CC BY
16
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ МЫТОГО ОБОЖЖЕННОГО ФОСКОНЦЕНТРАТА ЦЕНТРАЛЬНЫХ КЫЗЫЛКУМОВ ЭКСТРАКЦИОННОЙ
ФОСФОРНОЙ КИСЛОТОЙ
Умаров Шавкат Исомиддинович
ст. преподаватель Джизакского государственного педагогического института,
Республика Узбекистан, г. Джизак E-mail: mailto:[email protected]
Нуриддинов Уктам Бахриддинович
преподаватель Джизакского государственного педагогического института,
Республика Узбекистан, г. Джизак
Усманов Илхам Икрамович
ст. науч. сотр. Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент
Мирзакулов Холтура Чориевич
проф. Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: khchmirzakulov@mail. ru
RESEARCH OF THE PROCESS OF ENRICHMENT WASHED BURNED PHOSCONCENTRATE OF CENTRAL KYZYLKUM EXTRACTION PHOSPHORIC ACID
Shavkat Umarov
senior teacher of Jizak State pedagogical institute, Republic of Uzbekistan, Jizak
Uktam Nuriddinov
teacher of Jizak State pedagogical institute, Republic of Uzbekistan, Jizak
Ilham Usmanov
senior scientific employee 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 обогащению мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой. Исследовано влияние соотношения фоссырья - ЭФК - от 1:3 до 1:8 на состав сгущенного осадка и суспензии и показано, что с увеличением доли ЭФК при обогащении в сгущенном осадке снижается содержание Р2О5общ. и СаО. Кальциевый модуль при этом повышается с 1,51 до 1,98. Оптимальным соотношением является 1:6, при котором не наблюдается извлечение Р2О5 в раствор обогащения, а содержание СаО максимально. Разработана технологическая схема обогащения фосфорита ЭФК и переработки растворов обогащения.
ABSTRACT
Results of researches on enrichment washed burnt phosconcentrate of the Central Kyzylkum with extraction phosphoric acid are presented. Parity influence phosraw materials is investigated: EPA ratio from 1:3 to 1:8 on the composition of the condensed deposit and suspension was studied, and it was shown that with an increase in the proportion of EPA during enrichment in the condensed precipitate, the P2O5total and CaO content decreases. The calcium module increases from 1.51 to 1.98. The optimum ratio is 1:6, at which P2O5 extraction into the enrichment solution is not observed, and
Библиографическое описание: Исследование процесса обогащения мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. Умаров Ш.И. [и др.]. 2019. № 10(67). URL: http://7universum.com/ru/tech/archive/item/7936
the CaO content is maximum. Development technological scheme of enrichment of phosphorite EPA and processing of enrichment solutions.
Ключевые слова: мытый обожженный фосконцентрат, экстракционная фосфорная кислота, сгущенный осадок, декантация, кальциевый модуль.
Keywords: washed burnt phosconcentrate, extraction phosphoric acid, the condensed deposit, decantation, calcium module.
Фосфорная промышленность Узбекистана базируется на переработке местных фосфоритов Центральных Кызылкумов [2; 9]. На предприятия поступает мытый обожженный фосконцентрат (МОФК) Центральных Кызылкумов (ЦК) с содержанием Р2О5 не менее 26,0% Р2О5 [13]. Отличительной особенностью МОФК от других видов фосфатного сырья является высокий кальциевый модуль (1,9-2,1) и наличие в его составе до 17% свободного оксида кальция. При производстве экстракционной фосфорной кислоты свободный оксид кальция способствует повышению температуры процесса разложения в экстракторе до 95-100оС и выше, что активизирует коррозионную способность фосфорной кислоты и приводит к образованию агломератов полугидрата сульфата кальция, забивающих экстрактор [3].
Исследованиям процессов обогащения фосфоритов ЦК посвящено множество публикаций [1; 8; 11; 12]. Все работы в основном проводились с фосфатной рудой, использованием минеральных и органических кислот, образованием многотоннажных растворов обогащения и не нашли применения в промышленных условиях. Поэтому наши исследования направлены на обогащение МОФК, поставляемые объемы которого в несколько раз меньше добываемой руды.
