способ очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей

Формула изобретения

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода при нагревании, отличающийся тем, что предварительно в фосфорную кислоту вводят азотную кислоту в массовом соотношении к перекиси водорода и фосфорной кислоте (0,0003 - 0,001) : (0,002 - 0,008) : 1, а обработку перекисью водорода ведут при температуре не менее 40^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей и может быть использовано в производстве фосфорной кислоты и ее солей, применяемых в различных отраслях промышленности, в том числе и в пищевой промышленности.

Экстракционная фосфорная кислота даже наиболее высоких квалификаций (например, "улучшенная" - ТУ-2142-002-00209450-96 или "очищенная" ТУ-2142-001-00209450-95), как правило, окрашена в желтовато-коричневый цвет. Эта окраска обусловлена наличием углеродсодержащих примесей, которые переходят в товарный продукт как из исходного сырья (например, следы гумусовой кислоты), так и при обработке ее в процессе экстракции и реэкстракции селективными органическими растворителями. Общее количество органического углерода составляет, как правило, от 0,01 до 0,1 мас.% от веса фосфорной кислоты, что соответствует величине оптической проницаемости 10-30%. Подобное содержание окрашенных органических загрязнений является недопустимым, так как при использовании экстракционной кислоты в качестве сырья для получения орто- и полифосфатов, применяемых в пищевой промышленности, она загрязняет товарный продукт.

Известен способ удаления органических веществ из экстракционной фосфорной кислоты, включающий обработку ее восстановителями, в качестве которых используют соединения хрома, никеля, меди, железа, свинца, а также гидразин, гипофосфаты. После обработки восстановителями кислоту контактируют с активированным углем /патент США N 4637922, МПК C 01 B 25/16, НКИ 423/321, опубл. 20.01.87/.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, связанная с многостадийностью процесса, а также необходимостью проведения дорогостоящей очистки полученного товарного продукта от соединений тяжелых металлов (хрома, никеля, свинца) и ядовитых соединений, содержание которых в пищевой промышленности и ряде других отраслей техники жестко лимитируется.

Известен способ обесцвечивания очищенной экстракционной фосфорной кислоты и удаления из нее остатков органических веществ путем контактирования кислоты с перекисью водорода в течение 0,25-4,0 часов при температуре 120-135^oC, процесс непрерывен /ЕПВ (EP), заявка N 0080372, C 01 B 25/46, опубл. 08.06.83/.

Существенным недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная тем, что заявленный температурный диапазон проведения процесса резко ограничивает выбор материалов для оборудования, реализующего данный процесс в промышленных условиях. Так, большинство материалов, включая сталь высоких марок, в данных условиях подвергаются сильной коррозии в среде фосфорной кислоты, что крайне отрицательно сказывается на экономичности процесса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ очистки экстракционной фосфорной кислоты (40-55 мас.% P₂O₅) от органических окрашивающих примесей, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода путем медленного (в течение 3 часов) введения раствора перекиси водорода при температуре 50-110^oC с последующей адсорбционной очисткой фосфорной кислоты от окрашивающих примесей в колонке, наполненной не содержащим металлы и способным к регенерации активированным углем с размером частиц 0,9-1,1 мм /патент США N 4643883, МПК C 01 B 25/16, НКИ 423/321, опубл. 17.02.87/.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, связанная с многостадийностью процесса очистки фосфорной кислоты (приобретением дорогостоящих оборудования - сорбционных колонн и сорбента - активированного угля, подвергнутого предварительной, крайне трудоемкой очистке, кроме того, после обработки угля требуется его регенерация, что также существенно удорожает и без того дорогостоящий процесс).

Заявляемое изобретение направлено на создание высокоэкономичной технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, позволяющей существенно упростить процесс и снизить затраты на его организацию и эксплуатацию.

Указанный выше технический результат достигается тем, что, в способе очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, включающем обработку ее водным раствором перекиси водорода при нагревании, согласно изобретению предварительно в фосфорную кислоту вводят азотную кислоту в соотношении к перекиси водорода и фосфорной кислоте (0,0003-0,001) : (0,002-0,008) : 1, а обработку перекисью водорода ведут при температуре не менее 40^oC.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.

