Особенности кислотной переработки фосфатного сырья Полпинского месторождения Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 541.124.001.5:54-145.15:66.092:661.63

В.Г. Киселев, А.И. Ряшко, И.А. Почиталкина, И.А. Петропавловский Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ОСОБЕННОСТИ КИСЛОТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ ПОЛПИИСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Production's method of calcium phosphate monobasic from low-grade phosphate rock of Polpin's deposit with phosphoric acids in process with recycle of hydrochloric and phosphoric mother solution lias been suggested. The peculiarity of acidic treatment of low-grade phosphate raw lias been studied.

Предложен способ получения монокальцийфосфата из бедного фосфатного сырья Полпинского месторождения с использованием фосфорной кислоты в условиях рецикла со-ляно-фосфорнокислотного маточного раствора. Изучены особенности кислотной переработки бедного фосфатного сырья.

Резкое сокращение запасов апатитовой руды на эксплуатируемых месторождениях сопровождается ростом цен на высококачественное фосфатное сырье. В этих условиях является целесообразным вовлечение в процесс переработки низкосортных фосфатов, которые характеризуются низким содержание целевого компонента (Р2О5) и высоким содержанием примесей: карбонаты, глинистые минералы, нерастворимый остаток. Кислотная переработка низкосортного фосфатного сырья требует повышенного расхода разлагающего агента, а предварительное обогащение сырья с последующей кислотной переработкой зачастую делает производство экономически нерентабельным.

Однако есть примеры прямой переработки аналогичных руд без обогащения в жидкофазных процессах с рециклом [1]. Выполненные нами ранее теоретические исследования по соответствующим диаграммам растворимости показали эффективность рассматриваемого метода переработки для рядовой фосфоритной муки Кызылкумского месторождения. Фосфатное вещество в нем представлено в виде фторкарбонатапатита. В ранее опубликованной работе [2] изложен метод переработки низкосортного фосфатного сырья с использованием фосфорной кислоты в условиях рецикла соляно-фосфорнокислотного маточного раствора с получением монокальцийфосфата. Маточный раствор, содержащий хлорид кальция и в пределах растворимости Са^гРО^г'НгО, после отделения продукта - монокальцийфосфата смешивается с вводимой в процесс фосфорной кислотой и в виде так называемого "оборотного раствора" возвращается на стадию разложения, при этом происходит регенерация соляной кислоты. Аналогичные расчеты выполнены нами применительно к отечественному сырью - фосфоритной муке Полпинского месторождения. Фосфатное вещество в нем представлено в виде карбонатапатита [3]. Отличительной особенностью этого сырья является высокое содержание нерастворимого остатка (37,9%), который переходит в готовый продукт и тем самым ухудшает его качество.

Процесс получения МКФ описывается следующими уравнениями реакции:

10СаО'2,5Р2О5'1,5Щ>СО2 + 16НС1 = 2Са(Н2Р04)2 + Н3Р04 + 8СаС12 + С02

+ 4Н20

ЮСа0'2,5Р205'1,5Н20'С02 + 15Н3Р04 = ЮСа(Н2Р04)2 + С02 + 4Н20 Регенерация соляной кислоты в оборотном растворе протекает по уравнению:

СаС12 + 2Н3Р04 <-> Са(Н2Р04)2 + 2НС1.

Опыты по одноцикловой схеме с предварительным отделением твердого продукта проводили в термостатированном сосуде, снабженном обратным холодильником и лопастной мешалкой. Исходными реагентами являлись модельные оборотные растворы и фосфатное сырье (фракция менее 180 мкм).

Предварительно приготовленный перед каждым опытом оборотный раствор, нагревали до заданной температуры и при перемешивании в течение 1 минуты (для предотвращения обильного пенообразования) вводили в реакционный объем, где находилась смоченная навеска. По истечении заданного времени пульпу направляли на разделение и определяли время фильтрования. Твердую фазу промывали этилацетатом, сушили на воздухе в течение 24 ч, анализировали на содержание общей, усвояемой, водной и свободной форм Р2С>5, и рассчитывали коэффициент разложения.

Исследовано влияние температуры на процесс разложения фоссы-рья оборотным раствором. Опыты проводили при температурах 30 и 70° С. Время основной реакции составляет 3 мин., коэффициент разложения сырья при зоис достигает 97, 29% и затем выходит на плато. Увеличение температуры незначительно влияет на коэффициент разложения (табл 1).

Табл.1. Изменение коэффициента разложения фосфатного сырья Полпинского месторождения от времени при температурах 30 и 70° С.

