способ обесфторивания апатита

Формула изобретения

1. Способ обесфторивания апатитового концентрата, включающий добавление кислоты в реактор к смеси апатитового концентрата и воды, отличающийся тем, что в качестве кислоты используют фосфорную кислоту с концентрацией 90%, перед добавлением кислоты ее нагревают, а после добавления кислоты осуществляют отгонку парогазовой смеси и ее поглощение, затем осуществляют понижение давления, после этого производят повторную отгонку, поглощение парогазовой смеси, разделение фаз и продуктов обесфторивания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фосфорную кислоту нагревают до температуры 145°С и затем добавляют в реактор при непрерывном перемешивании к смеси апатитового концентрата и воды, имеющей температуру 170-180°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после добавления фосфорной кислоты при давлении 6,5-7 атм и температуре 240°С производят отгонку и поглощение парогазовой фазы.

4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что при понижении давления до 1 атм производят пуск водяного пара при давлении 14-16 атм, затем отгонку и поглощение парогазовой фазы.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что после окончания отгонки при давлении в реакторе 1 атм и температуре 20°С производят разделение фаз и продуктов обесфторивания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области комплексной переработки фосфатного сырья. В результате реализации предложенного способа получают обесфторенные фосфаты кальция, которые используются как удобрения, кормовые и пищевые фосфаты. Продуктами переработки являются также чистый концентрат фосфатов редкоземельных элементов и стронция, а также различные фторсодержащие продукты. Изобретение относится и к области создания экологически чистых технологических схем. В предложенном способе загрязнения окружающей среды отсутствуют.

Описаны различные способы обесфторивания апатита при его переработке по фосфорнокислотной и сернокислотной схемам. При температурах до 400°С не происходит полного обесфторивания, которое достигается лишь при 1300-1500°С (Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. Л.: Химия, 1989, с.197-198).

Известен способ получения двойного суперфосфата при обработке апатитового концентрата фосфорной кислотой в две стадии при температурах 115-130°С. В результате получают продукт, содержащий 0,65% фтора. Фторсодержащие газы улавливают лишь частично. Процесс заканчивается только при десятидневной выдержке. При использовании смеси фосфорной и серной кислот и добавлении «белой сажи» получают продукт с содержанием фтора 0,6% при десятидневном вызревании (Описание изобретения. Заявка № 560865, опубл. 05.06.77. Бюллетень № 21).

Известен способ снижения содержания фтора при обработке суспензии апатитового концентрата с водой 98% серной кислотой в двухстадийном процессе без нагрева. На второй стадии добавляют рециркуляционную пульпу. Концентрация фтора в продукте 1,01% (Авторское свидетельство СССР № 1465436, кл. С05В 1/02, 1987).

Описан способ обесфторивания апатита после разложения его серной кислотой (65%), где после схватывания в смесь добавляют при 90°С острый пар при 123°С и давлении 5 атм. Смесь перемешивают 30 мин. Содержание фтора после перемешивания 0,75% (Описание изобретения. Заявка № 582236, опубл. 30.11.77. Бюллетень № 44). Этот способ взят в качестве прототипа. В этом способе не достигается полное обесфторивание исходного сырья. Основное количество фтора попадает в атмосферу. Фтор остается также в продукте переработки, который является смесью ортофосфатов и сульфатов кальция, железа, алюминия, а также остродефицитных редкоземельных элементов и стронция. Таким образом, эти элементы попадают в почву, теряются и загрязняют окружающую среду.

Целью предлагаемого способа является полное удаление фтора из реакционной смеси и получение различных фторсодержащих продуктов, получение обесфторенных фосфатов кальция, обесфторенного концентрата РЗЭ и стронция при обеспечении экологической чистоты процесса.

Поставленная задача была решена настоящим изобретением.

В способе обесфторивания апатитового концентрата, включающем добавление кислоты в реактор к смеси апатитового концентрата и воды, согласно изобретению используют фосфорную кислоту с концентрацией 90%, перед добавлением кислоты ее нагревают, а после добавления кислоты осуществляют отгонку парогазовой смеси и ее поглощение, затем осуществляют понижение давления, после этого проводят повторную отгонку, поглощение парогазовой смеси, разделение фаз и продуктов обесфторивания.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения фосфорную кислоту нагревают до температуры 145°С, а затем добавляют в реактор при непрерывном перемешивании к смеси апатитового концентрата и воды, имеющей температуру 170-180°С.

После добавления фосфорной кислоты при давлении 6,5-7 атм и температуре 240°С предпочтительно производят отгонку и поглощение парогазовой фазы.

При понижении давления до 1 атм предпочтительно производят пуск в реактор водяного пара при давлении 14-16 атм, затем отгонку и поглощение парогазовой фазы.

После окончания отгонки при давлении в реакторе 1 атм и температуре 20°С производят предпочтительно разделение фаз и продуктов обесфторивания.

В результате проведения предлагаемого способа обесфторивания в реакторе получают жидкую фазу - водный раствор ортофосфатов кальция, не содержащий фтор, и твердую фазу - смесь фосфатов редкоземельных элементов (РЗЭ) и стронция, которые также не содержат фтор.

В зависимости от состава поглощающих растворов из парогазовой фазы получают различные фторсодержащие товарные продукты: CaF₂, NaF, HF, Na ₂SiF₆, K₂SiF₆, аморфную кремневую кислоту SiO₂·H₂O (белая сажа).

В процессе обесфторивания апатита предлагаемым методом фторсодержащие продукты не попадают в окружающую среду и не загрязняют ее. Переработка получаемого концентрата РЗЭ и стронция позволяет получить чистые оксиды РЗЭ и соединения стронция (сульфат, оксид и др.). Из водного раствора ортофосфатов кальция - пищевые и кормовые фосфаты.

Пример 1.

В реактор помещают 32 г апатитового концентрата и 88 мл воды. Перемешивают при нагревании и при температуре смеси апатитового концентрата и воды 170°С подают фосфорную кислоту с концентрацией 90% нагретую до 145°С. При температуре 240°С и давлении 6-7 атм начинают отгонку из реактора парогазовой фазы и ее поглощение. В процессе отгонки давление уменьшается и при давлении в реакторе 1 атм производят пуск в реактор водяного пара (давление 14 атм), отгонку парогазовой фазы до уменьшения давления до 1 атм и до прекращения выделения конденсата. Содержание фтора в реакторе после отгонки составляет 0,00%.

Пример 2.

В реактор помещают 32 г апатитового концентрата и 88 мл воды. Перемешивают при нагревании и при температуре 180°С к смеси апатитового концентрата и воды подают фосфорную кислоту с концентрацией 90% нагретую до 145°С. При температуре 240°С и давлении 6,5-7 атм начинают отгонку из реактора парогазовой фазы и ее поглощение. После понижения давления в реакторе до 1 атм производят пуск в реактор водяного пара (давление 16 атм) и отгонку парогазовой фазы до уменьшения давления до 1 атм и прекращения выделения конденсата. Содержание фтора в реакторе после отгонки составляет 0,00%.