Для исследований использовали МОФК состава (масс. %): 26,20 Р2О5, 57,70 СаОобщ., 17,02 СаОсв., кальциевый модуль 2,202 и экстракционную фосфорную кислоту состава (масс. %): P2O5 - 17,98; СaO - 0,31; MgO - 1,12; Fe2Oз - 0,93; AШз - 1,36; SOз - 2,32; F - 1,25. Процесс обогащения проводили при 25°С и продолжительности выщелачивания 30 минут. Химический анализ исходных, промежуточных и конечных продуктов проводили известными методами [7; 8; 14].
Проведенные ранее исследования показали возможность обогащения МОФК растворами ЭФК при соотношении МОФК:ЭФК = 1:(5-8) и получении обогащенного фосконцентрата с кальциевым модулем 1,6 [5; 6; 10]. Для разделения жидкой и твердой фаз использована фильтрация. Процесс фильтрации больших объемов пульпы обогащения весьма затруднительный. Поэтому дальнейшие исследования проводили в условиях, близких к промышленным, с использованием для разделения фаз метода декантации. Исследовано влияние соотношения МОФК:ЭФК от 1:3 до 1:8 на процесс обогащения с разделением пульпы обогащения на сгущенный осадок крупной фракции МОФК и суспензию ЭФК и мелких частиц методом декантации. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химический состав сгущенного осадка
№ МОФК:ЭФК Состав сгущенного осадка, масс. %
Р2О5 общ. Р2О5водн. СаО MgO Н2О СаО/Р2О5
1 1 3,0 26,22 7,60 28,12 0,61 29,88 1,51
2 1 4,0 25,27 8,84 24,91 0,66 32,85 1,52
3 1 5,0 24,79 9,62 23,51 0,72 34,37 1,55
4 1 6,0 24,75 9,86 23,97 0,80 34,90 1,61
5 1 7,0 24,20 9,91 25,01 0,90 37,61 1,75
6 1 8,0 22,70 9,95 25,25 1,02 43,30 1,98
Увеличение доли экстракционной фосфорной кислоты приводит к снижению Р2О5 с 26,22% до 22,70% в сгущенном осадке. При этом водная форма Р2О5 повышается с 7,60% до 9,95%, а содержание СаО с 28,12% снижается до 23,51-23,97% при соотношении МОФК:ЭФК 1:(5-6) и затем повышается до 25,25% при соотношении 1:8.
В таблице 2 приведены данные изменения состава суспензии в зависимости от изменения соотношения МОФК:ЭФК.
Содержание общей формы Р2О5 повышается с 17,69% при соотношении МОФК:ЭФК = 1:3 до 18,62% при соотношении МОФК:ЭФК = 1:6 и затем снижается до 17,81% соотношении МОФК:ЭФК = 1:8. При этом содержание СаОобщ. снижается с 9,15% до 4,96%. Причем при соотношении
Таблица 2.
Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химический состав суспензии
№ МОФК:ЭФК Состав суспензии, масс. %
Р2О5 общ. Р2О5водн. СаО MgO Н2О
1 1 3,0 17,69 14,23 9,15 0,68 54,50
2 1 4,0 18,17 15,36 7,96 0,49 61,47
3 1 5,0 18,28 15,91 6,87 0,37 62,10
4 1 6,0 18,62 16,08 7,81 0,28 56,95
5 1 7,0 18,07 16,39 6,07 0,23 57,49
6 1 8,0 17,81 17,23 4,96 0,20 61,17
МОФК:ЭФК от 1:4 до 1:6 содержание СаО практически не изменяется и составляет 6,73-7,96%. Снижение СаО при соотношениях 1:7 и меньше объясняется разубоживанием раствора. Это подтверждается и снижением СаО в составе жидкой фазы, полученной после фильтрации суспензии (табл. 3).
Увеличение содержания Р2О5общ. в жидкой фазе при соотношениях МОФК:ЭФК свыше 1:6 объясняется разложением МОФК с выделением в раствор фосфорной кислоты. Оптимальным параметром обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой является соотношение МОФК:ЭФК =1:6. При этом не наблюдается извлечения Р2О5 в растворы обогащения, а содержание СаО максимальное.
Таблица 3.
Влияние соотношения МОФК:ЭФК на химический состав осветленной жидкой фазы суспензии
№ МОФК:ЭФК Состав осветленной жидкой фазы, масс. %
Р2О5 общ. Р2О5водн. СаО MgO
1 1:6,0 17,67 17,30 2,44 0,30
2 1:7,0 18,31 17,59 1,88 0,21
3 1:8,0 19,00 17,88 1,35 0,12
Изучены реологические свойства суспензии и осветленной части суспензии после обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой и де-
кантации. Для исследования использовали суспензию, полученную при соотношении МОФК:ЭФК = 1:6. Полученные результаты приведены в таблице 4.
