способ переработки фосфатного сырья на фосфорную кислоту

Формула изобретения

1. Способ переработки фосфатного сырья на фосфорную кислоту, включающий предварительную обработку его смесью, содержащей часть серной кислоты и фосфорную кислоту, при повышенной температуре в течение 3-5 мин с последующей обработкой полученной массы серной и фосфорной кислотами, кристаллизацией сульфата кальция и отделение продукционной фосфорной кислоты фильтрацией, отличающийся тем, что на предварительную обработку сырья серную кислоту вводят в количестве 10-20% от стехиометрии в расчете на СаО и процесс ведут при температуре не ниже 90^oС.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что Ж:Т на стадии предварительной обработки сырья поддерживают равным (0,2-0,8):1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу переработки фосфатного сырья, содержащего СО₂ и Сl, на фосфорную кислоту.

Известен способ переработки карбонатсодержащего фосфатного сырья на фосфорную кислоту путем переработки его оборотной фосфорной кислотой концентрацией 15-18% P₂O₅ в течение 5-20 мин при 30-60^oС до остаточного содержания СО₂ в сырье 2-4% с последующей обработкой полученной пульпы 75-92% серной кислотой, разделением смеси с отделением сульфата кальция и выводом продукционной фосфорной кислоты (А.С. СССР 513930, кл. C 01 B 25/22, 1976 г.).

Недостатком этого способа является повышенное остаточное содержание СO₂ в сырье и повышенное пенообразование при дальнейших стадиях переработки.

Для снятия достаточно высокого ценообразования при переработки карбонатсодержащего фосфатного сырья на фосфорную кислоту был разработан способ, включающий предварительную обработку фосфатного сырья серной кислотой и циркулирующей из экстрактора пульпой, являющейся наиболее близким к предлагаемому нами способу переработки фосфатного сырья на фосфорную кислоту.

По этому способу стадию предварительной обработки фосфатного сырья ведут при отношении Ж:Т в пульпе, равном (0,5-0,8):1, температуре 70-75^oС и норме серной кислоты 70-100% от стехиометрии на содержание СО₂ в фосфорите (или 4,5-6,5% от стехиометрии в расчете на СаО). Время контакта реагентов 3-5 мин. Декарбонизацию фосфатного сырья проводили в небольшом по объему аппарате, снабженным перемешивающими устройствами. Далее полученная пульпа поступала в экстрактор и перерабатывалась по известной схеме получения фосфорной кислоты, то есть обрабатывалась смесью оборотной фосфорной и серной кислотами, с последующей кристаллизацией осадка сульфата кальция и отделением продукционной фосфорной кислоты ("Особенности переработки различных видов фосфатного сырья в экстракционную фосфорную кислоту". Обзорная информация НИИТЭХИМ. 1985 г. Серия: минеральные удобрения и серная кислота, с. 20-21).

Данный способ позволяет достаточно полно провести декарбонизацию фосфатного сырья, практически снять ценообразование при дальнейшей переработки его на фосфорную кислоту.

Однако по этому способу можно переработать только фосфаты, содержащие в качестве примесей СО₂ (например, Каратау), и невозможно перерабатывать фосфориты, содержащие Сl.

Задачей изобретения была разработка способа переработки фосфатного сырья, содержащего очень большое количество хлора (Иранские фосфориты). В состав этого сырья входит 3% СО₂ и 0,3% Сl (тогда как в фосфатном сырье Каратау не более 0,03-0,05% Cl, который практически не влияет на процесс).

Поставленная задача решена в предлагаемом способе переработки фосфатного сырья на фосфорную кислоту, включающем его предварительную обработку смесью, содержащей часть серной и фосфорной кислоты, при повышенной температуре в течение 3-5 мин с последующей обработкой полученной массы оборотной фосфорной и серной кислотами, кристаллизацией осадка сульфата кальция и отделения продукционной фосфорной кислоты. По этому способу на стадию предварительной обработки фосфатного сырья подают серную кислоту в количестве 10-20% от стехиометрии в расчете на СаО и процесс ведут при температуре не ниже 90^oС. В качестве фосфорной кислоты, подаваемой на стадию предварительной обработки фосфатного сырья, используют либо оборотную фосфорную кислоту, полученную на основных стадиях процесса получения фосфорной кислоты, либо циркулирующую пульпу, содержащую фосфорную кислоту. Целесообразно соотношение Ж:Т на стадии предварительной обработки фосфатного сырья поддерживать равным (0,2-0,8): 1, далее процесс получения фосфорной кислоты ведут известными методами (обработка оборотной фосфорной и серной кислотами, кристаллизация сульфата кальция и отделение продукционной фосфорной кислоты).

