CC BY
13
A UNiVERSUM:
№ 5 (98)_-V, r - - ._май. 2022 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ДИГИДРОФОСФАТА, ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ И ИХ СМЕСИ
Хужамбердиев Шерзод Мусурманович
докторант
Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: mailto:sherzod@mail. ru
Шакирова Хилола Абдурахимовна
магистрант
Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Ташкент
Арифджанова Камола Сайфуллаевна
доцент
Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: khchmirzakulov@mail. ru
Мирзакулов Холтура Чориевич
профессор
Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: [email protected]
RESEARCH OF THE PROCESS OF DEHYDRATION OF DIHYDROPHOSPHATE, SODIUM HYDROPHOSPHATE AND THEIR MIXTURE
Sherzod Khujamberdiev
Doctoral student of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent
Khilola Shakirova
Master student of Tashkent institute of chemical technology Republic of Uzbekistan, Tashkent
Kamola Arifjanova
Associate professor 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 исследований по получению очищенных растворов и солей фосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов. Установлены оптимальные нормы технологического режима. Исследованы процессы дегидратации дигидрофосфата, гидрофосфата натрия и их смеси в мольном отношении 1:2, полученных из экстракционной фосфорной кислоты путем обесфторива-ния, обессульфачивания, нейтрализацией карбонатом натрия, выпарки, отделения кристаллогидратов и сушки.
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕГИДРАТАЦИИ ДИГИДРОФОСФАТА, ГИДРОФОСФАТА НАТРИЯ И ИХ СМЕСИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Хужамбердиев Ш.М. [и др.]. 2022. 5(98). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/13790
A UNÎVERSUM:
№ 5 (98)_• ^ > г ■■ ■■_май. 2022 г.
ABSTRACT
The results of studies on obtaining purified solutions and salts of sodium phosphates from extraction phosphoric acid based on phosphorites of the Central Kyzylkum are presented. Optimal norms of the technological regime have been established. The processes of dehydration of dihydrogen phosphate, sodium hydrogen phosphate and their mixture in a 1:2 molar ratio obtained from extraction phosphoric acid by defluorination, desulphurization, neutralization with sodium carbonate, evaporation, separation of crystalline hydrates, and drying have been studied.
Ключевые слова: экстракционная фосфорная кислота, нейтрализация, моно-, динатрийфосфат, смесь соль, пиро- и полифосфатов натрия
Keywords: extraction phosphoric acid, neutralization, mono-, disodium phosphate, salt mixture, piro- and sodium polyphosphates
Введение
Основным фосфатным сырьем в Республике являются фосфориты Центральных Кызылкумов. Получаемая фосфорная кислота из мытого обожженного фосконцентрата используется, в основном, для получения фосфорсодержащих удобрений [8]. Несмотря не больную потребность в чистых солях фосфорной кислоты они в республике производятся в ограниченном количестве. Основная причина отсутствие технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты, от сопутствующих примесей -сульфатов, полуторных окислов, фтора. Разработаны условия очистки экстракционной фосфорной кислоты от соединений фтора и сульфатов [7]. Однако, степень очистки недостаточна для получения из нее солей кормовой чистоты. Кроме того, не изучены вопросы очистки кислоты от полуторных окислов до требуемой чистоты. В этом аспекте представляет интерес получение чистых орто- и полифосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов путем очистки кислоты осадительными методами.
Орто- и полифосфаты используется во многих отраслях промышленности и, в некоторых случаях, их просто невозможно заместить другими веществами [1-4]. Наиболее важным свойством полифосфатов натрия является способность связывать кальций и магний, умягчая тем самым воду. Другим свойством дегидратированных фосфатов аммония является способность пептизировать суспензии и снижать их вязкость, вследствие чего они используется при флотации руд. Пиро- и триполифосфаты
Состав очищенных
натрия применяются в производстве синтетических моющих средств, в пищевой, кожевенной, текстильной промышленности и других отраслях.
