Результат интеллектуальной деятельности: Способ кислотной переработки фосфатного сырья

Изобретение относится к технологии неорганических веществ, конкретно к получению минеральных удобрений с использованием кислотного разложения природного фосфатного сырья.

Использование предлагаемого способа позволяет в дальнейшем получать сложные и комплексные минеральные удобрения.

Известен способ получения фосфорсодержащих удобрений путем разложения фосфатного сырья фосфорной кислотой с последующей грануляцией и сушкой продукта (Двойной суперфосфат. - М.: Химия, 1987, с. 134-140).

Недостатками способа являются высокий расход фосфорной кислоты, составляющий 4-5-кратный избыток от стехиометрической нормы, недостаточно высокую, до 1 часа, интенсивность процесса разложения.

Известен способ получения двойного суперфосфата (авт. св. СССР N 1224296, С05В 1/04, 1986 г.), включающий разложение фосфатного сырья фосфорной кислотой, отделение образовавшегося монокальцийфосфата от маточного раствора и возвращение последнего в процесс, отличающийся тем, что с целью повышения степени разложения фосфатного сырья и одновременной экономии фосфорной кислоты последнюю используют в смеси с соляной кислотой.

Из примеров описания следует, что разложение проводят при повышенной температуре 50°С в течение относительного длительного, до 60 мин, времени, а также присутствует дополнительная стадия охлаждении суспензии до 25°С перед ее фильтрацией.

Недостатками способа являются указанные выше температурно-временные показатели процесса, а также сравнительно высокая стоимость соляной кислоты.

Также к недостаткам относится недостаточно высокая степень разложения сырья.

Технической задачей является изыскание способа интенсификации процесса фосфорно-кислотного разложения фосфатного сырья за счет оптимизации содержания хлорида кальция в смеси с фосфорной кислотой, а также за счет возвращения маточного раствора в голову процесса, т.е. рециркуляции маточного раствора. Конечной целью такого способа разложения является получение фосфорсодержащих удобрений типа двойной суперфосфат.

Изобретение направлено на снижение температуры разложения до 20-25°С и сокращение времени разложения до 10-15 мин, отсутствие необходимости охлаждения суспензии перед ее фильтрацией.

Технический результат достигается тем, что предложен способ кислотной переработки фосфатного сырья, включающий разложение фосфатного сырья избытком ортофосфорной кислоты по отношению к стехиометрической норме по СаО, отделение образовавшегося монокальцийфосфата от маточного раствора фильтрацией и возвращение маточного раствора в голову процесса, отличающийся тем, что в фосфорную кислоту добавляется хлорид кальция в количестве, необходимом для поддержания рН маточного раствора в голове процесса в диапазоне 0,1-1.

Добавка хлористого кальция в рециркуляционный раствор приводит к образованию в растворе соляной кислоты:

СаСl₂+Н₃РO₄+(n-1)Са(Н₂РO₄)₂↔НСl+nСа(Н₂РO₄)₂.

Выбор ортофосфорной кислоты обусловлен необходимостью получения удобрения типа двойной суперфосфат из бедного фосфатного сырья.

Выбор диапазона рН маточного раствора в голове процесса обусловлен тем, что увеличение рН свыше единицы, что соответствует концентрации хлорида кальция 17,4 мас. %, приводит к необходимости повышения температуры разложения, а уменьшение рН ниже значения 0,1, что соответствует концентрации хлорида кальция концентрации до 7,9 мас. %, приводит к заметному увеличению времени разложения.

Сущность изобретения заключается в том, что поддержание кислотности маточного раствора в голове процесса в диапазоне рН 0,1-1 позволяет интенсифицировать процесс фосфорно-кислотного разложения фосфатного сырья, причем при относительно низких температурах.

Достижение заявленного технического результата подтверждается следующими примерами. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенное техническое решение.

Пример 1

100 г бедного фосфорита, содержащего 15,30 мас. % Р₂O₅ и 27,42 мас. % СаО, разлагали 5%-ным избытком 1 М фосфорной кислоты от стехиометрической нормы по отношению к СаО, в которую предварительно был добавлен хлорид кальция в количестве 7,9 мас. %. В результате реакции, проведенной при температуре 20°С и перемешивании в течение 15 мин, получена подвижная суспензия, которая была отфильтрована в воронке Бюхнера площадью 0,0064 м при разрежении 550÷560 мм рт.ст., создаваемом водоструйным насосом, на промышленном тканевом фильтре до осушки осадка. Продукт представлял собой монокальцийфосфат с содержанием Р₂O₅ 39,3 мас. %. Анализ на содержание фосфора выполняли согласно ГОСТ 20851.2-75.

Пример 2

100 г бедного фосфорита, содержащего 15,30 мас. % Р₂О₅ и 27,42 мас. % СаО, разлагали 5%-ным избытком 1 М фосфорной кислоты от стехиометрической нормы по отношению к СаО, в которую предварительно был добавлен хлорид кальция в количестве 12,0 мас. %. В результате реакции, проведенной при температуре 22°С и перемешивании в течение 12 мин, получена подвижная суспензия, которая была отфильтрована в воронке Бюхнера площадью 0,0064 м² при разрежении 550÷560 мм рт.ст., создаваемом водоструйным насосом, на промышленном тканевом фильтре до осушки осадка. Продукт представлял собой монокальцийфосфат с содержанием Р₂O₅ 39,4 мас. %. Анализ на содержание фосфора выполняли согласно ГОСТ 20851.2-75.

Пример 3

100 г бедного фосфорита, содержащего 15,30 мас. % Р₂O₅ и 27,42 мас. % СаО, разлагали 5%-ным избытком 1 М фосфорной кислоты от стехиометрической нормы по отношению к СаО, в которую предварительно был добавлен хлорид кальция в количестве 17,4 мас. %. В результате реакции, проведенной при температуре 25°С и перемешивании в течение 10 мин, получена подвижная суспензия, которая была отфильтрована в воронке Бюхнера площадью 0,0064 м² при разрежении 550÷560 мм рт.ст., создаваемом водоструйным насосом, на промышленном тканевом фильтре до осушки осадка. Продукт представлял собой монокальцийфосфат с содержанием P₂O₅ 39,4 мас. %. Анализ на содержание фосфора выполняли согласно ГОСТ 20851.2-75.

Предложенное изобретение позволяет осуществлять кислотную переработку бедного фосфатного сырья в оптимальных температурно-временных параметрах и без дополнительных стадий передела.