорная кислота из мытого, обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Волынскова Н.В. [и др.]. 2019. № 3(60). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7078
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 21,5-23% Р2О5 are temperature 85-90оС, ratio L:H = 2,5-3,5 and the content free SO3 1,5-2,5%.
Ключевые слова: мытый обожженный фосконцентрат, технологические параметры, серная кислота, экстракционная фосфорная кислота, концентрация, температура, фильтрация.
Keywords: washed burnt phosconcentrate, technological parameters, sulfuric acid, extraction phosphoric acid, concentration, temperature, filtration.
Для обеспечения всевозрастающего населения планеты продуктами питания необходима интенсификация сельскохозяйственного произведения, в частности, за счет химизации, агротехнических новшеств, применения капельного орошения и других приемов [3].
В республике в результате модернизации, диверсификации и строительства новых производств агропромышленный комплекс полностью обеспечен азотными и калийными удобрениями, тогда как фосфорными только на 30-35%. Это связано с недостаточной мощностью Кызылкумского фосфоритного комбината, поставляющего 716 тыс. тонн мытого обожженного фосконцентрата (МОФК) Центральных Кызылкумов. Фосфатное сырье не только очень дорогое, но и по качественным и технологическим показателям уступает не только апатитам, но и фосфоритам Каратау. Ввиду отсутствия в республике другого фоссырья предприятия вынуждены перерабатывать данное сырье. МОФК содержит не менее 26,0% P2O5, 15-17% свободного оксида кальция и имеет кальциевый модуль 1,9-2,1 [2]. При переработке такого сырья на экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК) наблюдается повышенный расход серной кислоты, увеличение температуры в экстракторе до 95-100°С, что приводит к забивке экстрактора и повышению коррозионной активности фосфорной кислоты [4-6, 9].
Для освоения производства ЭФК из МОФК проведены промышленные испытания технологии на имеющемся оборудовании АО "Аммофос-Максам".
Одним 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 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 Центральных Кызылкумов [1].
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 21,5% и 23% Р2О5. Химические анализы проводили известными методами [7, 8, 10].
Обработка полученных экспериментальных данных показала, что в случае постоянства двух параметров из трех при получении ЭФК из МОФК с концентрациями 21,5-23% 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 21,5% Р2О5 из МОФК наибольшее количество Р2О5 при Ж:Т=3,0 и температуре 90оС содержится при свободном SOз равном 1,5 (табл. 1). При Т:Ж=3,5, температуре 95оС и содержании SOз от 1,5 до 3,5 содержание Р2О5 практически одинаково 21,79-21,99%.
Таблица 1.
Влияние технологических параметров на состав экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией
21,5 % Р2О5
Ж:Т Т, °С SOзсвоб., % Химический состав ЭФК, масс. %
Р2О5 SO3 CaO MgO AhO3 Fe2O3 F
2,5 85 1,5 21,33 4,51 0,26 0,92 1,39 0,67 1,71
2,5 85 2,5 20,66 2,63 0,39 0,94 1,37 0,65 1,67
2,5 85 3,5 22,06 3,59 0,36 0,98 1,39 0,68 2,26
2,5 90 1,5 21,27 4,44 0,26 0,90 1,37 0,62 2,07
