способ очистки фосфата аммония

Формула изобретения

Способ очистки фосфатов аммония, включающий постадийную перекристаллизацию его из насыщенного водного раствора, отличающийся тем, что на первую стадию вводят предварительно очищенный моноаммонийфосфат, содержащий не более 1,5% SO₄, а каждая стадия перекристаллизации осуществляется в две ступени, на первой из которых ведут упарку раствора при температуре 100-105°С в течение 1-2 ч и активном перемешивании со скоростью 5-7 об/с до достижения отношения Ж:Т=1:1, а на второй ступени ведут охлаждение раствора до температуры 20-25°С в течение 3-4 ч при медленном перемешивании со скоростью 1-3 об/с до достижения отношения Ж:Т=1:1,776.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки фосфатов аммония с целью получения чистых и высокочистых продуктов, находящих широкое применение во многих отраслях промышленности, таких как химическая, пищевая, фармацевтическая и др.

Основным источником примесей в фосфате аммония являются примеси, содержащиеся в исходной фосфорной кислоте. В настоящее время технология получения чистых фосфатов основана на принципе очистки растворов экстракционной ортофосфорной кислоты до марок "чистая" ("ч"), "чистая для анализа" ("чда"), "химически чистая" ("хч") с последующей переработкой ее нейтрализацией аммиаком на фосфаты аммония. Для получения высокочистых фосфатов используют также термическую фосфорную кислоту.

Однако стоимость реактивных марок ортофосфорной кислоты достаточна высока, что обусловило необходимость поиска технологии получения фосфатов аммония исходя из дешевого сырья.

Наиболее дешевым сырьем является минеральное удобрение аммофос, состоящее на 75-85% из основного вещества и ряда труднорастворимых солей (фосфатов алюминия и железа, сульфата кальция и др.) и значительного количества сульфата аммония.

Известна принципиальная схема глубокой очистки аммофоса, состоящая из следующих стадий: растворение аммофоса; отделение раствора от нерастворимого остатка; обессульфачивание полученного раствора стехиометрическим количеством солей стронция, позволяющим снизить на два порядка содержание сульфатов с 8-10 до 0,1-0,5% мас.; проведение трех последовательных политермических перекристаллизации раствора концентрацией 47-52% NH₄ H₂PO₄ его нагреванием до температуры 90°С и последующим охлаждением до температуры 20°С в течение 6-7 часов при активном перемешивании (4-5 об/с). Вторую и третью стадии перекристаллизации проводили аналогично первой. С целью увеличения выхода продукта фильтраты после 2-й и 3-й перекристаллизации направляли на 1-ю и 2-ю стадии перекристаллизации соответственно. Выход фосфата аммония марки "чда" после двух стадий перекристаллизации составил 55%, марки "хч" после трех стадий перекристаллизации составил 32% от исходной массы аммофоса. (Искулов В.Ф. Разработка основ получения чистых фосфатов (NH ₄, Na, К, Са) из технического фосфата аммония (аммофоса). Автореферат канд. диссертации).

Недостатком способа является небольшой выход продукта и длительность процесса очистки (7-10 часов на каждую стадию).

Задача по устранению вышеописанных недостатков получения чистых и высокочистых марок фосфата аммония решена в предложенном способе глубокой очистки, заключающемся в том, что на первую стадию вводят предварительно очищенный моноаммонийфосфат, содержащий не более 1,5% SO₄, а каждая стадия перекристаллизации осуществляется в две ступени, на первой из которых ведут упарку раствора при температуре 100-105°С в течение 1-2 часов и активном перемешивании (6-7 об/с) до достижения отношения Ж:Т=1:1, а на второй ступени ведут охлаждение раствора до температуры 20-25°С в течение 3-4 часов при медленном перемешивании (1-3 об/с) до достижения отношения Ж:Т=1:1,776.