Таблица 4.
Влияние температуры на изменения плотности и вязкости суспензии и осветленной части суспензии при обогащении МОФК экстракционной фосфорной кислотой
№ Раствор обогащения Плотность, г/см3 Вязкость, сПа
20°С 40°С 60°С 80°С 20°С 40°С 60°С 80°С
1 Суспензия 1,322 1,308 1,295 1,283 5,072 3,190 2,020 1,540
2 Осветленная часть суспензии 1,240 1,232 1,225 1,218 3,010 1,980 1,490 1,210
Из таблицы видно, что плотность осветленной части с повышением температуры снижается с 1,240 г/см3 при 20оС до 1,218 г/см3 при 80оС. Зависимость изменения плотности от температуры имеет прямолинейный характер. Аналогичная закономерность наблюдаются и для суспензии. Плотность суспензии в интервале температур 20-80оС изменяется от 1,322 г/см3 до 1,283 г/см3.
Вязкости осветленной жидкой фазы и суспензии изменяются от 3,010
сПа до 1,210 сПа и от 5,072 сПа и от 5,072 сПа до 1,540 сПа соответственно.
Таким образом, полученные результаты показывают принципиальную возможность обогащения МОФК растворами экстракционной фосфорной кислоты до кальциевого модуля 1,610 в сгущенной части обогащения и разделение жидкой и твердой фаз декантацией.
На основе результатов фосфорнокислотного обогащения МОФК Центральных Кызылкумов разработана принципиальная технологическая схема обогащения и переработки полученного фосконцентрата на экстракционную фосфорную кислоту. Сущность технологического процесса заключается в выщелачивании оксида кальция МОФК Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты с получением сгущенного влажного фосконцентрата и раствора обогащения в виде суспензии из экстракционной фосфорной кислоты, мелких частиц МОФК и образующегося дикальцийфосфата. Разделение проводят методом декантации, жидкую фазу перерабатывают на аммофосфат, одинарные фосфорные удобрения или соли фосфорной кислоты технического и кормового назначения. Твердую фазу разлагают серной кислотой в присутствии оборотной фосфорной кислоты с получением продукционной
экстракционной фосфорной кислоты, которую направляют на обогащение новой порции МОФК Центральных Кызылкумов.
Принципиальная технологическая схема фос-форнокислотного обогащения МОФК Центральных
Кызылкумов и переработки фосконцентрата на экстракционную фосфорную кислоту представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Технологическая схема фосфорнокислотного обогащения МОФК и переработки на
экстракционную фосфорную кислоту
МОФК пневмотранспортом загружается в приемный бункер дозатора (поз. 2) и поступает в реак-тор-выщелачиватель (поз. 1), куда одновременно через расходомер поступает продукционная экстракционная фосфорная кислота. Из реактора-вы-щелачивателя пульпа поступает в отстойник (поз. 3) и разделяется на жидкую фазу - суспензию, состоящую из экстракционной фосфорной кислоты, мелких частиц МОФК и дикальцийфосфата, и сгущенную влажную твердую фазу - обогащенный фосконцен-трат. Жидкая фаза направляется на переработку, а твердая фаза поступает в экстрактор (поз. 4) на разложение смесью серной и оборотной фосфорной кислот. Образующаяся пульпа подается на вакуумно-фильтровальную установку, разделяется на жидкую
- продукционную экстракционную фосфорную кислоту - и твердую фазу. Твердая фаза - фосфогипс
- промывается водой и выгружается в отвал.
Часть продукционной экстракционной фосфорной кислоты и промывные воды в виде оборотной экстракционной фосфорной кислоты возвращаются в экстрактор. Продукционная экстракционная фосфорная кислота подается в реак-тор-выщелачиватель для обогащения МОФК Центральных Кызылкумов.
На рисунке 2 представлена блок-схема фосфор-нокислотного обогащения МОФК Центральных Кызылкумов, получения из него экстракционной фосфорной кислоты и дальнейшей переработки растворов обогащения.
На рисунке 3 представлена схема материальных потоков обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой и материальный баланс с применением фильтрации, а на рисунке 4 - схема материальных потоков и материальный баланс обогащения МОФК экстракционной фосфорной кислотой с концентрацией 18% Р2О5 с применением для разделения жидкой и твердой фаз обогащения метода декантации.