2,5 90 2,5 20,99 2,59 0,28 0,83 1,32 0,73 2,42
2,5 90 3,5 21,26 3,47 0,36 0,89 1,33 0,59 1,81
2,5 95 1,5 21,52 4,37 0,26 0,87 1,36 0,72 2,01
2,5 95 2,5 21,65 2,47 0,44 0,96 1,46 0,59 1,98
2,5 95 3,5 21,48 3,59 0,35 0,83 1,39 0,68 1,91
3,0 85 1,5 21,35 4,73 0,26 0,89 1,44 0,66 2,06
3,0 85 2,5 21,56 2,49 0,26 0,85 1,40 0,65 2,34
3,0 85 3,5 21,23 3,46 0,35 0,85 1,43 0,71 2,41
3,0 90 1,5 21,58 4,47 0,26 0,97 1,39 0,71 2,23
3,0 90 2,5 21,40 2,49 0,37 0,97 1,44 0,73 2,47
3,0 90 3,5 21,07 3,45 0,34 0,85 1,34 0,61 2,10
3,0 95 1,5 21,90 4,47 0,27 0,90 1,45 0,68 2,29
3,0 95 2,5 21,69 2,53 0,52 0,90 1,44 0,61 1,79
3,0 95 3,5 20,98 3,63 0,34 0,86 1,30 0,67 2,20
3,5 85 1,5 21,66 4,70 0,26 0,92 1,47 0,68 2,03
3,5 85 2,5 21,37 2,67 0,49 0,89 1,32 0,67 1,74
3,5 85 3,5 21,58 3,46 0,29 0,89 1,37 0,64 1,81
3,5 90 1,5 21,59 4,75 0,26 0,84 1,45 0,75 2,21
3,5 90 2,5 22,09 2,47 0,28 0,88 1,43 0,71 1,79
3,5 90 3,5 20,92 3,65 0,27 0,90 1,29 0,58 2,25
3,5 95 1,5 21,85 4,83 0,26 0,85 1,44 0,73 1,80
3,5 95 2,5 21,79 2,56 0,28 0,86 1,38 0,75 2,35
3,5 95 3,5 21,85 3,41 0,38 0,86 1,40 0,73 2,04
При Ж:Т 3,0 и температуре 85-90°С оптимальным является содержание 3,5% свободного 80э, а при Ж:Т=3,5 и температуре 95°С содержание Р2О5 в пульпе практически одинаково.
В ЭФК из МОФК с расчетной концентрацией 23,0% 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 % свободной серной кислоты в пересчете на SO3 (табл. 2).
Таблица 2.
Влияние технологических параметров на состав экстракционной фосфорной кислоты с концентрацией
23,0% Р2О5
Ж:Т Т, °С SOзсвоб., % Химический состав ЭФК, масс. %
Р2О5 SOз CaO MgO AЬOз Fe2Oз F
2,5 85 1,5 21,75 3,98 0,26 0,97 1,36 0,72 2,47
2,5 85 2,5 21,30 2,23 0,51 0,84 1,44 0,61 1,77
2,5 85 3,5 21,86 3,38 0,36 0,88 1,38 0,67 2,13
2,5 90 1,5 21,31 3,99 0,26 0,95 1,38 0,63 1,87
2,5 90 2,5 21,10 2,32 0,47 0,85 1,33 0,71 2,37
2,5 90 3,5 21,88 3,42 0,31 0,85 1,48 0,66 1,99
2,5 95 1,5 21,86 4,29 0,27 0,91 1,41 0,64 2,36
2,5 95 2,5 21,10 2,26 0,37 0,87 1,32 0,61 1,89
2,5 95 3,5 21,25 3,05 0,37 0,85 1,38 0,69 1,74
3,0 85 1,5 21,42 4,19 0,26 0,90 1,35 0,67 2,43
3,0 85 2,5 21,97 2,42 0,40 0,88 1,46 0,70 2,34
3,0 85 3,5 22,07 3,10 0,33 0,94 1,38 0,69 2,40
3,0 90 1,5 21,29 3,94 0,26 0,87 1,32 0,67 2,17
3,0 90 2,5 21,61 2,42 0,29 0,96 1,37 0,63 1,80
3,0 90 3,5 21,99 3,35 0,34 1,00 1,45 0,76 2,01
3,0 95 1,5 21,53 4,16 0,26 0,93 1,34 0,66 1,86
3,0 95 2,5 22,18 2,30 0,40 0,95 1,46 0,63 2,07
3,0 95 3,5 22,11 3,32 0,35 0,98 1,37 0,59 2,09
3,5 85 1,5 21,43 4,02 0,26 0,85 1,43 0,59 2,10
3,5 85 2,5 21,16 2,42 0,41 0,88 1,31 0,72 1,84
3,5 85 3,5 21,78 3,09 0,27 0,90 1,44 0,74 1,76
3,5 90 1,5 21,53 4,05 0,26 0,99 1,43 0,58 2,04
3,5 90 2,5 21,69 2,35 0,31 0,88 1,44 0,63 2,36
3,5 90 3,5 21,90 3,32 0,30 0,86 1,46 0,75 2,05
3,5 95 1,5 22,01 4,15 0,27 0,88 1,39 0,66 1,76
3,5 95 2,5 21,69 2,29 0,49 0,94 1,37 0,60 1,99
3,5 95 3,5 21,06 3,23 0,36 0,95 1,32 0,68 1,73
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 3,5% 22,06% Р2О5. Для температуры 95°С и Ж:Т=3,0 максимальная концентрация кислоты достигается при содержании 1,5 % свободного SOз. При Ж:Т=3,5 и температуре 90оС для получения кислоты максимальной концентрации количество свободного SOз должно быть 2,5%.