Полифосфаты натрия получают на основе термической фосфорной или полифосфорной кислот. Однако, эти кислоты в Республике не производятся. Поэтому представляет интерес получение полифосфатов натрия из экстракционной фосфорной кислоты, производимой в стране, путем дегидратации дигидро-, гидрофосфатов натрия и их смеси.
Исследования проводили в стекленном реакторе, снабженном механической мешалкой и помещенном в термостат. В качестве исходной ЭФК использовали кислоту производства АО «Аммофос-Максам», полученную в дигидратном режиме из мытого обожженного фосконцентрата.
Предварительную очистку от сульфатов и фтора проводили мытым обожжённым фосконцентратом (МОФК), карбонатом и метасиликатом натрия при их массовом соотношении 1,4:1 [9, 10]. Более концентрированные растворы кислоты получали упар-ной обесфторенной и обессульфаченной кислоты. Анализ кислоты, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами химического анализа [5, 6, 11].
Используемые в работе ортофосфаты получены путем кристаллизации из растворов. Получены два образца фосфатов натрия. Первые получены путем выпаривания растворов фосфатов натрия, охлаждения и фильтрации. Вторые образцы получены путем выпарки растворов фосфатов натрия до влажного состояния и сушки. Составы полученных фосфатов натрия приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1.
1 ортофосфатов натрия
№ Наименование Na2O Р2О5 Химический состав продукта, масс. %
P2O5 Na2O CaO MgO AhO3 Fe2O3 SO3 F
1 NaHPO4 0,44 18,42 8,16 0,09 0,72 0,07 0,02 0,53 0,004
2 Na2HPO4 0,87 16,39 14,26 0,07 0,59 0,03 0,01 0,40 0,002
3 NaHPO4 +2Na2HPO4 0,73 17,05 12,66 0,07 0,63 0,03 0,01 0,42 0,003
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 2.
Химический состав кристаллогидратов и безводных солей фосфатов натрия, выделенных из растворов и полученных полной упаркой и сушкой растворов
№ Фосфат натрия Химический состав, мас^ %
Na2O P2O5 SO3 CaO MgO AhO3 Fe2O3 F
1 МаИ2Р04 25,47 57,31 0,995 0,223 0,049 0,0011 0,0012 0,0006
2 №2ИР04«20 40,47 43,89 0,85 0,172 1,408 0,0596 0,0239 0,0048
3 Из раствора МаИ2Р04 24,79 55,39 1,438 0,247 1,953 0,1762 0,0434 0,0108
4 Из раствора №2ИР04 45,60 49,45 1,076 0,194 1,586 0,0672 0,0270 0,0054
Среди полифосфатов натрия наиболее широкое применение находит триполифосфат натрия, который получают из смеси дигидро- и гидрофосфатов натрия. Поэтому исследование начато с установления оптимальных технологических параметров получения полифосфатов натрия из дигидро- и гидрофосфатов
натрия и их смеси, полученных путем их кристаллизации из растворов, высушенных при 95-105оС.
Влияние температуры и продолжительности дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав продукта приведен в таблицах 3 и 4.
Таблица 3.
