способ получения фосфорсодержащих удобрений

Формула изобретения

Способ получения фосфорсодержащих удобрений, отличающийся тем, что фосфорсодержащие удобрения получают электролизом в двухкамерном электролизере при плотности тока 0,1 А/см², в анодную камеру которого помещают дистиллерную жидкость, а в катодную - 10%-ный раствор фосфорной кислоты, и электролиз проводят до достижения слабокислой среды (рН 4-5).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности и используется для получения неорганических соединений, в частности к способам получения фосфорсодержащих удобрений электролизом. Изобретение также может быть использовано для переработки отходов содового производства.

Производство кальцинированной соды по аммиачному методу влечет за собой образование отходов содовой промышленности - так называемой дистиллерной жидкости, представляющей собой суспензию нерастворимых продуктов (СаСО ₃, CaSO₄, Са(ОН)₂, песка и др.) в растворе хлоридов натрия, кальция и аммония.

Применение дистиллерной жидкости для получения хлорида кальция полностью не решает проблему сброса отходов в сточную воду, так как масштабы потребления хлорида кальция сравнительно невелики.

Известен способ переработки фосфорсодержащих отходов с получением минеральных удобрений, сущность которого заключается в кислотной обработке фосфорсодержащего шлама - продукта обезвреживания сточных вод от экстракционной фосфорной кислоты (Патент RU 2243196, 12.01.2004 С1). Однако исходным сырьем в предлагаемом способе является отход, который содержит фосфор.

Проведенный авторами предлагаемого способа патентный поиск по способам получения фосфорных удобрений не выявил наиболее близких аналогов данного изобретения.

Существующие способы по утилизации дистиллерной жидкости посвящены в основном химическому синтезу отдельных кальцийсодержащих продуктов.

Наиболее близким по сущности изобретения, если отнести предлагаемое изобретение к способам переработки дистиллерной жидкости, можно назвать способ получения сахарата кальция (Патент RU (11) 2086654 (13) С1). Сущность изобретения в том, что сахарат кальция образуется при электролизе раствора хлорида кальция одного из компонентов дистиллярной жидкости. Электролиз проводится в электролизере с катионитовой мембраной, катодная камера которого содержит 7-10% сахарозы, анодная - 20-25%-ный раствор хлористого кальция. Анод - платина, платинированный титан, катод - сталь.

Недостатком данного способа является применение в качестве католита 7-10% раствора сахарозы, не проводящей электрический ток, что приводит к повышенному расходу электроэнергии. Кроме того, по данному способу перерабатывается только один из компонентов сточной воды.

Задачей предлагаемого способа является создание метода переработки отходов содовой промышленности - «дистиллерной жидкости» - с получением фосфорсодержащего удобрения.

Технический результат - улучшение экологической обстановки.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что электролиз проводится в двухкамерном электролизере, в котором в анодное пространство заливают водный раствор отхода содового производства (смесь хлоридов кальция, натрия и аммония), а в катодное - 10% раствор фосфорной кислоты. В данном случае использовали модельный раствор дистиллерной жидкости исходя из общих потерь при производстве соды:

CaCl₂ - 1 т/т соды,

NaCl - 0,5 т/т соды,

NH₃ - 10 кг/т соды,

NH₄Cl - 31,47 кг/т соды

с ионным составом: [Са²⁺ ] - 39 г/л; [Na⁺] - 21,27 г/л; [NH₄ ⁺] - 1,082 г/л.

В качестве катода использовали титановую пластинку, а в качестве анода - ОРТА.

В катодной камере происходит образование жидкого фосфорсодержащего удобрения за счет переноса ионов кальция, натрия и аммония через катионообменную мембрану, которое можно использовать в жидком состоянии или перевести в гранулированное состояние путем предварительного выпаривания воды. Электролиз необходимо проводить до достижения слабокислой среды (рН 4-5). При этом в катодной камере при взаимодействии ионов кальция, преобладающих в дистиллерной жидкости, с фосфат ионами в присутствии избытка фосфорной кислоты образуется в основном водорастворимый монокальций фосфат Са(H₂PO₄)₂ ·Н ₂О (двойной суперфосфат). Ионы натрия и аммония также взаимодействуют с фосфат ионами, образуя фосфаты натрия и аммония в концентрациях, соответствующих их содержанию в исходной дистиллерной жидкости. Наличие ионов аммония в растворе является преимуществом и способствует образованию фосфата аммония, являющегося комплексным удобрением, содержащим фосфор и азот. Дальнейшее осуществление электролиза до достижения более высоких значений рН приводит к образованию нерастворимых фосфатов кальция, осаждающихся на поверхности мембраны и препятствующих прохождению электрического тока. Кроме того, на аноде при электролизе выделяется ценный продукт - газообразный хлор, который поглощается раствором 1М NaOH с получением гипохлорита натрия (NaClO).

На чертеже представлена зависимость выхода по веществу фосфорсодержащего удобрения от плотности тока (Q=3,0 А·ч, С (H₃PO₄)=10%, анолит - дистиллерная жидкость). Как видно из чертежа, с увеличением плотности тока происходит увеличение выхода по веществу фосфорного удобрения до плотности тока 0,1 А/см². При плотности тока больше 0,1 А/см² при одном и том же количестве пропущенного электричества выходы фосфатов уменьшаются, что связано с перераспределением тока на процесс выделения водорода и хлора.

Пример 1. В катодную камеру электролизера, изготовленного из фторопласта, разделенного на катодное и анодное пространства с помощью катионитовой мембраны МК-40, заливают 200 мл 10% раствора фосфорной кислоты, а в анодную - раствор дистиллерной жидкости. Анод - ОРТА, катод - титан. Напряжение на электролизере 3,0 В, плотность тока 0,1 А/см². Выход по току монокальций фосфата 90%, выход по веществу - 69%.

Пример 2. Электролиз осуществляется по примеру 1, с тем отличием, что плотность тока составляет 0,3 А/см². Вход по току монокальций фосфата 80%, выход по веществу - 52%.

Предлагаемый способ переработки «дистиллерной жидкости» обладает рядом преимуществ:

- экономичность и доступность способа вследствие утилизации многотоннажных отходов содовой промышленности;

- при электролизе на электродах выделяется побочный продукт - хлор, используемый для получения хлорсодержащих соединений;

- экологическая чистота продукта.

Способ можно реализовать при утилизации отходов содовой промышленности с получением фосфорсодержащих удобрений, применяемых в сельском хозяйстве.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- предлагаемый способ можно использовать не только в лабораторных, но и в промышленных условиях;

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.