способ получения раствора мононатрийфосфата

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА МОНОНАТРИЙФОСФАТА, включающий экстракцию фосфорной кислоты из раствора экстракционной фосфорной кислоты органическим растворителем с последующим разделением фаз, реэкстракцию фосфорной кислоты из насыщенного ею органического растворителя натрийсодержащим реагентом с получением раствора мононатрийфосфата и органической фазы, вывод части раствора мононатрийфосфата в качестве продукта, возврат органической фазы на экстракцию, отличающийся тем, что, с целью повышения концентрации продукта, в качестве натрийсодержащего реагента используют водный раствор моно- и динатрийфосфата с общей концентрацией P₂O₅ 8,5 - 17,0 мас. % , реэкстракцию проводят в противотоке за 2 - 5 стадий при объемном соотношении органической и водной фаз 2 - 7 : 1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество динатрийфосфата в смеси составляет 12,6 - 67,8 мас. % от стехиометрии на нейтрализацию фосфорной кислоты, содержащейся в органическом растворителе.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оставшуюся часть раствора мононатрийфосфата обрабатывают содой до pH 5,37 - 6,91 и направляют на реэкстракцию.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения раствора мононатрийфосфата, используемого в различных областях, в том числе и для получения моющих средств, а именно триполифосфата натрия.

Известен способ получения фосфатов натрия [1] , заключающийся в жидкостной экстракции фосфорной кислоты органическим растворителем, нейтрализации органической фазы содой или гидроксидом натрия при 50-60^оС с выделением мононатрийфосфата (рН 4,5-4,6), динатрийфосфата (рН 8,5-8,6) или их смеси (рН 7,4-7,5). Получают раствор соответствующей соли с содержанием Р₂О₅ не более 20% .

Недостатком этого способа является низкая концентрация продукта.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения раствора мононатрийфосфата [2] , заключающийся в жидкостной экстракции фосфорной кислоты из предварительно очищенного от фтора, кремния и сульфата и упаренного раствора экстракционной фосфорной кислоты (40-50% Р₂О₅) трибутилфосфатом (ТБФ), промывке насыщенного фосфорной кислотой ТБФ, реэкстракции фосфорной кислоты гидроксидом натрия или содой, подаваемых в сухом виде, в одну ступень с получением раствора мононатрийфосфата концентрации 26% Р₂О₅.

Недостатком способа является низкая концентрация продукта.

Целью изобретения является повышение концентрации продукта.

Поставленная цель достигается тем, что раствор мононатрийфосфата получают жидкостной экстракцией фосфорной кислоты из раствора экстракционной фосфорной кислоты органическим растворителем, отделением насыщенного фосфорной кислотой органического растворителя от водного раствора, противоточной реэкстракционной фосфорной кислоты раствором смеси моно- (МНФ) и динатрийфосфата (ДНФ) с общей концентрацией Р₂О₅ 8,5-17,0% за 2-5 стадий при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2-7): 1. В результате противоточной реэкстракции получают фосфорнокислый раствор мононатрийфосфата, который делят на две части. Одну часть, содержащую фосфор в количестве, равном поступлению с органическим растворителем, выводят в качестве продукта. Другую часть нейтрализуют содой до рН 5,37-6,91 и направляют на реэкстракцию. Продукт - фосфорнокислый раствор мононатрийфосфата нейтрализуют содой или гидроксидом натрия до получения или моно-, или динатрийфосфата, или их смеси. Из смеси фосфатов натрия термической дегидратацией получают триполифосфат натрия. Целесообразно иметь в реэкстрагирующем растворе динатрийфосфат в количестве 12,6-67,8% от стехиометрии на нейтрализацию фосфорной кислоты, содержащейся в органическом растворителе.

Отличиями предложенного способа от известного являются прием противоточной реэкстракции фосфорной кислотой из насыщенного органического растворителя, реагент - раствор смеси моно- и динатрийфосфата, концентрация Р₂О₅ в реэкстрагирующем растворе 8,5-17,0% и условия осуществления реэкстракции: количество стадий 2-5 и объемное соотношение фаз V_o: V_в = (2-7): 1, а также количественный вывод раствора в качестве продукта, рН обработки остальной части раствора и количеств динатрийфосфата в реэкстрагирующем растворе.

Указанные отличия позволяют повысить концентрацию продукта до 42% Р₂О₅.

Способ получения раствора мононатрийфосфата осуществляют следующим образом.

Органический раствор фосфорной кислоты после ее экстракции и раствор смеси фосфатов натрия подают на противоточную реэкстракцию. Регенерированный органический растворитель возвращают на стадию экстракции фосфорной кислоты из раствора экстракционной фосфорной кислоты. Образованный в результате реэкстракции фосфорнокислый раствор мононатрийфосфата делят на две части: одну часть, содержащую фосфор в количестве, равном поступлению с органическим растворителем, выводят в качестве продукта. Этот раствор нейтрализуют содой или гидроксидом натрия с получением индивидуальных или смеси фосфатов натрия. Другую часть обрабатывают содой на стадии нейтрализации до рН 5,37-6,91 и получают реэкстрагент.

