СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, предназначенной для производства пищевых, кормовых и технических фосфатов, а также для производства жидких комплексных удобрений.

Известен способ очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) путем обработки ее соединениями Mg, взятыми в количестве 0,65-1,0 моль Mg на моль SО₃, последующим смешением с органическим растворителем - трибутилфосфатом в смеси с керосином, отделением органической фазы от водной и реэкстракцией фосфорной кислоты водой. В качестве соединений магния используют его карбонат или гидроокись.

Однако по этому способу используют неупаренную ЭФК, что увеличивает потоки на экстракции (возрастает металлоемкость оборудования и затраты электроэнергии).

Кроме того, содержание Р₂О₅ в экстракте невелико и составляет 7,9-9% Р₂О₅, а в очищенной фосфорной кислоте 10,52-11% P₂О₅. Низка степень извлечения полезного компонента (по примерам степень извлечения фосфорной кислоты из ЭФК составляет 24-26%), что вызвано использованием керосина в смеси с трибутилфосфатом(авт. св. СССР 1174374, С 01 B 25/234, 1985 г.).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты органическим растворителем - трибутилфосфатом (ТБФ) с последующим разделением водной и органической фаз и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой с проведением экстракции и реэкстракции с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации.

По этому способу возможно использовать ЭФК с концентрацией 20-50% Р₂О₅, и в качестве органического растворителя использовать только ТБФ без керосина. Процесс ведут в пульсационных колоннах, в рабочей части которых создают режим пульсации воздухом с интенсивностью 400-1600 мм/мин, процесс позволяет достичь удельной производительности 20-60 м³/м²•ч. Потери экстрагента с рафинатом составляют 20-40 мг/л, с очищенной кислотой 20-60 мг/л (патент РФ 2075436, С 01 B 25/46, 1997 г.).

Недостатком способа является колебание качества полученного готового продукта в зависимости от условий производства и солевого состава апатитовой ЭФК.

Нами поставлена задача создать способ очистки ЭФК, позволяющий стабилизировать качество продукционной кислоты, при одновременном повышении выхода продукционной кислоты и неизменной степени извлечения Р₂О₅ из ЭФК.

Поставленная задача решена в способе очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающем ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты органическим растворителем - трибутилфосфатом, с последующим разделением водной и органической фаз, и реэкстракцией фосфорной кислоты из органической фазы водой, с проведением экстракции и реэкстракции с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации. В исходную ЭФК вводят соединения магния или стронция в количестве, обеспечивающем мольное соотношение Mg/SO₄ или Sr/SO₄, равным (1,1-10):1, а экстракцию ведут при объемном соотношении органической и водной фаз (2,5-8):1 соответственно.

Целесообразно интенсивность пульсации поддерживать равной 100-900 мм/мин. Данный способ возможно проводить и в сочетании с промывкой полученного экстракта. Промывку экстракта проводят водой или раствором фосфорной кислоты при объемном соотношении фаз 5-25:1, и процесс ведут до достижения массовой доли P₂O₅ в промывном экстракте 7,3-15,5%. В качестве фосфорной кислоты, добавляемой в воду берут фосфорную кислоту со стадии реэкстракции или промывную кислоту после стадии промывки.

Сущность способа заключается в следующем. Стабильное качество получаемого продукта зависит в первую очередь от связывания сульфат-иона, находящегося в фосфорной кислоте, для чего в исходную кислоту добавляют соединения магния или стронция. Количество сульфат-ионов, экстрагируемых в экстракте зависит как от мольного соотношения Mg/SО₄ или Sr/SО₄ в исходной кислоте, так и от содержания фосфорной кислоты в экстракте, объемного соотношения фаз на экстракции, интенсивности пульсации. Чем более высокое содержание фосфорной кислоты в экстракте мы хотим получить при минимальном содержании сульфат - ионов, тем большее соотношение Mg/SО₄ или Sr/SО₄ в исходной кислоте мы должны сделать, и тем большая интенсивность пульсации в колонне допустима. Получение меньшего количества сульфат-ионов в экстракте возможно при менее концентрированных по Р₂О₅ экстрактах, то есть при минимальной интенсивности пульсации и большом соотношении фаз.

Исходя из этого в данном процессе и выбраны интервалы соотношений Mg/SО₄ или Sr/SО₄, органической и водной фаз и интенсивность пульсации.

Выход за пределы предложенных интервалов приводит как к снижению стабильности полученного продукта, так и к снижению ее выхода и степени извлечения Р₂О₅ из ЭФК. При необходимости после экстракции проводят дополнительно промывку экстракта смесью воды и фосфорной кислоты, которая может браться как со стадии реэкстракции, так и в виде ретура со стадии промывки, при этом процесс ведут так, что массовая доля Р₂О₅ в промытом экстракте составляет 7,3-15,5%. При таком способе ведения процесса значительно улучшится качество промывной кислоты (содержание SO₄ не превысит 2500 ч. на млн.ч. P₂O₅) без ухудшения качества продукционной кислоты (SO₄ от 100-1000 ч.) доля продукционной кислоты от всего выпуска чистых кислот составит 50-100%. В качестве соединений магния можно использовать магний углекислый, окись, гидроокись или природное сырье, например, доломит, магнезит, а также продукты и магнийсодержащие отходы переработки сырого магнезита, в качестве соединений стронция - карбонат.