Влияние температуры дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав при продолжительности процесса 2 часа (Na2O/P2O5=0,44)
№ Т, оС Химический состав продукта, масс. % Степень полимер. %
Na2O P2Osобщ. P2O5водн. P2O5поли. CaO MgO AhO3 Fe2O3 SO3 F
1 200 25,75 58,12 35,27 22,85 0,284 2,28 0,22 0,06 1,68 0,003 39,32
2 250 26,57 59,98 31,81 28,17 0,293 2,35 0,228 0,06 1,73 0,003 46,96
3 300 27,28 61,54 30,58 30,96 0,300 2,41 0,235 0,06 1,77 0,002 50,31
4 350 27,40 61,85 29,70 32,15 0,302 2,42 0,238 0,07 1,78 0,001 51,98
5 400 27,52 62,15 28,91 33,24 0,303 2,43 0,241 0,07 1,79 0,001 53,48
6 450 27,69 62,42 28,82 33,60 0,304 2,45 0,241 0,07 1,80 0,001 53,83
7 500 27,85 62,87 28,95 33,92 0,307 2,46 0,242 0,07 1,81 0,001 53,95
8 550 27,89 62,95 28,97 33,98 0,308 2,47 0,242 0,07 1,81 0,001 53,98
Из табл. 3 видно, что повышение температуры от 200 до 550оС увеличивает содержание общих и полиформ фосфора. Содержание общей формы Р2О5 в продукте составляет 58,12-62,95%, полиформы Р2О5 22,85-33,98%, водной форма Р2О5 28,8235,27%. При этом степень полимеризации
составляет 39,32-53,98%. Аналогичные результаты получены и при увеличении продолжительности процесса дегидратации (табл. 4). При увеличении продолжительности процесса с 0,5 часа до 2,5 часов степень полимеризации повышается с 44,06% до 54,33%.
Таблица 4.
Влияние продолжительности процесса дегидратации дигидрофосфата натрия на химический состав при температуре 400оС (Na2O/P2O5=0,44)
№ т, час Химический состав продукта, масс. % Степ. полимер, %
Na2O P2Osобщ. P2O5водн. P2O5поли. CaO MgO AhO3 Fe2O3 SO3 F
1 0,5 25,81 58,28 32,60 25,68 0,284 2,28 0,221 0,05 1,68 0,004 44,06
2 1,0 26,41 59,65 29,39 30,26 0,291 2,33 0,227 0,06 1,72 0,002 50,73
3 1,5 27,02 61,02 28,50 32,52 0,298 2,39 0,237 0,07 1,76 0,001 53,29
4 2,0 27,52 62,15 28,91 33,24 0,303 2,43 0,241 0,07 1,79 0,001 53,48
5 2,5 27,56 62,25 28,43 33,82 0,304 2,43 0,243 0,08 1,79 0,001 54,33
А иМХ/ЕРБиМ:
№ 5 (98)_- * ♦ > г ■■■ - ._май. 2022 г.
В таблице 5 приведены результаты дегидратации влияние продолжительности дегидратации при тем-
гидрофосфата натрия в зависимости от температуры пературе 400°С.
при продолжительности процесса 2 часа, а в таблице 6
Таблица 5.
Влияние температуры дегидратации гидрофосфата натрия на химический состав при продолжительности процесса 2 часа
№ Т, оС Химический состав продукта, масс. % Степень полимер, %
Na2O P2Osобщ. Р205водн. Р205поли. CaO MgO AЬOз Fe2Oз SOз F
1 200 41,31 47,54 47,35 0,19 0,203 1,711 0,087 0,03 1,19 0,004 0,4
2 250 42,75 49,19 18,83 30,36 0,211 1,776 0,090 0,03 1,24 0,003 61,73
3 300 43,92 50,54 3,49 47,05 0,216 1,819 0,092 0,031 1,26 0,002 93,10
4 350 44,20 50,86 2,84 48,02 0,217 1,832 0,091 0,031 1,27 0,002 94,40
5 400 44,47 51,17 2,34 48,83 0,218 1,842 0,094 0,032 1,28 0,001 95,42
6 450 44,54 51,22 2,07 49,15 0,218 1,844 0,094 0,032 1,28 0,001 95,96
7 500 44,59 51,26 1,80 49,46 0,219 1,845 0,094 0,032 1,28 0,001 96,48
8 550 44,61 51,28 1,78 49,50 0,219 1,846 0,095 0,033 1,28 сл 96,52
Повышение температуры дегидратации с 200°С до 550°С способствует повышению в продукте содержания общей формы Р2О5 с 47,54% до 51,28% (табл. 3.3). При этом содержание полиформы Р2О5 составляет 30,36-49,50%, а водорастворимая форма Р2О5 изменяется с 1,78% до 47,35%. Степень полимеризации достигает 96,5%.