В качестве органического растворителя можно использовать любой, экстрагирующий фосфорную кислоту, ограниченно растворяющийся в воде и ограниченно растворяющий воду. Например, триалкилфосфаты (ТБФ), триалкилфосфиноксиды (ТАФО, ФОР), нефтяные сульфоксиды (НСО), третичные амины (ТАА, ТОА), а также алифатические спирты и их смеси. Для экстракции фосфорной кислоты используют ЭФК различной концентрации, полученную при сернокислотном разложении различных типов фосфатного сырья с различным содержанием в нем Р₂О₅. Поэтому реальная концентрация фосфорной кислоты в органическом растворителе составляет 0,5-15,0 мас. % .

Процесс реэкстракции фосфорной кислоты можно вести при 20-40^оС. Нижний предел соответствует температуре окружающей среды и исключает расход тепла, Верхний предел обусловлен использованием разбавителей с низкой температурой вспышки (50-70^оС). Для безопасного ведения работ температура процесс должна быть ниже температуры вспышки. При повышенной температуре происходит более интенсивное расслаивание двух несмешивающихся фаз после реэкстракции.

Нейтрализацию водного реэкстрактора с целью получения реэкстрагента следует проводить водным раствором соды концентрации 5-20 мас. % в зависимости от концентрации Р₂О₅ в водном реэкстракте. Это приводит к снижению концентрации Р₂О₅ в растворе, но это необходимо для того, чтобы соли МНФ и ДНФ находились в растворе и не выпадали в осадок. Нейтрализацию раствором соды ведут до рН 5,37-6,91. В этом случае образующиеся МГФ и ДНФ находятся в растворе при общей концентрации Р₂О₅8,5-17,0 мас. % .

Установлено, что в присутствии МНФ процесс реэкстракции фосфорной кислоты интенсифицируется. Это позволяет за 2-5 противоточне стадии при объемном соотношении V_o: V_в = (2-7): 1 достигнуть степени реэкстракции 82-99% , а концентрацию продукта повысить до 42% Р₂О₅. Для сравнения: достижение указанной степени реэкстракции в условиях противоточной водной реэкстракции возможно за 8-9 стадий при V_o: V_в = (7-9): 1 и концентрация водного раствора фосфорной кислоты достигает 30-34% Р₂О₅.

Сущность изобретения состоит в том, что при противоточной реэкстракции обедненная органическая фаза контактирует с исходным реэкстрагентом, содержащим ДНФ, и его количество достаточно для нейтрализации оставшейся фосфорной кислоты. Таким образом, реэкстракция происходит относительно полно - 82-99% . Однако количество ДНФ в реэкстрагенте составляет в данных условиях 12,6-67,8% от стехиометрии на образование МНФ. Вообще 100% -ной реэкстракции не достигается. ТБФ, например, способен растворять соли в небольших количествах (Journal of Physic Chemistry, 1959, 63, N 1, р, 118). Поэтому реэкстракция содой или гидроксидом натрия по прототипу по уточненным данным составляет 85-98% .

В таблице приведены результаты противоточной реэкстракции фосфорной кислоты раствором смеси фосфатов натрия в зависимости от концентрации реэкстрагента, соотношения фаз и числа противоточных стадий. Из данных таблицы, следует, что за один контакт (отсутствие противотока) не удается получить концентрированный продукт, даже при условии использования достаточно концентрированного реэкстрагента и экстрагента (оп. 1-4, 26). При соотношении фаз 1: 1 в противотоке не удается получить концентрированный продукт даже при высоких концентрациях реэкстрагента и экстракта (оп. 27 и 28). При высоких соотношениях фаз V_o: V_в = (3-6): 1 за один контакт реэкстракции можно получить концентрированный продукт - 26,4-31.9% Р₂О₅, но в этом случае низка степень реэкстракции - 64,2-82,9% (оп. 10, 13, 18, 24 и 29). При отношениях фаз V_o: V_в более 7 можно получить более концентрированный продукт, но вести процесс при таких соотношениях нецелесообразно, так как разделение фаз затруднено в результате возрастающей вязкости продукта.

Число противоточных контактов более 5 не имеет смысла, так как степень реэстракции и концентрация продукта не повышаются.

Концентрация Р₂О₅ в реэкстрагирующем растворе зависит от концентрации Р₂О₅ в продукте и соотношения МНФ и ДНФ, которое желательно получить в реэкстрагенте. При общей концентрации Р₂О₅ 8,5-17,0% концентрация ДНФ составляет 8,8-16,2% . При рН раствора реэкстрагента 5,37-6,91 соли остаются в растворе.

Способ опробован в укрупненно-лабораторном масштабе.

