CC BY
45
••• Известия ДГПУ. Т. 11. № 1. 2017
••• DSPU JOURNAL. Vol. 11. No. 1. 2017
Химические науки / Chemical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 546. 185-31
Получение пятиокиси фосфора под давлением
Статья посвящается памяти профессора, доктора технических наук Зазава Мустафаевича Алиева
© 2017 Шапиев Б. И. 1, Магомедова Д. Ш. 2, Кахсуров Б. А. 1,
Солтаханов Э. М. 1, Казанбиева П. Д. 1
1 Дагестанский государственный медицинский университет, Махачкала, Россия; e-mail: bammatsh@mail.ru; K1994@yandex.ru;
elsolt@mail.ru; amrg56@mail.ru 2 Дагестанский государственный университет, Махачкала, Россия; e-mail: bammatsh@mail.ru
РЕЗЮМЕ. Цель исследования - разработка новых технологических методов окисления шламсодер-жащего белого фосфора кислородом и кислородом воздуха под давлением. Методы. Разработан технологический процесс окисления. Результаты. Получены экспериментальные данные зависимости выхода пятиокиси фосфора от количества шлама и давления кислорода. Выводы. Полученную по указанной технологии пятиокись фосфора можно использовать для получения фосфорной кислоты и фосфорсодержащих минеральных удобрений.
Ключевые слова: пятиокись фосфора, шламсодержащий белый фосфор, окисление кислородом под давлением, получение фосфорной кислоты.
Формат цитирования: Шапиев Б. И., Магомедова Д. Ш., Кахсуров Б. А., Солтаханов Э. М., Казанбиева П. Д. Получение пятиокиси фосфора под давлением // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2017. Т. 11. № 1. С. 44-48.
Obtaining of Phosphorus Pentoxide under Pressure
The article is dedicated to the memory of Zazav M. Aliev, professor, Doctor of Technical Science
© 2017 Bammatgerey I. Shapiev 1, Dzhamila Sh. Magomedova 2, Bolatkhan A. Kakhsurov 1, Eldar M. Soltakhanov 1, Patimat D. Kazanbieva 1
1 Dagestan State Medical University, Makhachkala, Russia; e-mail: bammatsh@mail.ru; K1994@yandex.ru;
elsolt@mail.ru; amrg56@mail.ru 2 Dagestan State University, Makhachkala, Russia; e-mail: bammatsh@mail.ru
ABSTRACT. The aim of this study is to develop new technological methods for oxidation of containing sludge white phosphorus with oxygen and oxygen under pressure. Methods. The technological process of oxidation is obtained. Results. We obtain experimental data of dependence of phosphorus pentoxide yield from the amount of phosphorus pentoxide sludge and oxygen pressure. Conclusions. Obtained by this technology phosphorus pentoxide can be used to produce phosphoric acid and phosphorous fertilizers.
Keywords: phosphorus pent oxide, containing sludge white phosphorus, oxidation with oxygen under pressure, obtaining the phosphoric acid.
For citation: Shapiev B. I., Magomedova D. Sh., Kakhsurov B. A., Soltakhanov E. M., Kazanbieva P. D. Obtaining of Phosphorus Pentoxide under Pressure. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. 2017. Vol. 11. No. 1. Pp. 44-48. (In Russian)
Естественные и точные науки •••
Natural and Exact Sciences •••
Введение
В настоящее время вопросы экологии окружающей среды приобрели особую остроту. Тенденция к утилизации промышленных и бытовых отходов путем их переработки постоянно возрастает.
Хранение фосфорсодержащих отходов экологически опасно, а продукты их переработки востребованы в промышленности как сырье, поэтому существует острая необходимость в разработке новых методов переработки накопленных отходов и создания безотходных химических производств.
Кроме низкой экономической себестоимости и экологической безопасности, конечные продукты утилизации и переработки фосфорсодержащих отходов должны использоваться как промышленное сырье и обладать спросом на рынке [1].
При утилизации фосфорсодержащих отходов производств наиболее часто используются методы их переработки через получение оксидов фосфора и фосфорной кислоты [2-4].
В лаборатории Научно-исследовательского института по удобрениям и инсектофунгицидам (НИУИФ) исследовали систему фосфор-кислород и обнаружили зависимость: чем выше температура в системе взаимодействия фосфора с кислородом, тем меньше доля низших оксидов фосфора в га-
зовой смеси продуктов окисления. Зависимость соотношения оксидов фосфора от температуры в системе приведена в таблице 1 [5].
