способ выделения кристаллогидрата нитрата кальция

Формула изобретения

1. Способ выделения кристаллогидрата нитрата кальция из азотно-фосфорно-кислого раствора, включающий его охлаждение, кристаллизацию, отделение кристаллов от маточного раствора, их обработку азотной кислотой, промывку обработанных кристаллов охлажденным нитратсодержащим раствором, отличающийся тем, что в качестве нитратсодержащего раствора для промывки обработанных кристаллов используют водный раствор азотной кислоты с концентрацией 5-35 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расход водного раствора азотной кислоты поддерживают в пределах 0,1-0,25 мас.ч. на 1 мас.ч. обработанных кристаллов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру водного раствора азотной кислоты поддерживают в пределах от минус 10 до плюс 5°С.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кристаллы после отделения от маточного раствора перед их обработкой азотной кислотой промывают охлажденным водным раствором азотной кислоты с концентрацией 5-35 мас.% и температурой от минус 10 до плюс 5°С, взятым в количестве 0,05-0,15 мас.ч. на 1 мас.ч. кристаллов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства сложных удобрений азотно-кислотным методом

Известен способ выделения кристаллогидрата нитрата кальция, предусматривающий охлаждение азотно-фосфорно-кислотного раствора, кристаллизацию, фильтрование или центрифугирование образующейся суспензии и отмывку кристаллов азотной кислотой от маточного раствора. Для отмывки кристаллов применяют исходную азотную кислоту, поступающую в производство с тем, чтобы промывной раствор использовать для разложения фосфатного сырья (Позин М.Е. Технология минеральных солей. Ч.II, Л.: “Химия”, 1974, с.1339-1342). В настоящее время современные производства сложных удобрений используют 58%-ную азотную кислоту. Такая высокая концентрация кислоты обуславливает ее значительные потери с кристаллогидратом нитрата кальция, что является недостатком известного способа.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ выделения кристаллогидрата нитрата кальция, включающий охлаждение азотно-фосфорно-кислого раствора, кристаллизацию, отделение кристаллов от маточного раствора, их обработку азотной кислотой, промывку обработанных кристаллов водным раствором нитрата кальция с концентрацией 20-40 мас.%, температурой от минус 10 до плюс 5°С (а.с. СССР №644733, МПК С 01 F 11/44, опубл. 30.01.79 г.).

Недостаток известного способа состоит в невысокой эффективности промывки кристаллов.

При попытки реализовать способ в промышленных условиях выяснилось, что при контакте промывного раствора со слоем кристаллов на фильтре, образуется корка на поверхности слоя, по внешнему виду похожая на ледяную и препятствующая проникновению промывного раствора внутрь слоя. В результате промывной раствор стекает по образовавшейся корке в корыто барабанного фильтра, и степень промывки составляет всего 15 отн.%.

Технической задачей, решаемой заявленным способом, является повышение эффективности промывки кристаллов.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе выделения кристаллогидрита нитрата кальция из азотно-фосфорно-кислого раствора, включающем его охлаждение, кристаллизацию, отделение кристаллов от маточного раствора, их обработку азотной кислотой, промывку обработанных кристаллов охлажденным нитратсодержащим раствором, согласно изобретению в качестве нитратсодержащего раствора для промывки обработанных кристаллов используют водный раствор азотной кислоты с концентрацией 5-35 мас.%. При этом расход водного раствора азотной кислоты поддерживают в пределах 0,1-0,25 мас.ч. на 1 мас.ч. обработанных кристаллов, температуру водного раствора азотной кислоты поддерживают в пределах от минус 10 до плюс 5°С, а кристаллы после отделения от маточного раствора перед их обработкой азотной кислотой промывают охлажденным раствором азотной кислоты с концентрацией 5-35 мас.% и температурой от минус 10 до плюс 5°С, взятым в количестве 0,05-0,15 мас.ч. на 1 мас.ч. кристаллов.