П р и м е р 1. Экстрагируют фосфорную кислоту 68 об. % ТБФ в керосине из ЭФК, содержащей 36,94% Р₂О₅. За четыре противоточных контакта при объемном соотношении фаз V_о: V_в = 5: 1 извлекают 72,4% Р₂О₅ и получают экстракт, содержащий 8,3% Р₂О₅ (114,6 г/дм³ Н₃РО₄, уд. вес 1 кг/дм³). 5 дм³ (5 кг) экстракта подвергают противоточной реэкстракции при объемном соотношении фаз V_o: V_в = 5: 1 (мас. соотношение 4,31: 1) в три стадии. В качестве реэкстрагента берут 1 дм³ раствора, содержащего Р₂О₅общ. 9,4% (8,83% МНФ, 9, О1 % ДНФ, рН 6,16, уд. вес 1,16 кг/дм³). Расход ДНФ на нейтрализацию фосфорной кислоты в органическом растворителе составляет 12,6% от стехиометрии. В результате реэкстракции получают 1.35 дм³ (1,828 кг) водного реэкстракта, содержащего 32% Р₂О₅(34% Н₃РО₄, 13,3% МНФ, уд. вес 1,354 кг/дм³). Степень реэкстракции фосфорной кислоты составляет 89,8% (остаточное содержание Р₂О₅орг. 0,94% ). Выход регенерированного органического растворителя 4,75 дм³(4,489 кг). 0,956 дм³ (1,29 кг) водного реэкстракта выводят в качестве продукта. Остальное количество водного реэкстракта 0,394 дм³ (0,533 кг) поступает на приготовление реэкстрагента, для чего требуется 0,182 кг соды, рН полученного реэкстрагента 6,16. 1,29 кг продукта обрабатывают 0,446 кг соды и получают раствор, в котором мольное отношение ДНФ/МНФ равно 2. Из этого раствора известным способом получают триполифосфат натрия.

П р и м е р 2. 5 кг ТБФ, содержащего фосфорную кислоту 8,3% Р₂О₅ (уд. вес 1,0 кг/дм³), обрабатывают 1 кг раствора, содержащего 9,6% Р₂О₅общ. (8,8% МНФ, 8,8% ДНФ, уд. вес. 1.160 кг/дм³) в противотоке за 5 ступеней (объемное соотношение фаз V_o: V_в = 5,8: 1). Извлечение фосфорной кислоты из органического растворителя составляет 98% . В результате получают 1,2 кг раствора, содержащего 41,9 % Р₂О₅ (41,7% Р₃РО₄, 19,73% МНФ). Расход ДНФ на реэкстракцию фосфорной кислоты составляет 10,8% от стехиометрии. 0,971 кг раствора выводят в качестве продукта, обрабатывают 0,421 кг соды и получают раствор, в котором мольное отношение ДНФ/МНФ равно 2. Из этого раствора термической дегидратацией получают триполифосфат натрия. Оставшуюся часть раствора (0,229 кг) обрабатывают раствором соды, содержащим 90,47 г соды. Полученный раствор в количестве 1 кг (рН 6,1) в качестве реэкстрагента направляют на реэкстракцию.

П р и м е р 3. Экстрагируют фосфорную кислоту из ЭФК (27,1% Р₂О₅) 68 об. % ТБФ в керосине за три противоточные стадии при объемном соотношении фаз V_o: V_в = 5: 1. Получают экстракт, содержащий 70,1 г/дм³Н₃РО₄ (5,17% Р₂О₅, уд. вес 0,983 кг/дм³). 7 дм³ (6,88 кг) подвергают противоточной реэкстракции при объемном соотношении фаз V_о: V_в = 7: 1 (массовое соотношение 5,96: 1) в две стадии. В качестве реэкстрагента берут 1 дм³ раствора смеси МНФ и ДНФ, содержащего 8,5% Р₂О₅общ. (3.44% МНФ, 12,86% ДНФ, уд. вес 1,155 кг/дм³, рН 6,91). Расход ДНФ на реэкстракцию фосфорной кислоты составляет 21% от стехиометрии. В результате реэкстракции получают 6,75 дм³ (6,4 кг) регенерированного органического растворителя, содержащего 8,6 г/дм³ Р₂О₅ (0,91% ) и 1,25 дм³ (1,62 кг) водного реэкстракта, содержащего 354,7 г/дм3 Р₂О₅ (27,35% Р₂О₅, 23,4% Н₃РО₄, 17,56% МНФ, уд. вес 1,297 кг/дм³). Степень реэкстракции составляет 83,7% . 1 дм³ водного реэкстракта выводят в качестве продукта. Остальное - 0,25 дм³ обрабатывают 89,59 г соды, разбавляют водой до 1 дм³ и получают реэксрагент (рН 6,91), который направляют на реэкстракцию. (56) 1. Патент Румынии N 48051, кл. С 01 В 25/30, 1966.

2. Phosphorus and Potassium, 1985, N 139, р. 38-39.