способ обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода, отличающийся тем, что перекись водорода вводят под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании и процесс ведут при температуре поступающей на обработку кислоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку кислоты перекисью водорода ведут либо до ее концентрирования, либо после него.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что обесцвеченную кислоту дополнительно пропускают через слой активированного угля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу обесцвечивания фосфорной кислоты, полученной в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей и применяемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации.

Известен способ обесцвечивания фосфорной кислоты при одновременной ее упарке перекисью водорода. Кислоту упаривают при температуре 100-200^oС, одновременно подавая перекись водорода в течение 1-4 ч. Затем кислоту охлаждают на 85-90^oС и пропускают в отсутствии воздуха сначала через слой активированного угля, а затем через слой карбида кремния или графита. (Заявка 3806822 ФРГ, С 01 В 25/222, 1989 г.).

Недостатком способа является то, что данный процесс возможно осуществлять только на графитовом оборудовании, что значительно удорожает его и ограничивает объем выпуска. Таким способом выпускают кислоту только для фармакологических целей.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода, по которому кислоту перед очисткой нагревают до 130-175^oС и обрабатывают паром одновременно с перекисью водорода. При этом перекись водорода подают прямотоком по отношению к кислоте. При проведении этого способа необходимо выдерживать указанный интервал температур, чтобы сохранить скорость реакции, с одной стороны, а с другой - сохранить целесообразное время обесцвечивания и снизить "проскок" перекиси.

Недостатком способа является то, что в интервале таких температур значительно увеличивается коррозия технологического оборудования и возрастают затраты энергии. (Патент РФ 1438607, заявитель ФРГ, С 01 В 25/234, 1988 г.).

Нами поставлена задача создать способ обесцвечивания фосфорной кислоты, полученной в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей, позволяющий снизить коррозию оборудования, снизить расход перекиси водорода, не снижая степени ее очистки от органических соединений.

Поставленная задача решена в предложенном способе обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты, включающем обработку ее водным раствором перекиси водорода, который вводят под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании, и процесс ведут при температуре поступающей на обработку кислоты.

Возможно обработку очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода вести как до, так и после стадии ее концентрирования.

Возможно обесцвеченную кислоту дополнительно пропускать через слой активированного угля.

Сущность способа заключается в следующем.

Фосфорная кислота, полученная в результате очистки экстракционной фосфорной кислоты методом жидкостной экстракции с использованием органических растворителей, обрабатывается водным раствором перекиси водорода. Основным отличием способа является изменение условий обработки очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода. Предлагается на обработку перекисью водорода направлять очищенную фосфорную кислоту как до, так и после стадии концентрации, имеющую температуру 30-80^oС и содержащую 38-62% P₂O₅. При этом необходимо определенным образом осуществлять ввод перекиси водорода в кислоту. Предлагается подавать перекись водорода под слой кислоты дискретно в 3-5 приемов равными долями в расчете от требуемого количества при перемешивании.

Под слой кислоты перекись вводят для того, чтобы вся перекись могла прореагировать в объеме кислоты. Это позволит экономно расходовать реагент.

Дискретность подачи перекиси обусловлена тем, что, как удалось установить экспериментально, процесс обесцвечивания очищенной фосфорной кислоты перекисью водорода носит автокаталитический характер. Во время индукционного периода происходит накопление активного комплекса до критической концентрации, после чего идет собственно процесс обесцвечивания кислоты (ход процесса контролируется по изменению величины коэффициента светопропускания при длине волны 440 нм в кювете толщиной 30 мм относительно воды). Этот процесс ускоряется с повышением температуры и концентрации P₂O₅ в очищенной фосфорной кислоте. Замечено также, что процесс обесцвечивания развивает в 2-3 раза быстрее максимальную скорость в случае, когда в кислоту введена только часть (30-20%) требуемого количества перекиси. Введение перекиси водорода в один или два приема не позволяет достичь необходимого коэффициента светопропускания. Поэтому, чтобы поддерживать развившуюся реакцию на максимальной скорости, и требуется дискретная подача определенной порции реагента в момент, когда скорость реакции после введения предыдущей порции начинает ослабевать. Порция перекиси, внесенная в следующий прием, продолжат процесс окисления на действующей скорости, т. к. в растворе присутствует достаточное количество активного комплекса и имеется дополнительное количество перекиси водорода. Как только скорость реакции начинает ослабевать, необходим ввод следующей порции, и так до тех пор, пока не будет введено все количество перекиси водорода.