Таблица 1 Зависимость соотношения различных оксидов фосфора от температуры в системе
Температура, Состав продуктов окисления, %
°С Р4О10 Р4О6 Р4О2 Р4О
125 36 34 2 28
250 60 18 2 20
350 76 13 1 10
450 89,5 10,5 - -
На рисунке 1 приведены некоторые расчетные коэффициенты процесса окисления элементарного фосфора. Данные зависимости могут быть использованы при выборе режима процесса окисления белого фосфора, а также при проектировании термодинамических процессов и при технологических расчетах.
Экспериментальная часть Для получения экспериментальных данных по окислению загрязненного белого фосфора под давлением был изготовлен и использован лабораторный автоклав объёмом 2 л, рассчитанный на давление 10 МПа. Схема автоклава приведена на рисунке 2.
о.
о -е-
U
о НЭ-
<и о.
о
о.
I-та О.
<и с
¡с и
<и
S
н <11 о.
о
<и
3000
2500
2000
1500
1000
к и
(D
К
к
г* 8ч о
о
-О
О га н
Я
Ч о
20
15
10
А >иЗдержание^
Vi уг кислооеда, %
\
количество газов.
м3/кг Р
1 L ■—Ii
100 ^200 300 400
Избыток воздуха, %
/
Теоретическая
температура
600
500„
100 2
?00
200
100
О
с-1 P-I
к и
Й N о.
(i> ч о U
Рис. 1. Расчетные коэффициенты процесса окисления элементарного фосфора кислородом
Рис. 2. Схема автоклава: 1 — корпус; 2 — прокладка; 3 — болты; 4 — гайки; 5 — шайбы; 6 — вентиль; 7 — манометр; 8 — переходник; 9 — штуцер; 10 — крышка
Для проведения эксперимента были использованы образцы загрязненного шламом белого фосфора, извлеченные из хранилищ химических отходов Кизилюртовского завода фосфорных солей.
Процесс окисления белого фосфора осуществляли в автоклаве, в который загружали загрязненный шламом белый фосфор. Внутри автоклава расположена емкость, которая до определенного уровня заполняется водой. При температуре 50-60 С в автоклав подается кислород или воздух под определенным давлением. С помощью редуктора в автоклаве поддерживается постоянное давление. При этом кислород, растворяясь в воде, взаимодействует с белым фосфором с образованием оксидов фосфора, которые абсорбируются водой, гидратируются и образуют фосфорную кислоту. После окисления белого фосфора шлам остается внутри автоклава.
Объем воды в емкости в автоклаве и количество подаваемого кислорода или воздуха зависят от количества взятого для окисления белого фосфора.
Кинетику химической реакции окисления белого фосфора можно регулировать при
помощи изменения давления воздуха или кислорода.
При постоянном давлении в автоклаве (в изобарном процессе) концентрация полученной фосфорной кислоты зависит от массы взятого для окисления шламсодержащего белого фосфора и времени контакта белого фосфора и кислорода. Графическая зависимость данного процесса приведена на рисунке 3.
Как видно из рисунка 3, в изобарном процессе изменение концентрации фосфорной кислоты находится в прямо пропорциональной зависимости от массы взятого для окисления шламсодержащего белого фосфора.
Кинетика химической реакции взаимодействия кислорода с белым фосфором зависит от давления кислорода и воздуха. При увеличении давления кислорода или воздуха, т. е. количества реагирующего кислорода, выход Р 2О5 возрастает и достигает максимального значения при избытке кислорода на 10 % и воздуха на 35 % от расчетных объемов по уравнению химической реакции. При увеличении количества избыточного воздуха более чем на 80 % количество Р 2О5
начинает уменьшаться, что, вероятно, обусловлено снижением температуры горения вследствие расхода теплоты на нагрев балластового азота, содержание которого в воз-
духе составляет 78 %. Зависимость выхода Р 2О5 от давления кислорода и воздуха в автоклаве приведена на рисунке 4.
Рис. 3. Зависимость концентрации фосфорной кислоты от массы взятого для окисления шламсодержащего фосфора при постоянном давлении
Рис. 4. Зависимость выхода Р2О5 от количества кислорода и воздуха: 1 - кислород чистый; 2 - кислород воздуха
Выводы
1. Разработан технологический процесс окисления шламсодержащего белого фосфора кислородом и кислородом воздуха под давлением.
2. Получены экспериментальные данные зависимости выхода Р 2О5 от количества шлама и давления. Наши результаты свидетельствуют о необходимости подачи 10 % избытка кислорода и 35 % избытка воздуха.
3. Установлена возможность получения Р 2О5 при начальной температуре в системе 50-60°С. После окисления белого фосфора
1. Алиев З. М., Шапиев Б. И. и др. Патент 244 3622 Российская Федерация. Способ получения фосфорной кислоты / Заявители и патентообладатели: Дагестанский государственный университет. МПК С01В25/20 получение из элементарного фосфора или фосфорного ангидрида; заявл. 25. 06.2000; опубл. 27.02.2012. Бюл. № 22. 5 с.