При получении ЭФК с расчетной концентрацией 23% Р2О5 при Ж:Т=3,0 и температурах 85-90°С с повышением содержания свободного SO3 с 1,5 до 3,5 содержание Р2О5 также увеличивается с 21,42 до 22,07% и с 21,29 до 21,99%. При Ж:Т 3,0 и 3,5 при температурах 85-90оС при всех значениях свободного SO3 получаются практически равные концентрации кислоты с содержанием 21,29-22,07% и 21,16-21,90%, 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 21,5% и 23,0% Р2О5 (масс. %): СаО
- 0,26-0,51; MgO - 0,83-1,00; Al2Oз - 1,29-1,48; Fe2Oз
- 0,58-0,75; F - 1,67-2,40.
Были также проведены исследования по изучению технологических параметров процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 21,5% и 23,0% 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.
Таблица 3.
Влияние технологических параметров на процесс получения экстракционной фосфорной кислоты с
концентрацией 21,5% Р2О5
Ж:Т Температура, °С Свободные SOз, % Кразл. Котм. Квых. Скорость фильтр. (р-р) Скорость фильтр. (с.о.)
2,5 85 1,5 95,90 96,11 92,18 2083 955
2,5 85 2,5 94,08 97,06 91,31 1035 474
2,5 85 3,5 98,26 98,19 96,48 1769 645
2,5 90 1,5 96,87 96,40 93,38 1776 1086
2,5 90 2,5 96,19 98,20 94,46 878 472
2,5 90 3,5 96,24 98,23 94,54 1484 575
2,5 95 1,5 98,14 96,90 95,10 1303 698
2,5 95 2,5 95,16 97,92 93,18 566 289
2,5 95 3,5 97,65 96,71 94,44 1090 473
3,0 85 1,5 96,22 96,90 93,24 2257 1058
3,0 85 2,5 96,11 97,52 93,73 2343 706
3,0 85 3,5 97,72 96,64 94,44 2351 896
3,0 90 1,5 97,72 95,99 93,80 1862 1130
3,0 90 2,5 97,41 98,44 95,88 1729 752
3,0 90 3,5 96,69 97,35 94,12 1669 938
3,0 95 1,5 98,73 97,17 95,94 1217 1034
3,0 95 2,5 97,21 98,51 95,77 1065 514
3,0 95 3,5 96,55 98,22 94,84 1284 760
3,5 85 1,5 96,54 96,36 93,03 2116 1392
3,5 85 2,5 95,59 98,23 93,90 3048 1048
3,5 85 3,5 98,04 96,26 94,38 2461 1036
3,5 90 1,5 97,44 96,54 94,07 1778 882
3,5 90 2,5 98,86 98,28 97,16 2463 1107
3,5 90 3,5 96,42 98,02 94,51 1888 1327
3,5 95 1,5 98,68 98,35 97,05 1579 825
3,5 95 2,5 97,78 99,82 97,61 1517 746
3,5 95 3,5 97,71 97,00 94,77 1587 766
Таблица 4.