Использование предлагаемого способа обеспечит более высокие технологические характеристики предлагаемого процесса:
- стабилизирует качество продукционной кислоты, посредством подавления экстракции серной кислоты;
- улучшит качество промывной кислоты и расширит сферу ее применения;
- повысит выход продукционной кислоты до 50-100% при неизменной степени извлечения Р₂О₅ из ЭФК до 80%;
- позволит использовать экстракты с более высоким содержанием Р₂О₅ до 15,5%.

Пример осуществления способа.

Пример 1. К 20 м³ упаренной ЭФК удельного веса 1,532 г/см³, содержащей 47% Р₂O₅ и 0,4% SO₄ добавляют 0,306 т магния (в качестве соединений магния можно использовать магний углекислый, гидроокись или природное сырье, например, доломит, магнезит и т.д.), мольное соотношение Mg/SO₄ составляет 10:1 перемешивают и подают в пульсационную колонну стадии экстракции. Противотоком кислоте подают 100%-ный ТБФ. Соотношение органической и водной фаз на экстракции поддерживают равным 2,5:1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 900 мм/мин и температуру 35^oС. Из колонны выводят экстракт с массовой долей Р₂O₅ - 15,5% и рафинат с массовой долей Р₂О₅ - 22%. Рафинат направляют в производство удобрений, а экстракт на стадию реэкстракции. Реэкстракцию осуществляют в пульсационной колонне. Противотоком к экстракту подают воду, соотношение органической и водной фаз на реэкстракции поддерживают равным 5: 1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 1000 мм/мин и температуру 50^oС. Из колонны выводят регенерированный экстрагент с остаточным содержанием 1% Р₂О₅ и очищенную фосфорную кислоту (ОФК) с массовой долей Р₂O₅ - 40%.

Очищенная фосфорная кислота после реэкстракции (продукт 1) содержит 1000 ч. SO₄ на млн.ч P₂O₅, и может быть использована в качестве технической ОФК для производства фосфатных солей пищевого и технического качества. Доля продукта 1 составляет 100% от массы фосфорной кислоты, перешедшей в экстракт из ЭФК. Степень извлечения Р₂О₅ - 75%.

Пример 2. К 20 м³ упаренной ЭФК удельного веса 1,610 г/см³, содержащей 52% P₂O₅ и 0,4% SO₄ добавляют 0,161 т магния, мольное соотношение Mg/SO₄ составляет 5:1, перемешивают и подают в пульсационную колонну стадии экстракции. Противотоком кислоте подают 100%-ный ТБФ. Соотношение органической и водной фаз на экстракции поддерживают равным 6,5:1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 500 мм/мин и температуру 35^oС. Из колонны выводят экстракт с массовой долей P₂O₅ - 10% и рафинат с массовой долей Р₂O₅ - 22%. Рафинат направляют в производство удобрений, а экстракт на стадию промывки. Промывку экстракта осуществляют в пульсационной колонне фосфорной кислотой с массовой долей Р₂O₅ - 30%, взятой со стадии реэкстракции, соотношение органической и водной фаз на промывке поддерживают равным 8:1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 500 мм/мин и температуру 40^oС. Из колонны выводят промытый экстракт с массовой долей P₂O₅ - 10% и кислоту после промывки (продукт 2) с массовой долей P₂O₅ - 30%. Промытый экстракт направляют на стадию реэкстракции, а кислоту после промывки подают на стадию концентрирования. Реэкстракцию осуществляют в пульсационной колонне. Противотоком к промытому экстракту подают воду, соотношение органической и водной фаз на реэкстракции поддерживают равным 5: 1. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 1000 мм/мин и температуру 50^oС. Из колонны выводят регенерированный экстрагент с остаточным содержанием 1% P₂O₅ и очищенную фосфорную кислоту с массовой долей Р₂O₅ - 30%.

Промывная кислота после упарки (продукт 2) содержит 1000 ч SO₄ на млн.ч. Р₂O₅, и используется в качестве технической ОФК для производства фосфатных солей технического и пищевого качества. Очищенная фосфорная кислота после реэкстракции (продукт 1) содержит 150 ч. SO₄ на млн.ч. P₂O₅, и после обесцвечивания может использоваться в качестве пищевой или для производства фосфатных солей высокого качества. Доля продукта 1 составляет 50% от массы фосфорной кислоты, перешедшей в экстракт из ЭФК, при общей степени извлечения Р₂O₅ - 80%.

Примеры 3-6 приведены в таблице.