способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты

Формула изобретения

1. Способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы водой при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на очистку, отличающийся тем, что очистку экстрагента проводят путем промывки водой при объемном соотношении V _э:V_в=(1÷2):1, температуре 20÷55°С, в 1-2 ступени с последующей передачей образующейся водной фазы в процесс очистки фосфорной кислоты и подачей экстрагента на стадию вакуумной дистилляции, проводимой при давлении 5÷20 мм рт.ст. и температуре 140-200°С, с образованием дистиллята, возвращаемого в процесс очистки фосфорной кислоты, и кубового остатка, передаваемого на утилизацию или повторную вакуумную дистилляцию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумную дистилляцию проводят в периодическом режиме при соотношении между числом загрузок экстрагента (n_э) в дистиллятор и отгрузок кубового остатка (n_{куб. ост.} ), равном n_э:n_{куб.ост.} =(7÷1):1.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что объемную долю дистиллята к загружаемому экстрагенту поддерживают на уровне 60÷90%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты, полученной сернокислотным разложением природных фосфатов с помощью жидкостной экстракции трибутилфосфатом с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой.

Экстракцию и реэкстракцию осуществляют в пульсационных колоннах путем смешения водной и органической фаз при температуре экстракции 30-50°С и температуре реэкстракции 40-80°С с ведением процессов смешения водной и органических фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на очистку.

Очистку экстрагента проводят путем промывки водой при объемном соотношении V _э:V_в=(1÷2):1, температуре 20÷55°С, в 1-2 ступени с последующей передачей образующейся водной фазы в процесс очистки фосфорной кислоты. Экстрагент передается на стадию вакуумной дистилляции, проводимой при давлении 5÷20 мм рт.ст. и температуре 140-200°С, с образованием дистиллята и кубового остатка. Полученный дистиллят возвращается в процесс очистки фосфорной кислоты, кубовый остаток передается на утилизацию или повторную дистилляцию.

Способ позволяет снизить содержание загрязняющих веществ в экстрагенте, сократить число стадий процесса отмывки, уменьшить продолжительность операции очистки, исключить процесс отмывки экстрагента содовым раствором и, как следствие этого, устранить необходимость организации процесса выделения из щелочных растворов таких загрязняющих веществ, как гуминовые смоляные кислоты, а также стадии фильтрации гуминовых кислот на вакуум-фильтре.

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфатных солей технической и пищевой квалификации.

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.

Экстрагент после многократной циркуляции в замкнутом цикле производства очищенной фосфорной кислоты накапливает органические примеси (смолистые и гуминовые вещества) до 2 г/л, которые экстрагируются из ЭФК. Накопление в экстрагенте примесей ухудшает разделение водной и органической фаз, вызывает образование межфазных слоев и эмульсий, что приводит к ухудшению гидродинамики процесса. Эти проблемы приводят к снижению выхода продукта, загрязнению получающейся кислоты, а также к остановкам для очистки оборудования от межфазных слоев. Поэтому обязательным условием успешного выполнения процесса очистки является организация стадии регенерации экстрагента.

Описан способ обработки трибутилфосфата (ТБФ) перманганатом калия, содовым раствором, водой и вакуумной перегонкой при 100-110°С [1]. Однако в данном случае проводится очистка ТБФ технического или реактивной квалификации до более чистого состояния.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ восстановления экстрагента в процессе очистки экстракционной фосфорной кислоты (Патент РФ №2264980, Кл. С01В 25/46, 23.11.2004 г.) [2], включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы водой при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на промывку щелочным раствором и водой с последующим возвращением его на стадию экстракции, а водную фазу, представляющую собой щелочной раствор, обрабатывают фосфорной кислотой с последующим отделением смолистых веществ и раствора солей фосфорной кислоты, отличающийся тем, что щелочной раствор обрабатывают фосфорной кислотой концентрацией 20-54% Р₂О ₅ при 10-60°С, при объемном соотношении V _щ:(V₁+V₂)=(0,4-2,5):1 последовательно в две стадии, разделяя поток фосфорной кислоты в объемном соотношении V₁:V ₂₌1:(0,5-13) с получением на I стадии солевых растворов с рН 4-7, на II стадии с рН 1-3 и последующим отделением от них смолистых веществ на I стадии отстаиванием и декантацией, на II стадии фильтрацией.

К недостаткам способа относится невысокая степень очистки экстрагента от органических примесей (гуминовых и смолистых веществ) - не выше 37,5%. К прочим недостаткам относится также образование щелочных растворов, которые содержат до 1,5 г/л смолистых и гуминовых веществ. Для утилизации щелочных растворов проводится двухстадийное подкисление растворов очищенной фосфорной кислотой из системы очистки до рН=1-3 для выделения гуминовых веществ в твердую фазу с последующим отделением их фильтрацией через слой фильтровальной ткани и/или активированного угля.