Сущность способа заключается в следующем. Предлагается использовать 2-ступенчатый процесс перекристаллизации на каждой стадии процесса глубокой очистки однозамещенного фосфата аммония. На 1-й ступени перекристаллизации используется метод изотермической кристаллизации однозамещенного фосфата аммония из его насыщенного раствора в результате интенсивного испарения воды при температуре 100-105°С в течение 1-2 часов и активном перемешивании (5-7 об/с). Процесс упарки осуществляется до достижения отношения Ж:Т=1:1 с одновременным выпадением кристаллов продукта, при этом концентрация основного вещества в растворе не меняется. На 2-й ступени перекристаллизации используется метод политермической кристаллизации однозамещенного фосфата аммония из его насыщенного раствора в процессе охлаждения раствора до температуры 20-25°С в течение 3-4 часов при медленном перемешивании (1-3 об/с) в результате понижения растворимости основного вещества. Процесс охлаждения протекает до достижения отношения Ж:Т=1:1,776.

Более длительная упарка насыщенного раствора фосфата аммония до достижения соотношения Ж:Т>1 на 1-й ступени приводит к ухудшению степени очистки продукта. При достижения соотношения Ж:Т<1 уменьшается выход продукта.

Вторая и третья стадии очистки протекают аналогично.

С целью увеличения выхода продукта фильтраты после 2-й и 3-й перекристаллизации направляли на 1-ю и 2-ю стадии перекристаллизации соответственно.

Выход фосфата аммония марки "чда" после двух стадий перекристаллизации составил 87%, марки "хч" после трех стадий перекристаллизации составил 63% от исходной массы очищенного однозамещенного фосфата аммония. Также снижается общее время протекания процесса с 7-10 часов до 4-6 часов на каждой стадии очистки. Очищенный однозамещенный фосфат аммония используется в спичечной промышленности и производится методом однократной перекристаллизации из аммофоса. Это позволило заменить стадию обессульфачивания и отказаться от использования в процессе очистки дорогостоящего карбоната стронция и использовать в процессе очистки более чистое исходное сырье.

Способ проиллюстрирован следующим примером.

Пример. К 1577 кг однозамещенного фосфата аммония, содержащего - 1,06%, Fe - 0,006%, Na+K - 0,065%, Pb - 0,0001% добавляют 1480 кг дистиллированной воды и 1587 кг фильтрата с 2-й стадии перекристаллизации.

Полученный раствор нагревают до температуры 105°С и при интенсивном перемешивании со скоростью 5-7 об/с выдерживают в течение 1,5 часов. Контроль отношения Ж:Т на первой ступени упарки осуществляется каждые 20 мин посредством отбора средней пробы суспензии через штуцер в днище или боковой стенке выпарного аппарата. Проба объемом 150±10 мл при открытом вентиле поступает самотеком в контрольную емкость. Полученная суспензия расфильтровывается на нутч-фильтре. Отношение Ж:Т определяется взвешиванием полученных после фильтрования фаз. По результатам отбора средних проб строится градуировочный график зависимости отношения Ж:Т от времени упарки при прочих равных условиях проведения процесса упарки: скорость перемешивания, постоянный объем исходных компонентов, температура упарки. Далее контроль процесса упарки проводят по показателю времени, определенному по градуировочному графику. При достижении отношения Ж:Т=1:1 нагревание прекращают и при медленном перемешивании со скоростью 1 об/с полученной суспензии дают остыть до температуры 25°С в режиме естественного охлаждения в течение 3,5 часов. Отношение Ж:Т на 2-й ступени составляет 1:1,776 соответственно.

При этом выпадает 1480 кг однозамещенного фосфата аммония с влажностью не более 4-6% при содержании - 0,2%, Fe - 0,0002%, Na+K - 0,03%, Pb - 0,00001%. После 5 минут сушки кристаллов полученного продукта остаточное содержание влаги не превышает 0,02%. Вторая перекристаллизация проводится аналогично первой. К 1480 кг однозамещенного фосфата аммония добавляют 1320 кг дистиллированной воды и 1170 кг фильтрата с 3-й стадии перекристаллизации.

При этом выпадает 1373 кг однозамещенного фосфата аммония с влажностью не более 4-6% при содержании сульфатов - 0,004%, Fe - 0,00002%, Na+K - 0,016%, Pb - 0,000001%.

Третья перекристаллизация проводится аналогично первой и второй. К 1373 кг однозамещенного фосфата аммония добавляют 1570 кг дистиллированной воды.

При этом выпадает 1048 кг однозамещенного фосфата аммония с влажностью не более 4-6% при содержании сульфатов - 0,002%, Fe - <0,00002%, Na+K - 0,01%, Pb - <0,000001%.