Пример 1

Азотно-фосфорно-кислый раствор, содержащий, мас.%: Р₂ О₅ – 10,9, Са – 9,9, HNO₃ – 7,5, в количестве 80 т/ч охлаждают в каскаде из трех циркуляционных кристаллизаторов до температуры минус 3°С, кристаллы тетрагидрата нитрата кальция отделяют на барабанном вакуумном фильтре от маточного раствора, промывают на фильтре 20%-ным водным раствором азотной кислоты с температурой минус 5°С. Количество водного раствора азотной кислоты, взятой на промывку, составляет 4,5 т, что соответствует удельному расходу 0,1 т на 1 т кристаллов. Кристаллы, снятые с фильтра в количестве 43,2 т/ч и содержащие 79% тетрагидрата нитрата кальция и 21% жидкой фазы, помещают в реактор-репульпатор, где обрабатывают 58,6%-ной азотной кислотой, взятой с температурой минус 5°С в количестве 24 т/ч. Обработанные азотной кислотой кристаллы отделяют от азотно-кислого раствора на втором барабанном фильтре в количестве 34,4 т/ч и содержащие 86% тетрагидрата нитрата кальция и 14% жидкой фазы, в том числе 8,2% HNO₃, промывают непосредственно на фильтре охлажденным до минус 5°C 20%-ным раствором азотной кислоты, взятым в количестве 7 т/ч. Промывка кристаллов на фильтре проходит без каких-либо видимых осложнений. При этом получают 32,1 т/ч промытых кристаллов тетрагидрата нитрата кальция и 9,3 т/ч промывного раствора.

Состав промытых кристаллов, мас.%:

Тетрагидрат нитрата кальция 86

Жидкая фаза 14

в том числе HNO₃ 3,6

Состав промывного раствора, мас.%:

HNO₃ 33

Нитрат кальция 21

Промытые кристаллы направляют на переработку в синтетический мел и нитрат аммония, а промывной раствор – на узел азотно-кислотного вскрытия апатитового концентрата.

Пример 2

Изменяют концентрацию раствора, используемого для промывки обработанных азотной кислотой кристаллов, а также его расход и температуру в следующих пределах:

Концентрация 5-35 мас.%

Расход 3,5-9 т/ч,

что соответствует удельному расходу 0,1-0,25 т на 1 т обработанных кристаллов

Температура от минус 10 до плюс 5°С

Изменяют также концентрацию, температуру и расход раствора, используемого для предварительной промывки кристаллов после отделения от маточного раствора. Промывка обработанных азотной кислотой кристаллов на фильтре проходит без каких-либо видимых осложнений, при этом получают промытые кристаллы тетрагидрата нитрата кальция, содержащие, мас.%:

Тетрагидрат нитрата кальция 84-87

Жидкая фаза 13-16

в том числе HNO₃ 1-4,5

Пример 3

Проводят опыт по прототипу. Для этого промывку кристаллов проводят 35%-ным раствором нитрата кальция с температурой 5°С. При промывке на поверхности кристаллов образуется монолитный слой, по внешнему виду напоминающий ледяную корку. В результате раствор нитрата кальция, подаваемый на слой кристаллов, стекает в корыто барабанного фильтра, не промывая кристаллы. Остаточное содержание азотной кислоты в кристаллах составляет 7-7,5 мас.%. Опыт прекращают.

Из представленных данных видно, что заявленный способ в отличие от способа по прототипу обеспечивает высокую эффективность отмывки кристаллов тетрагидрата нитрата кальция от азотной кислоты. Положительный эффект обеспечивается использованием для промывки кристаллов 5-35%-ного раствора азотной кислоты, который не претерпевает на поверхности кристаллов никаких превращений, препятствующих промывке.

Оптимальный удельный расход раствора азотной кислоты составляет 0,1-0,25 т на 1 т кристаллов. При меньшем расходе падает эффективность, при увеличении расхода более 0,25 т на 1 т кристаллов неоправданно возрастает количество вводимой в технологический процесс воды, что экономически нецелесообразно.

Оптимальный диапазон температур раствора азотной кислоты от минус 10 до плюс 5°С. При использовании раствора с температурой выше плюс 5°С снижается эффективность промывки из-за образования в слое осадка каналов вследствие растворения нитрата кальция в точках попадания струй раствора. Использование раствора, захоложенного ниже минус 10°С, не повышает эффективность промывки, но обуславливает повышение расхода холода.

Оптимальный диапазон концентрации раствора азотной кислоты 5-35 мас.%. Использование более разбавленного раствора обуславливает дополнительное обводнение технологического процесса, а применение раствора с концентрацией выше 35 мас.% приводит к снижению эффективности промывки.

Предварительная промывка кристаллов после их отделения от маточного раствора раствором азотной кислоты с концентрацией 5-35 мас.%, температурой от минус 10 до плюс 5°С и расходом 0,05-0,15 т на 1 т кристаллов до обработки азотной кислотой позволяет, видимо, за счет растворения самых мелких кристаллов уменьшить содержание жидкой фазы в кристаллах и тем самым создает условия для более эффективной отмывки обработанных азотной кислотой кристаллов.