Нами поставлена задача создания более эффективного способа восстановления экстрагента, который привел бы к повышению степени очистки экстрагента от примесей, ликвидации щелочных растворов, для утилизации которых требуется узел очистки от гуминовых и смолистых веществ.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30-50°С с выделением рафината и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы водой при 40-80°С с получением очищенной фосфорной кислоты и последующую циркуляцию экстрагента, при этом экстракцию и реэкстракцию ведут смешением водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации с выделением части циркулирующего экстрагента на очистку.

Основные отличия предлагаемого способа.

1. Сначала проводят промывку экстрагента водой при объемном соотношении V_э:v _в=(1÷2):1, температуре 20÷55°С, в 1-2 ступени. Образующийся раствор фосфорной кислоты передается на утилизацию в процесс очистки фосфорной кислоты. Отмытый экстрагент подается далее на стадию вакуумной дистилляции при давлении 5÷20 мм рт.ст. и температуре 140-200°С, с образованием дистиллята, возвращаемого в процесс очистки фосфорной кислоты и кубового остатка, передаваемого на утилизацию или повторную вакуумную дистилляцию.

2. Вакуумную дистилляцию проводят в периодическом режиме при соотношении между числом загрузок экстрагента (n _э) в дистиллятор и отгрузок кубового остатка (n _{куб.ост.}), равном n_э:n _{куб.ост.}=(7÷1):1.

3. Объемную долю дистиллята к загруженному экстрагенту поддерживают на уровне 60÷90%.

Степень очистки дистиллята от примесей составляет 97,8-99,5%.

Отсутствует стадия щелочной промывки экстрагента, стадия подкисления щелочного раствора в две ступени и стадия отделения органических веществ на фильтре.

Пример 1.

200 мл экстрагента из системы очистки экстракционной фосфорной кислоты трибутилфосфатом с содержанием 1,6% P₂O₅ , нагретого до 50°С, перемешивают в течение 15 мин с 200 мл воды, нагретой до 50°С (соотношение фаз 1:1). Далее смесь разделяют на делительной воронке на органическую и водную фазы. Органическая фаза подвергается еще одной промывке водой при температуре 50°С и соотношении V_э:V _в=1:1. На делительной воронке проводится разделение органической и водной фаз. Полученная водная фаза объединяется с водной фазой, полученной на I ступени водной промывки. Концентрация фосфорной кислоты в объединенной пробе составляет 0,75% в расчете на P ₂O₅. Отмытый от фосфорной кислоты экстрагент с удельным весом 0,978 г/см³ и остаточным содержанием фосфорной кислоты 0,07% P ₂O₅ подается на вакуумную дистилляцию, которая проводится при давлении 15 мм рт.ст. и температуре 170°С. В ходе дистилляции из 200 мл экстрагента выделилось 132 мл дистиллята, таким образом, объемный выход дистиллята составил 66%. Оценка качества дистиллята проводится путем сравнения оптической плотности поглощения образцов экстрагента до и после дистилляции. Измерения оптической плотности проводилось в области 197-300 нм. Так, до дистилляции оптическая плотность составляла 52,0 единиц, после дистилляции 0,4321. Степень очистки экстрагента от смолистых и гуминовых веществ составила

Объем кубового остатка составил 68 мл. Соотношение между числом загрузок экстрагента и выгрузок кубового остатка n_э: n_{куб. ост.}=1:1.

Примеры 2-5 приведены в таблице.

В примере 2 приведены параметры дистилляции, когда после проведения одной дистилляции кубовый остаток не выливался из дистиллятора, а к нему приливалась еще одна порция экстрагента, т.е. соотношение n _э:n_{куб.ост.} составило 2:1. В примерах 3 и 4 это соотношение выросло соответственно до 4 и 6.

Таблица.
Наименование параметра		Согласно формуле	Пример
			2	3	4	5
Объем экстрагента на очистку, мл			200	200	200	200
Температура, °С			50	55	50	40
Оптическая плотность экстрагента			52	52	52	52
Вода на промывку	Объем, мл		200	100	200	200
	Температура,°С	20÷55	50	55	30	40
	Соотношение Vэ:Vв	(1÷2):1	1:1	2:1	1:1	1:1
	Число ступеней промывки	1-2	2	2	2	2
Вакуумная дистилляция	Давление, мм. рт.ст.	5-20	7,6	15	17	15,2
	Температура, °С	140-200	160	170	180	154
	Соотношение nэ:nкуб.ост.	(7÷1):1	2:1	4:1	6:1	1:1
	Объемная доля дистиллята к загруженному экстрагенту, %	60÷90	66	76	86	77
Оптическая плотность дистиллята			0,2194	0,8094	1,117	0,99
Степень очистки экстрагента на стадии дистилляции, %			99,6	98,4	97,8	98,1

Источники информации

1. М.Л.Хохлов, Е.К.Легин. Радиохимия, 1988 г., т.30, №4, с.484-488.

2. Патент РФ N2264980, МПК ⁷ С01В 25/46.