В результате проведенных исследований было обнаружено, что предварительное введение азотной кислоты в загрязненную окрашивающими органическими примесями экстракционную фосфорную кислоту перед обработкой последней водным раствором перекиси водорода в заявляемом температурном режиме неожиданно позволило получить эффективное обесцвечивание исходной фосфорной кислоты (оптическое пропускание достигает уровня 70-90%) без введения каких-либо дополнительных катализаторов и сорбентов. При этом оптимальный, с точки зрения технического результата процесса, диапазон соотношений азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты был определен экспериментально.

Изучение механизма происходящего процесса в задачу исследований не входило, однако для сопоставления результатов были проведены эксперименты по раздельной обработке окрашенной экстракционной фосфорной кислоты каждым из упомянутых реагентов в отдельности. Опыты показали (см. оп. N 1 в табл. 1 и оп. NN 1 и 2 в табл. 2), что в этих случаях необходимая степень обесцвечивания не достигается.

Одновременное введение в раствор фосфорной кислоты азотной кислоты и перекиси водорода также оказалось нецелесообразным, так как приводило к сильному вспениванию реакционной массы и значительному перерасходу перекиси водорода.

На основании изложенного можно сделать вывод, что отмеченный выше эффект является следствием воздействия на реакционную систему именно совокупности заявляемых признаков.

Можно предположить, что в данном случае в результате химических взаимодействий происходит образование промежуточного соединения - надазотной кислоты, обладающей высокой окислительной активностью. Однако по литературным данным образование надазотной кислоты обнаружено лишь при взаимодействии безводной недиссоциированной азотной кислоты со 100%-ной перекисью водорода /Б.Некрасов, "Курс общей химии", Госхимиздат, 1956, стр. 374/.

Проведенные исследования позволили определить оптимальный диапазон заявляемого соотношения азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1 и 2.

Как следует из приведенных данных, оптимальный, с точки зрения достижения максимальной эффективности процесса, диапазон соотношения азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты составляет (0,0003-0,001) : (0,002-0,008) : 1.

При уменьшении подаваемого в реакционную систему количества азотной кислоты (табл. 1, оп. N 2) и перекиси водорода (табл. 2, оп. N 3) наблюдалось снижение величины оптического пропускания.

Превышение заявленных пределов приводит к неоправданному перерасходу реагентов, что отрицательно сказывается на экономичности процесса (табл. 1, оп. N 5 и табл. 2, on. N 7).

Как показали проведенные исследования, выявленный эффект обесцвечивания загрязненной органическими окрашивающими примесями фосфорной кислоты наблюдается при проведении операции обработки фосфорной кислоты перекисью водорода в режиме температур, начиная с 40^oC. В табл. 3 приведены экспериментальные данные, подтверждающие заявляемый режим. Выбор температурного режима определяется возможностями конкретного пользователя с точки зрения минимизации затрат на аппаратурное оформление процесса.

Ниже приведен пример конкретной реализации заявляемого способа.

Исследованиям подвергалась экстракционная фосфорная кислота концентрации - 71 мас.%, загрязненная органическими окрашивающими примесями, оптическое пропускание A = 28%.

В реакционную емкость, выполненную из стали X18H10T и снабженную "рубашкой" для нагрева и перемешивающим устройством, заливают 30 кг экстракционной фосфорной кислоты, затем вводят 30 г азотной кислоты в виде 60%-ого раствора, что обеспечивает соотношение азотной кислоты и фосфорной кислоты 0,001:1, перемешивают и нагревают до 40^oC. После этого вводят 150 г перекиси водорода, что соответствует соотношению перекиси водорода и фосфорной кислоты 0,005: 1, и проводят выдержку реакционной смеси в данном температурном режиме до визуального обесцвечивания. Время выдержки составило 0,5 часа. Величина оптического пропускания A составила 85%.

Результаты экспериментальных исследований по выявлению оптимальных режимов проведения заявляемого способа приведены в таблицах 1-3.

Таким образом, заявляемый способ успешно позволяет решить проблему создания высокоэкономичной экологически чистой технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей с точки зрения достижения оптимальных показателей процесса, минимизации затрат, а также обеспечения современных требований охраны окружающей среды.