При дегидратации гидрофосфата натрия при температуре 400°С и продолжительности процесса от 0,5 до 2,5 часов общая форма Р2О5 составляет 49,00-51,32%, а степень полимеризации - 91,6795,53% (табл. 6).
Таблица 6.
Влияние продолжительности процесса дегидратации гидрофосфата натрия на химический состав при температуре 400оС
№ т, час Химический состав продукта, масс. % Степень полимер, %
^20 Р205общ. Р205водн. Р205поли. СаО Mg0 АЬОз Fe20з S0з F
1 0,5 42,59 49,00 4,08 44,92 0,208 1,764 0,09 0,029 1,25 0,005 91,67
2 1,0 44,05 50,68 3,17 47,51 0,216 1,824 0,093 0,031 1,26 0,003 93,75
3 1,5 44,39 51,07 3,07 48,00 0,217 1,838 0,094 0,032 1,27 0,002 93,99
4 2,0 44,47 51,17 2,34 48,83 0,218 1,842 0,094 0,032 1,28 0,001 95,42
5 2,5 44,61 51,32 22,29 49,03 0,219 1,847 0,094 0,032 1,28 0,001 95,53
В таблицах 7 и 8 приведены данные влияния натрия, полученного из смеси 1 моли дигидрофос-
температуры и продолжительности процесса дегидра- фата натрия и 2 молей гидрофосфата натрия с соот-
тации на химический состав триполифосфата ношением №^^^5=0,73.
Таблица 7.
Влияние продолжительности процесса дегидратации на изменение содержания различных форм Р2О5 при соотношении Na2O/P2O5 = 0,73 и температуре 400оС
№ Т, оС Химический состав продукта, масс. % Степень полимер, %
^20 Р205общ. Р205водн. Р205поли. СаО Mg0 АЬОз Fe20з S0з F
1 0,5 39,45 53,12 3,51 49,61 0,218 1,95 0,123 0,030 1,369 0,002 93,39
2 1,0 39,79 53,58 2,64 50,94 0,220 1,97 0,125 0,031 1,381 0,002 95,07
3 1,5 40,03 53,90 1,61 52,29 0,221 1,98 0,125 0,031 1,389 0,001 97,01
4 2,0 40,18 54,11 1,42 52,69 0,222 1,99 0,126 0,031 1,395 0,001 97,38
5 2,5 40,19 54,13 1,40 52,73 0,222 1,99 0,126 0,031 1,396 0,001 97,41
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 8.
Влияние температуры процесса дегидратации на изменение содержания различных форм P2O5 при мольном соотношении Na20/P205=0,73 и продолжительности процесса 2 часа
№ Т, оС Химический состав продукта, масс. % Степень полимер. %
Na2O P2Osобщ. P2O5водн. P2O5поли. CaO MgO AhO3 Fe2O3 SO3 F
1 300 39,54 53,25 3,39 49,86 0,218 1,97 0,125 0,030 1,373 0,003 93,63
2 350 39,91 53,78 2,47 51,31 0,221 1,98 0,125 0,030 1,386 0,002 95,41
3 400 40,18 54,11 1,42 52,69 0,222 1,99 0,126 0,031 1,395 0,001 97,38
4 450 40,20 54,14 1,24 52,90 0,222 1,99 0,126 0,031 1,396 0,001 97,71
5 500 40,22 54,16 1,11 53,05 0,222 2,0 0,127 0,031 1,397 0,001 97,95
6 550 40,23 54,17 1,09 53,08 0,222 2,0 0,127 0,031 1,397 0,001 97,99
7 600 40,24 54,18 1,09 53,09 0,223 2,01 0,128 0,031 1,398 сл. 98,00
В процессе дегидратации смеси солей при 400оС с увеличением продолжительности процесса от 0,5 часа до 2,5 часов содержание общей формы Р2О5 повышается с 53,12% до 54,13%. Степень полимеризации составляет 93,39-97,71%. Содержание №20 повышается с 39,45% до 40,19%. Оптимальной является продолжительность процесса прокалки 2 часа при температуре 400°С.