Дозировка в 2 приема практически ничем не отличатся от однократной дозировки и не дает необходимого эффекта. Дозировка в 6 приемов усложняет процесс и не дает значительного улучшения качества кислоты. Масса одной порции рассчитывается из необходимого количества перекиси водорода для заданных условий протекания процесса и количества дозировок, которые определены экспериментально и подтверждены на практике.

Введение рассматриваемого процесса при температуре поступающей кислоты (30-80^oС) позволит использовать для аппаратурного оборудования легированные стали, используемые в основном процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты органическими растворителями (например, стали ЭИ-448, ЭИ-943), не опасаясь разрушения аппаратов и загрязнения кислоты продуктами коррозии. Этого количества тепла достаточно для осуществления предлагаемого способа, следовательно, нет необходимости дополнительного нагревания кислоты, как того требуют условия осуществления процесса по прототипу (130-175^oС), что позволяет значительно экономить тепловую энергию.

Использование предложенного способа позволит снизить коррозию оборудования, что особенно важно при выполнении его из металла, т.к. в нашей промышленности нет графитового оборудования. При этом значительно сокращаются затраты тепла при проведении процесса обесцвечивания кислоты и повышается эффективность (экономичность) расхода перекиси водорода.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Экстракционную фосфорную кислоту, полученную сернокислотным разложением апатита, очищают органическим растворителем (например, трибутилфосфатом) методом жидкостной экстракции и получают очищенную фосфорную кислоту концентрацией 38% P₂O₅, содержащую SO₄ 0,007%, Fe 0,0005%, Pb 0,0002%, As 0,0001%, а также примеси органических соединений (минерального происхождения, реагенты при обогащении руды, экстрагент). Полученную кислоту по трубопроводу подают в реактор периодического действия в количестве 5,3 т. Температура кислоты 30^oС, коэффициент светопропускания 60%.

В реактор под слой кислоты при перемешивании вводят 33,3 кг 30%-ного раствора перекиси водорода в три приема (равномерно делят на порции). Обработку кислоты ведут до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 96% (относительно воды при длине волны 440 нм в кювете толщиной 30 мм), после чего кислоту подают на концентрирование и концентрируют до 53-62% P₂O₅.

Пример 2. Очищенную фосфорную кислоту, полученную в условиях примера 1 и имеющую коэффициент светопропускания, равный 65%, концентрируют до 62% P₂O₅ и направляют по трубопроводу в реактор периодического действия в количестве 3,2 т. Температура кислоты 80^oС, коэффициент светопропускания 20%.

В реактор под слой кислоты при перемешивании подают в 5 приемов (равномерно делят на порции) 120 кг 30%-го раствора перекиси водорода. Обработку кислоты перекисью ведут до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 92%, после чего кислоту отгружают в качестве готовой продукции, содержащей 62% P₂O₅, 0,01% SO₄, 0,001% Fe, 0,0003% Pb, 0,0002% As.

Пример 3. Очищенную фосфорную кислоту, полученную в условиях примера 1, концентрируют до 53% P₂O₅, направляют из концентратора по трубопроводу через холодильник в реактор периодического действия. В реактор, содержащий 3,8 т кислоты, имеющей температуру 50^oС, коэффициент светопропускания 35%, подают под слой кислоты 100 кг 30%-го раствора перекиси водорода в 4 приема (равномерно делят на порции).

Кислоту перемешивают до достижения величины коэффициента светопропускания, равной 95%, после чего кислоту, имеющую состав 53% P₂O₅, 0,01% SO₄, 0,007% Fe, 0,0002% Pb, As, отгружают как продукт.