Время, мин Коэффициент разложения, %

Температура 30° С Температура 70° С

3 97,29 97,87

4 97,83 98,04

15 97,90 98,42

25 97,95 98,50

60 98,43 98,54

Изучено влияние содержания воды в пульпе (рис.1) на характеристики процесса: Кр, с(Р20з), г)ф. Так, с увеличением ее количества коэффициент разложения и содержание целевого компонента уменьшается (рис.2), а скорость фильтрования увеличивается. При содержании воды в пульпе, равном 52% скорость фильтрования достигает максимума и выходит на плато. Так как скорость фильтрования увеличивается незначительно, а потеря целевого компонента резко возрастает, для последующих опытов содержание воды составляло 50%, что соответствует, рассчитанной по диаграмме растворимости величине.

Содержание воды в системе, ° о

Рис. 1. Изменение коэффициента разложения от содержания воды в системе при температуре процесса 30° С.

Рис.2. Изменение содержания (1) общей, (2) усвояемой и (3) водной форм Р2О5 и (4) скорости фильтрования при разбавлении системы и температуре процесса 30° С.

Нами обнаружено, что избыточное количество хлорида кальция в оборотном растворе не влияет на процесс разложения и фильтрования.

На рис. 3 и 4 представлены зависимости изменения определяемых форм Р2О5 от продолжительности опытов при 30 и 70° С соответственно. Полученные данные хорошо согласуются с данными рис.2. Из чего следует, что температура практически не влияет на качественный состав продукта, но увеличивает скорость фильтрования (табл.2), что положительно влияет на технологический процесс. В табл. 3 указаны значения свободной формы

р2о5.

В ходе выполненной работы можно сделать вывод, что кальцийсо-

держащий оборотный соляно-фосфорнокислотный раствор обеспечивает практически полное разложение фосфатного сырья при температуре 30° С.

Время процесса, мин

Время процесса, мин

Рис. 3. Изменение концентраций форм Р205 ((1) общая, (2) усвояемая, (3) водорастворимая) от продолжительности процесса при 30° С

Рис.4. Изменение концентраций форм Р205 ((1) общая, (2) усвояемая, (3) водорастворимая) от продолжительности процесса при 70° С

Табл. 2. Изменение скорости фильтрования пульпы при (1) 30° С и (2) 70° С при различной продолжительности процесса

Продолжительность процесса, мин Скорость фильтрования пульпы, (мл/мин)* 10"

Температура 30° С Температура 70° С

3 Пульпа не расфильтровывается из-за обильного пенообразования

4

15 54,6 84,5

25 71,6 98,0

60 74,6 109,1

Табл. 3. Изменение свободой формы Р205 от продолжительности процесса при 30 и 70° С.

Продолжительность процесса, мин Концентрация свободной формы Р2О5, %

Температура 30° С Температура 70° С

3 3,16 2,40

4 2,94 2,26

15 2,68 2,12

25 2,31 2,06

60 2,16 2,03

На основании графического анализа и материальных расчетов разложения низкосортного фосфатного сырья Полпинского месторождения оборотным раствором определены материальные потоки процесса и содержание

целевого компонента в получаемом продукте (39,1%), это значение хорошо согласуется с практическими данными (39,5%).

Показатели технологического процесса, исследуемого нами, приближаются к процессу прямого разложения фосфата соляной кислотой.

Библиографические ссылки

1. Сыромятников А.Л. Переработка магнийсодержащего фосфатного сырья на двойной суперфосфат рециркуляционным соляно-фосфорнокислотным методом: Дис. ... канд. техн. наук [05.07.01, защищена 1988] / МХТИ им. Д.И. Менделеева. М.: МХТИ им. Д. И. Менделеева, 1988. 160 с.

2. Получение монокальцийфосфата из низкосортного фосфатного сырья. / В.Г. Киселев, И.А. Почиталкина, И.А. Петропавловский // Успехи в химии и хим. технологии: сб. науч. тр. / РХТУ; [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Са-жина]. М.: Издательство РХТУ, 2010. Т. XXIV, № 9, С. 77-80.

3. Исследование состава и реакционной способности бедного фосфатного сырья / Петропавловский И.А., Почиталкина И. А., Киселев В. Г., Ряшко А.И. // Высокие технологии и фундаментальные исследования: Сб. тр. [ред. А. П. Кудинов]. СПб.: Издательство Политехи, университета, 2010. Т.4. С. 246-247.

УДК 546.41:543.25

А.Н. Морозов, И. А. Почиталкина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТВОРИМОСТИ СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ В СИСТЕМЕ CaCl2-Na2S04-H20 ИОНОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

The ionometric technique for studying solubility of calcium sulfate in multicomponent solution using assembly of ion-selective electrodes describing sufficiently the complex system has been suggested.

Предложен ионометрический метод изучения растворимости сульфата кальция в многокомпонентных растворах с помощью набора ионоселективных электродов, адекватно описывающих сложную систему.

Вода из природных водоемов, содержащая достаточное количество сульфата кальция и предназначенная для технологических нужд, требует предварительной обработки. Мембранные технологии конкурируют по эффективности и экономичности с другими методами очистки воды. Но в процессе эксплуатации производительность мембран уменьшается в результате загрязнения их поверхности и стенок пор частичками твердых загрязнений, в