Исследования по влиянию температуры дегидратации на изменение содержания различных форм Р2О5 триполифосфата натрия проводили при продолжительности процесса - 2 часа. Полученные результаты приведены в таблице 3.6.
Из неё видно, что для получения максимального содержания полиформы Р2О5 необходима температура 400°С и более. Повышение температуры до 500 и
600°С не оказывает существенного влияния на изменение форм Р2О5 продуктов дегидратации.
Полученные результаты указывают на то, что для получения полифосфатов натрия и их смеси с приемлемой степень полимеризации необходимо процесс дегидратации приводить при температуре не менее 400оС и продолжительности прокалки 2 часа.
Таким образом, исследованы процессы дегидратации дигидрофосфата, гидрофосфата натрия и их смеси в мольном отношении 1:2, полученных из ЭФК путем обесфторивания, обессульфачивания, нейтрализацией карбонатом натрия, выпарки, отделения кристаллогидратов и сушки. Оптимальной температурой процесса дегидратации является 400оС и продолжительность процесса 2 часа.
Список литературы:
1. Barth A.P., Tormena C.F., Viotto W.H. pH influences hydrolysis of sodium polyphosphate in dairy matrices and the structure of processed cheese. // Journal of Dairy Science. 2017. DOI: 10.3168/jds.2017-12764. pp. 8735-8743.
2. Cheremysinova А., Sknar I., Kozlov Y., Sverdlikovska O., Sigunov O. Study of thermal dehydration of sodium orthophosphate monosubstituted // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. - 3/6 (8) 2017. ISSN 1729-3774. pp. 60-66.
3. Sadegh F., Fayazi A. Analysis of crystalline structure of sodium tripolyphosphate: effect of pH of solution and calcination condition // Ind. and Eng. Chem. Res. -2012. - 51, № 3. pp. 1093-1098.
4. Жданов Ю.Ф. Химия и технология полифосфатов, М.: Химия, 1979. 240 c.
5. Кельман Ф.Н., Бруцкус Е.Б., Ошерович Р.И. Методы анализа при контроле производства серной кислоты и фосфорных удобрений. - М.: Госхимиздат, 1982. - 352 с.
6. Методы анализа фосфатного сыря, фосфорных и комплексных удобрений, кормовых фосфатов / Винник М.М., Ербанова Л.Н., Зайцев П.И. и др. - М.: Химия, 1974. - 218 с.
7. Мирзакулов Х.Ч. Разработка ресурсосберегающей технологии переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов на фосфорсодержащие удобрения. Дисс. ... докт. техн. наук. - Ташкент, 2009. - 338 с.
8. Садыков Б.Б., Волынскова Н.В. Состояние и перспективы развития производства фосфорных удобрений АО «Аммофос-Максам». Тезисы докладов международной конференции «Ресурсосберегающие технологии переработки фосфоритов Центральных Кызылкумов в фосфосодержащие удобрения и фосфорные соли». Алмалык - Ташкент, 2016. - С. 6-10.
9. Способ получения фосфата натрия / Мирзакулов Х.Ч., Асамов Д.Д., Усманов И.И., Мирмусаева К.С. и др. // Патент № IAP 04968, UZ, МПК8 С 01 В 25/00. Опубл. 28.11.2014. Бюл. № 11.
10. Хужамкулов С.З., Меликулова Г.Э., Мирмусаева К.С., Мирзакулов Х.Ч. Исследование процессов получения кремнефторида натрия из экстракционной фосфорной кислоты на основе фосфоритов Центральных Кызылкумов // Химическая технология. Контроль и управление. - 2016. - № 1. - С. 34-40.
11. Шварценбах Г., Флашка Г. Комплексонометрическое титрование. - М.: Химия, 1970. - 360 с.