Влияние технологических параметров на процесс получения экстракционной фосфорной кислоты с
концентрацией 23,0 % Р2О5
Ж:Т Т, °С SOзсвоб., % Кразл. Котм. Квых. Скорость фильтр. (р-р) Скорость фильтр. (с.о.)
2,5 85 1,5 95,04 87,81 83,46 1795 818
2,5 85 2,5 93,02 87,56 81,45 955 411
2,5 85 3,5 98,75 89,79 88,67 1471 547
2,5 90 1,5 96,09 87,15 83,74 1493 852
2,5 90 2,5 94,22 88,91 83,77 808 391
2,5 90 3,5 94,96 89,66 85,14 1337 489
2,5 95 1,5 97,20 86,95 84,52 1229 614
2,5 95 2,5 91,88 88,42 81,24 512 251
2,5 95 3,5 96,28 86,41 83,19 983 418
3,0 85 1,5 95,08 88,54 84,18 1932 983
3,0 85 2,5 94,61 88,44 83,67 2021 643
3,0 85 3,5 97,01 86,64 84,05 2058 779
3,0 90 1,5 97,29 84,89 82,59 1500 875
3,0 90 2,5 96,06 88,25 84,78 1439 610
3,0 90 3,5 95,11 87,80 83,51 1498 801
3,0 95 1,5 98,49 88,20 86,87 1215 757
3,0 95 2,5 95,82 88,57 84,87 920 425
3,0 95 3,5 94,61 88,81 84,02 1156 653
3,5 85 1,5 95,75 86,73 83,04 1881 1168
3,5 85 2,5 93,54 89,12 83,36 2474 867
3,5 85 3,5 98,68 85,65 84,52 2208 914
3,5 90 1,5 96,51 86,99 83,95 1661 826
3,5 90 2,5 98,49 88,38 87,04 2066 915
3,5 90 3,5 94,49 87,33 82,52 1629 1089
3,5 95 1,5 98,44 89,03 87,64 1244 715
3,5 95 2,5 95,92 90,94 87,23 1288 652
3,5 95 3,5 96,10 85,50 82,16 1406 717
Для процесса получения ЭФК из МОФК с концентрацией 21,5% и 23,0% Р2О5 получены следующие технологические показатели: Кразл.-94,08-98,86 %, Котм -86,41-98,23 %, Квых. -81,2496,48 %, скорость фильтрации по раствору -512-3048 кг/м2ч, скорость фильтрации по сухому осадку - 3911392 кг/м2ч.
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 Центральных Кызылкумов 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. К81 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. Беглов Б.М., Намазов Ш.Р. Фосфориты Центральных Кызылкумом и их переработка. - Ташкент, 2013, 460 с.
4. Волынскова Н.В. Разработка и внедрение технологии производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов. Дисс. ... канд. техн. наук. Ташкент. 2010. 172 с.
№ 3 (60)
UNIVERSUM:
, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
• 7universum.com
март, 2019 г.
5. 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. Ташкент, 2006. - Т.2. -С. 318-320.
6. 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. Труды Респ. науч. -техн. конф. 23-24 октября 2007. - Ташкент, 2007. - С. 183-184.
7. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. - М.: Госхимиздат, 1982. 352 с.
8. Методы анализа фосфатного сырья, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов // М.М. Вин-ник, Л.Н. Урбанов и др. - М.: Химия. 1975. 218 с.
9. Мирзакулов Х.Ч. Физико-химические основы и технология переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов. Ташкент, 2019, 412 с.
10. Шварценбах Х.Г., Флашка Г. Комплексометрическое титрование. М.: Химия. 1970. 360 с.