Для обогащения 1000 кг МОФК необходимо 6000 кг ЭФК (Т:Ж = 1:6). В результате выщелачивания свободного оксида кальция и разделения жидкой и твердой фаз методом декантации образуется 5760 кг суспензии, содержащей 19,98% Р2О5общ. В виде ЭФК, растворенного монокальцийфосфата и мелких частиц фосфорита и 1237 кг сгущенного осадка, содержащего 24,14% Р2О5общ. В виде крупных частиц фосфорита, ЭФК и растворенного монокальцийфос-фата. Влажная твердая фаза сгущенного осадка содержит 33,97% СаО и 33,97% Р2О5общ. и имеет кальциевый модуль 1,6039.
Рисунок 2. Блок-схема фосфорнокислотного обогащения МОФК, получения экстракционной фосфорной
кислоты и переработки растворов обогащения
Рисунок 3. Схема потоков и материальный баланс обогащения МОФК экстракционной фосфорной
кислотой с применением фильтрации
Рисунок 4. Схема потоков и материальный баланс обогащения МОФК экстракционной фосфорной
кислотой с применением декантации
Таким образом, проведенные исследования показали принципиальную возможность обогащения МОФК Центральных Кызылкумов экстракционной фосфорной кислотой в производственных условиях с получением частично обессульфаченной и обесфто-
ренной экстракционной фосфорной кислоты с улучшенными технологическими показателями, которую можно перерабатывать на концентрированные фосфорсодержащие удобрения и соли фосфорной кислоты технического назначения и кормовой чистоты.
Список литературы:
1. Азотнокислотное обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов / З.К. Дехконов, Ш.С. Намазов, Б.Э. Султанов и др. // Химическая технология. Контроль и управление. - 2011. - № 4. - С. 5-11.
2. Беглов Б.М., Намазов Ш.С. Фосфориты Центральных Кызылкумов и их переработка. - Ташкент: Ин-т общ. и неорг. химии АН РУз, 2013. - 460 с.
3. Волынскова Н.В. Разработка и усовершенствование технологии производства фосфорной кислоты из фосфоритов Центральных Кызылкумов: Дисс. ... д-ра техн. наук. - Ташкент, 2019. - 196 с.
4. Дехканов З.К. Разработка технологии азотнокислотного обогащения фосфоритов Центральных Кызылкумов с участием этанола: Дисс. ... канд. техн. наук. - Ташкент: Ин-т общ. и неорг. химии АН РУз, 2016. - 193 с.
5. Исследование процесса переработки фосфорнокислых растворов обогащения фосконцентрата Центральных Кызылкумов / Ш.И. Умаров, Г.Э. Меликулова, И.И. Усманов, Х.Ч. Мирзакулов // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. - 2018. - № 6 (51) [Электронный ресурс] -Режим доступа: http: 7 uiver-sum.com/ru/tech/archive/item/6088 (дата обращения: 12.06.2019).
6. Исследование процесса снижения кальциевого модуля в мытом обожженном фосконцентрата Центральных Кызылкумов / Х.Ч. Мирзакулов, Ш.И. Умаров, А.У. Насриддинов, И.И. Усманов // Узбекский химический журнал. - 2015. - № 6. - С. 42-46.
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. Винник, 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. - 416 с.
10. Обогащение мытого обожженного фосконцентрата Центральных Кызылкумов растворами фосфорной кислоты / Х.Ч. Мирзакулов, А.У. Насриддинов, Ш.И. Умаров и др. // Узбекский химический журнал. - 2016. -№ 2. - С. 62-65.
11. Обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов концентрированной азотной кислотой / Б.Э. Султанов, З.М. Турсунова, А.У. Эркаев и др. // Узбекский химический журнал. - 2002. - № 3. - С. 3-7.
12. Обогащение фосфоритов Центральных Кызылкумов растворами уксусной кислоты / У.М. Турдиалиев, А.Р. Сейтназаров, Ш.С. Намазов и др. // Химия и химическая технология. - 2012. - № 2. - С. 12-18.
13. О^ DSt 2825:2014. Фосфоритная продукция Ташкура. Общие технические условия. - Ташкент, 2014. - 7 с.
14. Шварценбах Х.Г., Флашка Г. Комплексометрическое титрование. - М.: Химия, 1970. - 360 с.
