Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННОГО ШЛАМОМ БЕЛОГО ФОСФОРА

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, в частности к утилизации загрязненного шламом белого фосфора и его обезвреживанию при аварийных ситуациях, и может быть использовано как один из способов окисления фосфора и получения фосфорной кислоты.

Аналоги

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков является способ переработки загрязненного шламом фосфора и получение фосфорной кислоты (Е.А. Назаров, С.А. Назаров. Авторское свидетельство СССР №1518297, кл. C01B 25/20, 1989). Известное изобретение включает плавление и нагревание расплавленного фосфорсодержащего шлама и его сжигание с последующей гидратацией.

Известны способы получения фосфорной кислоты путем сжигания фосфора в камере сжигания и гидратации фосфорного ангидрида водой в башнях (М.Е. Позин. Технология минеральных солей, ч. II. Изд-во «Химия», 1970, с. 1558). Известен также способ получения фосфорной кислоты под давлением RU 2443622, 2012 г.

Критика аналогов

Недостатками указанных способов являются многоступенчатость процесса, большие энергетические затраты, сложность используемого оборудования, выбросы непоглощенной окиси фосфора в атмосферу.

Прототип

Наиболее близким способом того же назначения по совокупности признаков является способ переработки загрязненного шламом фосфора и получение фосфорной кислоты (Е.А. Назаров, С.А. Назаров. Авторское свидетельство СССР №1518297, кл. С01B 25/20, 1989). Известное изобретение включает плавление и нагревание расплавленного фосфорсодержащего шлама и его сжигание с последующей гидратацией.

Критика прототипа

Недостатками способа-прототипа являются многоступенчатость процесса, большие энергетические затраты, сложность используемого оборудования, выбросы непоглощенной окиси фосфора в атмосферу.

Цель изобретения

Цель заявляемого изобретения - утилизация загрязненного шламом фосфора, экологическая чистота процесса, уменьшение энергозатрат, возможность полной автоматизации, получение фосфорной кислоты.

Сущность изобретения

Предлагаемый способ иллюстрирован на фиг. 1, где 1 - катодная камера; 2 - анодная камера; 3 - перегородка; 4 - щель между катодной и анодной камерами; 5 - реакционная камера; 6 - проницаемая перегородка между анодной и реакционной камерами; 7 - хемотронный датчик; 8 - анод; 9 - катод; 10, 11 - расширительная емкость, сообщающаяся с электролизером; 12 - газоотводы с краниками.

Способ утилизации загрязненного шламом фосфора и получение фосфорной кислоты электрохимическим путем из загрязненного шламом фосфора заключается в окислении фосфора кислородом до пятиокиси с последующей ее гидратацией, отличается тем, что процесс проводят в трехкамерном электролизере (фиг 1). В реакционную камеру 5 помещается фосфор со шламом, на электроды 8, 9 подается постоянный электрический ток. Образующийся при электролизе воды кислород окисляет фосфор, затем происходит поглощение пятиокиси фосфора водой до образования фосфорной кислоты, а шлам откладывается в анодной камере электролизера, после полного окисления фосфора электролизер автоматически отключается от электрической сети.

Окисление и очистка загрязненного шламом фосфора производится в одном аппарате; достигается полное окисление фосфора и поглощение оксида фосфора водой, получение фосфорной кислоты, шлам остается в камере.

Пример конкретного реализации способа

Данный способ включает окисление загрязненного шламом белого фосфора кислородом, полученным электролизом воды в трехкамерном электролизере. Собран вертикальный электролизер объемом 1000 мл (фиг 1.), разделенный перегородкой 3 на катодную 1 и анодную камеры 2, имеющие газоотводы с краниками 12. Камеры сообщаются через щель 4, расположенную ниже горизонтальных электродов: анод 8 из материала ОРТА 8, а катод 9 из графита. От анодной камеры реакционная камера 5 отделена горизонтальной проницаемой перегородкой 6 в виде сетки. В реакционную камеру 5 загружается загрязненный шламом белый фосфор. На нижней стороне перегородки 6 реакционной камеры закреплен хемотронный датчик 7, который включает и выключает электролизер в электрическую сеть. Электролизер сообщается через трубку 11 с расширительной емкостью 10 объемом 500 мл. Через расширительную емкость при открытых газоотводах 12 в электролизер заливается вода, в которую для увеличения электропроводности добавляем 20 мл фосфорной кислоты. Газоотвод реакционной камеры закрывается, низ катодной камеры остается открытым для удаления выделяемого водорода из электролизера. Полученный электролизом в анодной камере кислород заполняет реакционную камеру, создает давление и вытесняет раствор в расширительную емкость. При этом загрязненный шламом фосфор оказывается в атмосфере кислорода и окисляется с образованием пятиокиси фосфора, который поглощается водой. Атмосфера внутри реакционной камеры разрежается, засасывается раствор в камеру, и начинается процесс электролиза. Когда уровень раствора оказывается ниже хемотронного датчика, электрическая цепь размыкается, электролизер автоматически отключается от электрической сети и процесс электролиза прекращается.

Процесс осуществляется следующим образом.

На электроды подается постоянный электрический ток: напряжение составляет 30 В, плотность тока 0,10 А/см², длительность электрохимической обработки зависит от массы загруженного для окисления фосфора, загрязненного шламом. Выделяемый при электролизе воды на аноде кислород окисляет фосфор до образования пятиокиси фосфора, поглощаемой водой с образованием фосфорной кислоты, шлам накапливается в анодной камере, за счет давления кислорода в реакционной камере раствор вытесняется ниже хемотронного датчика, электролизер отключается от сети и процесс электролиза автоматически прекращается.

Примеры осуществления способа

Пример 1. В реакционную камеру вводится загрязненный шламом фосфор в количестве 5,0 г. При электролизе воды на аноде выделяется кислород, который окисляет фосфор и образуется пятиокись фосфора, поглощаемая водой с образованием фосфорной кислоты. Освободившийся от фосфора шлам остается в реакционной камере внутри электролизера. Время электролитической обработки составило 25 мин.

Пример 2. Процесс проводится по примеру 1 с тем отличием, что масса загрязненного шламом фосфора составляет 10 г. Время электролиза составило 44 мин. Таким образом, потерь пятиокиси фосфора нет, выбросов также нет.

Технический результат - утилизация загрязненного шламом фосфора, получение фосфорной кислоты в одном аппарате и предотвращение потерь пятиокиси фосфора с выбросами в атмосферу, возможность автоматизации процесса. Предлагаемым в качестве изобретения способом достигается экономическая выгода и экологическая чистота процесса.

Проведение процесса по предлагаемому способу в одном аппарате позволяет осуществить утилизацию фосфора, загрязненного шламом, без потерь и образования промежуточных фосфорсодержащих соединений, предотвратить выбросы в атмосферу ядовитых соединений, получить фосфорную кислоту.

Источники информации

1. E.А. Назаров, С.А. Назаров. Авторское свидетельство СССР №1518297, кл. С01B 25/20, 1989. – прототип.

2. М.Е. Позин. Технология минеральных солей, ч. II. Изд-во «Химия», 1970, с. 1558.

3. RU 32443622, 2012 г.