Сущность способа заключается в следующем. Как известно, технологическое оборудование при многотоннажном получении фосфорной кислоты является очень объемным и при большом количестве хлора в сырье подвержено сильной коррозии, что практически делает невозможным переработку такого сырья в обычном технологическом оборудовании. В связи с этим необходимо до основной переработки удалить хлор из фосфатного сырья. Стадия предварительной обработки фосфатного сырья направлена не только на то, чтобы снять пенообразование (то есть декарбонизировать его), но и удалить на этой стадии хлор в виде НСl в газовую фазу. Этот эффект может быть достигнут только при сочетании таких факторов, как температура, норма подаваемой на стадию предварительной обработки серной кислоты, а также Ж:Т в смеси. Температура должна быть не менее 90^oС, так как при более низкой температуре в газовую фазу выделяются пары воды, а не НСl. Эффект выделения НСl в газовую фазу в не меньшей степени зависит и от количества подаваемой на эту стадию серной кислоты. При расходе серной кислоты менее 10% от стехиометрии в расчете на СаО будет происходить декарбонизация фосфатного сырья, но не его дехлорирование, при повышении нормы серной кислоты дехлорирование при указанной температуре увеличивается, но при превышении нормы выше 20% наблюдается снижение коэффициента извлечения Р₂O₅ на основных стадиях процесса. Указанное соотношение Ж:Т на этой стадии обусловлено необходимостью практически полной декарбонизации фосфатного сырья. Однако температура и повышенное количество серной кислоты позволяют работать в более широком интервале, а именно Ж:Т, равном (0,2-0,8):1. При этом следует отметить, что только соблюдение всех условий, а именно температуры, нормы серной кислоты и соблюдение соотношения Ж:Т, позволяют добиться практически полного дехлорирования и декарбонизации фосфатного сырья. Так как эту стадию ведут в сравнительно небольшом по объему аппарате и в короткий промежуток времени - 3-5 мин, то выполнение его из коррозионностойких материалов не вызовет существенного увеличения стоимости технологического оборудования.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1.

В смеситель объемом 3,0 м³ подают 50 т/ч Иранского фосфорита, содержащего 37% Р₂O₅, 51,5% СаО и 0,28% Сl, 20 т/ч циркулирующей пульпы при Ж:Т=2:1 и 4,9 т/ч серной кислоты концентрацией 92%. Расход серной кислоты составляет 10% от стехиометрии на СаО в фосфате. В смесителе поддерживают температуру 100^oС. Получают пульпу с соотношением Ж:Т=0,2:1 и степенью дехлорации фосфата 82% (остаточное содержание Сl в фосфате 0,05%). Время пребывания реагентов в смесителе 4,6 мин. Пульпу подают в экстрактор, куда добавляют 44,1 т/ч серной кислоты и 157 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 17% Р₂O₅. Процесс проводят при температуре 80^oС, соотношении Ж:Т в пульпе 2:1, концентрации P₂O₅ в жидкой фазе пульпы 28% с достижением коэффициента извлечения P₂O₅ в раствор 98,5%. Из экстрактора 20 т/ч пульпы подают в смеситель, а 240 т/ч пульпы подают на вакуум-фильтр, где проводят фильтрацию и промывку осадка сульфата кальция, коэффициент отмывки 99%.

Пример 2.

В смеситель объемом 3,0 м³ подают 50 т/ч Иранского фосфорита, содержащего 37% Р₂O₅, 51,5% СаО и 0,28% Сl, 40 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 17% P₂O₅ и 9,8 г/ч серной кислоты концентрацией 92%. Расход серной кислоты составляет 20% от стехиометрии на СаО в фосфате. В смесителе поддерживают температуру 95^oС. Получают пульпу с соотношением Ж:Т=0,8:1 и степенью дехлорации фосфата 90% (остаточное содержание Сl в фосфате 0,028%). Время пребывания реагентов в смесителе 3 мин. Пульпу подают в экстрактор, куда добавляют 39,2 т/ч серной кислоты и 117 т/ч оборотной фосфорной кислоты концентрацией 17% Р₂O₅. Процесс проводят при температуре 80^oС, соотношении Ж: Т в пульпе (2,0-2,5): 1, концентрации P₂O₅ в жидкой фазе пульпы 28% с достижением коэффициента извлечения Р₂О₅ в раствор 98,3%. Из экстрактора пульпу подают на вакуум-фильтр, где проводят фильтрацию и промывку осадка сульфата кальция, коэффициент отмывки 98,6%.