способ очистки экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30 - 50^oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40 - 80^oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, отличающийся тем, что экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5 - 5,5) : 1, и числе ступеней 1 - 6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при 30 - 60^oC продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции, и взятой в количестве 25 - 65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты, содержащей 25 - 300 ч. Fe и 250 - 2000 ч. SO₄ на млн ч. P₂O₅, часть которой возвращают в процесс на стадию промывки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс экстракции проводят в пульсационной колонне при интенсивности пульсации 100 - 600 мм/мин, а процесс промывки - при 200 - 1200 мм/мин.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ступенчатую промывку экстракта осуществляют продукционной кислотой со стадии водной реэкстракции, содержащей 35 - 50% P₂O₅.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что промывку проводят в 2 - 5 ступеней.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс водной реэкстракции проводят в пульсационной колонне, имеющей 3 - 8 ступеней, при интенсивности пульсации 400 - 1600 мм/мин с получением продукционной кислоты с содержанием 35 - 45% P₂O₅.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации, фармацевтических препаратов, для производства огнеупоров, огнеупорных связующих, керамики, стекла, для очистки и полировки металлов, производства фосфатирующих концентратов и др.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфатов, содержит значительное количество примесей, для удаления которых используют ряд методов, одним из которых является метод жидкостной экстракции органическими экстрагентами.

Известен способ очистки ЭФК-методом жидкостной экстракции с использованием трибутилфосфата (ТБФ) /Гриневич А.В., Кармышев В.Ф. и др. Очистка ЭФК из апатитового концентрата экстракцией три-n-бутилфосфатом. - Хим. промышленность, N 7, 1986, с. 21 - 23/. Процессы экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты осуществляют в смесителях-отстойниках ящичного типа в противотоке реагентов. Недостатком этого способа является невысокая эффективность, обусловленная невозможность одновременного повышения производительности и достижения оптимальной степени диспергирования фаз, вследствие чего аппарат приобретает большие размеры. Повышение температуры, которое необходимо для оптимизации протекающих процессов на стадиях экстракции и резкотракции в используемом аппарате, технически трудно с одной стороны, а с другой стороны из-за взрывоопасности используемых растворов ТБФ в керосине недопустимо повышение температуры реагентов выше 28^oC.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является известный способ очистки ЭФК /Патент РФ N 2075436, кл. C 01 B 25/46, 30.09.94, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30 - 50^oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фаз при температуре 40 - 80^oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фазе с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и реэкстракции.

По этому способу на стадии экстракции устанавливают объемное соотношение органической и водной фаз (V_о:V_в), равное 3:1, процесс осуществляют в режиме пульсации с интенсивностью 400 - 1600 мм/мин при температуре 30 - 50^oC. На стадии реэкстракции объемное соотношение органической и водной фаз поддерживают равным 4: 1, процесс осуществляют в режиме пульсации с интенсивностью 400 - 1600 мм/мин при температуре 40 - 80^oC, при этом получают очищенную фосфорную кислоту с массовой концентрацией P₂O₅ 35 - 41%, содержащую 400 - 600 частей Fe и 3500 - 6000 частей SO₄ на млн. частей P₂O₅. Выход продукта не превышает 50%, удельный расход ЭФК составляет 2 т P₂O₅ на 1 т P₂O₅ в очищенной фосфорной кислоте.

Опыт работы по данному способу выявил ряд его основных недостатков.

Прежде всего качество полученной очищенной фосфорной кислоты по таким показателям, как железо и сульфаты, не позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей пищевой квалификации без дополнительной очистки. Кроме того, недостаточно высокий выход продукта в условиях проведения известного процесса, не превышающий 50%, обуславливает образование в качестве побочного продукта значительного количества рафината, что увеличивает удельный расход ЭФК. Проведение процесса связано с повышенными энергозатратами (главным образом, электроэнергии и сжатого воздуха на пульсацию).

Нами поставлена задача улучшения качества очищенной фосфорной кислоты, увеличения выхода продукта, снижения удельного расхода сырья и энергоресурсов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30 - 50^oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при температуре 40 - 80^oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, в котором экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5 - 5,5):1, и числа ступени 1 - 6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при температуре 30 - 60^oC продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции и взятой в количестве 25 - 65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты, содержащей 25 - 300 частей Fe и 250 - 2000 частей SO₄ на млн. частей P₂O₅, часть которой возвращают в процесс на стадию промывки.

Основными отличиями предлагаемого способа являются:

- увеличение объемного соотношения органической и водной фаз до (2,5 - 5,5): 1 и проведение его в 1 - 6 ступеней, что позволяет интенсифицировать процесс экстракции.

- введение в процесс очистки ЭФК дополнительной стадии ступенчатой промывки экстракта, полученного на стадии экстракции, частью продукционной кислоты, полученной на стадии водной реэкстракции. Промывку проводят с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации и при температуре 30 - 60^oC;

- проведение процесса реэкстракции в условиях, обеспечивающих получение продукционной кислоты более высокой степени чистоты, которая может быть использована в производстве фосфорных солей пищевой квалификации и фармацевтических материалов.

Для осуществления предлагаемого способа на стадиях экстракции, промывки экстракта и реэкстракции используют пульсационные колонны с оптимальным количеством ступеней контакта фаз на каждой стадии.

Сущность способа заключается в следующем.