2. Кафаров В. В. Принципы создания безотходных химических производств. М. : Химия, 1982. 288 с.
3. Позин М. Е. Технология минеральных солей. Ч. 2. Изд. 4. Л. : Химия, 1974. 768 с.
1. Aliev Z. M., Shapiev B. I. et al. Patent 2443622, Russian Federation. Sposob polucheni-ja fosfornoj kisloty [A method of producing a phosphoric acid] / Applicants and patent owners: Dagestan State University. IPC C01B25/20 receiving from elemental phosphorus or phosphoric anhydride; appl. 25.06.2000; publ. 27.02.2012. Bul. No. 6. 5 p. (In Russian)
2. Kafarov V. V. Principy sozdanija bezothod-nyh himicheskih proizvodstv [Principles of creating zero-waste chemical production]. Moscow, Chimiya Publ., 1982. 288 p. (In Russian)
3. Posin M. E. Tehnologija mineral'nyh solej [Technology of mineral salts]. P. 2. Ed. 4. Lenin-
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации
Шапиев Бамматгерей Исламгереевич,
кандидат химических наук, доцент кафедры общей химии, Дагестанский государственный медицинский университет (ДГМУ), Махачкала, Россия; e-mail: bammatsh@mail.ru
Магомедова Джамиля Шамиловна, кандидат химических наук, доцент кафедры экологической химии, химический факультет, Дагестанский государственный университет (ДГУ), Махачкала, Россия; e-mail: bammatsh@mail.ru
Кахсуров Болатхан Алимович, младший научный сотрудник, научно-исследовательский институт экологической медицины (НИИ ЭМ), ДГМУ, Махачкала, Россия; e-mail: K1994@yandex.ru
Солтаханов Эльдар Магомедрашидо-вич, кандидат медицинских наук, доцент кафедры эндокринологии, ДГМУ, Махачкала, Россия; e-mail: elsolt@mail.ru
Казанбиева Патимат Далгатовна, ассистент кафедры общей гигиены и экологии
4. Полученный по указанной технологии Р 2 О 5 можно использовать для получения фосфорной кислоты и фосфорсодер-
4. Постников Н. Н. Термическая фосфорная кислота. Химия и технология. М. : Химия, 1970. 304 с.
5. Шапиев Б. И., Алиев З. М., Гасанова З. М. Патент 2594021 Российская Федерация . Способ получения фосфорной кислоты / Заявители и патентообладатели: Дагестанская государственная медицинская академия. МПК С01В25/20 получение из элементарного фосфора или фосфорного ангидрида; заявл. 26.06.2015; опубл. 19.07. 2016. Бюл. № 22. 5 с.
grad, Chimiya Publ., 1974. 768 c. (In Russian)
4. Postnikov N. N. Termicheskaja fosfornaja kislota. Himija i tehnologija [Thermal phosphoric acid. Chemistry and technology]. Moscow, Chimiya Publ., 1970. 304 p. (In Russian)
5. Shapiev B. I., Aliev Z. M., Gasanova Z. M. Patent 2594021, Russian Federation. Sposob poluchenija fosfornoj kisloty [A method of producing a phosphoric acid] / Applicants and patent owners: Dagestan State Medical Academy. IPC C01B25/20 receiving from elemental phosphorus or phosphoric anhydride; appl. 26.06. 2015; publ. 19.07.2016. Bul. No. 22. 5 p. (In Russian)
INFORMATION ABOUT THE AUTHO RS Affiliations
Bammatgerey I. Shapiev, Ph. D. (Chemistry), associate professor, the chair of General Chemistry, Dagestan State Medical University (DSMU), Makhachkala, Russia; e-mail: bam-matsh@mail.ru
Dzhamila Sh. Magomedova, Ph. D. (Chemistry), associate professor, the chair of Ecological Chemistry, faculty of Chemistry, Dagestan State University (DSU), Makhachkala, Russia; e-mail: bammatsh@mail.ru
Bolatkhan A. Kakhsurov, junior researcher, the Research Institute of Environmental Medicine (RI EM), DSMU, Makhachkala, Russia; e-mail: K1994@yandex.ru
Eldar M. Soltakhanov, Ph. D. (Medical Science), associate professor, the chair of Endocrinology, DSMU, Makhachkala, Russia; email: elsolt@mail.ru
Patimat D. Kazanbieva, assistant, the chair of General Hygiene and Human Ecology, DSMU, Makhachkala, Russia; e-mail: amrg56 @mail.ru
шлам накапливается на дне автоклава. Литература
жащих минеральных удобрений.
References
человека, ДГМУ, Махачкала, Россия; e-mail: amrg56@mail.ru
Принята в печать 24.01.2017 г. Received 24.01.2017.