На стадии экстракции ЭФК обрабатывают трибутилфосфатом в колонне. Реагенты движутся в режиме противотока. В рабочей зоне колонны происходит их смешение с образованием эмульсии под воздействием пульсации, в результате которого осуществляется массообмен по фосфорной кислоте между ЭФК и трибутилфосфатом. ТБФ экстрагирует H₃PO₄ из ЭФК (образуется экстракт), одновременно ЭФК обедняется по H₃PO₄ (образуется рафинат). Кроме основного компонента (H₃PO₄) ТБФ экстрагирует также примеси, содержащиеся в ЭФК, но в значительно меньшем количестве, чем H₃PO₄. Главная цель этой стадии как можно полнее провести экстракцию H₃PO₄ из ЭФК в экстрагент (ТБФ) с наименьшими энергозатратами, в частности за счет снижения расхода сжатого воздуха на пульсацию в результате уменьшения интервала значений интенсивности пульсации. Эффективность проведения стадии экстракции определяется параметрами, от значения величин которых зависит массообмен H₃PO₄, направленный из водной фазы в органическую: объемное соотношение органической и водной фаз, число ступеней контакта, интенсивность пульсации, температура.

Таким образом, экстракт, полученный на стадии экстракции, кроме H₃PO₄ содержит некоторое количество примесей, которые практически полностью переходят в очищенную фосфорную кислоту на стадии реэкстракции. Для того чтобы снизить содержание примесей в экстракте и улучшить качество кислоты, полученной из него, вводят в процесс дополнительную стадию - стадию промывки экстракта. Промывку проводят в таких условиях (число ступеней контакта, интенсивность пульсации, количество и концентрация промывной кислоты), чтобы максимально удалить примеси из экстракта в промывную кислоту, не вымывая при этом H₃PO₄. Одновременно качество выводимой со стадии промывки кислоты должно удовлетворять соответствующим требованиям, позволяющим использовать ее в производстве технических фосфорных солей.

Промытый экстракт обрабатывают водой в противотоке с целью максимально возможной реэкстракции H₃PO₄ в водную фазу. На этой стадии необходимо также создать условия (объемное соотношение фаз, число ступеней контакта, интенсивность пульсации, температура), обеспечивающие интенсивный массообмен H₃PO₄, направленный из органической фазы в водную, с одновременным получением очищенной фосфорной кислоты заявленного качества.

Условия проведения процесса очистки ЭФК на каждой стадии строго регламентированы и подобраны таким образом, чтобы получить максимальный эффект по достижению цели заявленного способа на отдельной стадии и всего процесса в целом. Обоснования выбранных интервалов заявляемых параметров приведены в табл. 1.

Сравнение предлагаемого способа с известным показывает, что он обладает рядом преимуществ, обеспечивающих процессу более высокие технические характеристики:

1. Интенсификация процесса экстракции, позволяющая увеличить выход продукции на 20 - 70%.

2. Уменьшение объема рафината как побочного продукта, используемого в производстве удобрений на 20 - 70%.

3. Снижение удельного расхода ЭФК на 15 - 41%.

4. Сокращение удельного расхода энергоресурсов: электроэнергии и сжатого воздуха в среднем на 35%.

5. Снижение себестоимости.

6. Возможность получения кислоты двух марок, из них, как минимум, 50% получается кислоты, в которой количество примесей железа по сравнению с аналогом снижено в 2 - 25 раз, а сульфатов - в 2 - 20 раз.

Способ проиллюстрирован примером, другие примеры осуществления способа представлены в табл. 2.

Пример. Очистке подвергают ЭФК, полученную из апатитового концентрата, предварительно очищенную от свободной серной кислоты, соединений фтора и твердых веществ и содержащую, мас.%: P₂O₅ 50 - 54; Fe 0,25 - 0,4; SO₄ 0,25 - 0,5. В верхнюю часть экстракционной колонны подают 2329 кг/час ЭФК. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют ТБФ-ом при объемном соотношении фаз V_о:V_в = 3,4: 1 в 2,5 ступени противотоком. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 300 мм/мин и поддерживают температуру 40^oC. Из ЭФК извлекают 70% P₂O₅ и получают 1201 кг/час рафината, содержащего 28,5% P₂O₅. Рафинат смешивают с ЭФК, аммонизируют и получают стандартный аммофос.

6255 кг/час экстракта, содержащего 70% P₂O₅ от вводимого с ЭФК, обрабатывают в 3 ступени 946 кг/час продукционной кислоты, взятой со стадии реэкстракции в колонне в режиме пульсации с интенсивностью 500 мм/мин и температуре 45^oC. 946 кг/час промывной продукционной кислоты, содержащей 37,9% P₂O₅, 600 частей Fe и 6000 частей SO₄ на млн.частей P₂O₅, выводят со стадии промывки и непосредственно используют в производстве тринатрийфосфата или фосфатирующих концентратов марок КФ-1, КФ-2, КФА-8 и др.

Из промытого экстракта, содержащего 14% P₂O₅, водной реэкстракцией в колонне в режиме пульсации с интенсивностью 1200 мм/мин и температуре 50^oC в 5 ступеней получают водный раствор очищенной кислоты в количестве 2102 кг/час, которая содержит 37,9% P₂O₅, 147 частей Fe и 1579 частей SO₄ на млн. частей P₂O₅. 45% от общей массы очищенной кислоты возвращают в процессе на стадию промывки, 55% - упаривают до 53% P₂O₅ и отправляют потребителю для получения пищевого диаммонийфосфата.