Фосфор шикізатының ыдырауы және CaSO4*2H2O кристалдануы

№7 Фосфор шикізатының ыдырауы және CaSO₄*2H₂O кристалдануы

Экстракциялық қойыртпақты алумен фосфат шикізатының ыдырауы экстракторларда жүзеге асырылады 4/1,2. Экстракциялық пульпа фосфор қышқылында кальций сульфатының суспензиясын білдіреді.

Экстракторлар 4/1,2 көмірграфитті блоктар бойынша қышқылға төзімді силикатты кірпішпен футерленген, көлемі 450 м³ болатын екі болат банкадан тұратын каскад түрінде кездеседі.

Доза экстракторларының банкалары 4/1,2 өзара ағындармен қосылған.

Бұл экстракторының бірінші банкісі 4/1 қуыс, екінші банкке ағар алдында орнатылған бір радиалды қалқасы орнатылған.

Экстрактордың екінші банкісі 4/1 және доза экстракторы банкалары 4/2 үш секцияға бөлінген: А, В, С.

80 м³ көлеміндегі орталық секция басқа екі секциядан сақиналы қоршаумен бөлінген. А секциясы жоғарғы ағынға секциямен хабарланады. В секциясы төменгі ағысы бар бөлікпен бөлінген. А және С секциялары барлық ұзындығы бойынша газдың шығуына арналған жоғарғы терезесі болады. Газдарды сору В секциясынан жүргізіледі.

Доза экстракторларының банкалары 4/1,2 концентрациясы мен температураның барлық көлемде тұрақтылығын қамтамасыз ететін экстракциялық қойыртпақты қарқынды араластыру үшін екі қабатты қалақты араластырғыштармен жабдықталған.

Бірінші банка экстрактор қал. 4/1,2 8 араластырғыш орнатылған, екінші банк 7 араластырғыштан тұрады.

Кальций сульфатының біртектес ірі кристалды шөгіндісінің пайда болуы үшін экстракциялық пульпада ұстап тұру қажет 4/1,2 күкірт үшоксидіне есептегенде сульфат-иондармен SO₃ қанықтыру керек:

• бірінші банкте 1,5 ÷ 2,0% масс.;

• екінші банкте 1,8 ÷ 2,5% масс.

Экстракциялық сұйық фазадағы Р₂О₅ фосфор ангидридінің массалық құрамы екінші банктегі қойыртпақ 20% - дан кем болмауы тиіс, ал қойыртпақтың қозғалуын қамтамасыз ету мақсатында қатты және сұйық фазалардың (Қ:С) массалық қатынасы (1:1,8) ÷ (1:3,0) болуы тиіс. Экстракцияның оңтайлы режимін сақтау үшін экстракциялық пульпаның 80-95ºС температурасын экстракциялық пульпаның бірінші банкаларына реагенттердің үздіксіз және біркелкі түсуін және экстракциялық пульпаның екінші банкаларынан біркелкі бұрылуын қамтамасыз ету қажет. Бұл ретте доза экстракторларының банкаларындағы қойыртпақтың деңгейі 4/1,2 қақпақтан 800 мм кем болмауы тиіс, берілген деңгейге жеткенде сигнал беру іске қосылады.

ПЗ экстракторларының бірінші банкінде алынған 4/1,2 экстракциялық пульпа қал. экстракторларының екінші банкасына ағады 4/1,2, қайта шығып, 17,18,19,20 карусельді вакуум-сүзгілерде сүзу үшін беріледі. Электр сорғыш агрегаттар тоқтаған кезде сигнал беру іске қосылады.

Фосфатты шикізатты ыдырату процесінде бөлінетін фторлы құрамында фтор бар газдар фторлы қосындылардан абсорбциялық аппараттарға: экстрактордан тазартуға түседі 4/1-АПС-50 қал. 5 және АПС-40 қал. 6, экстрактор қал. 4/2-в АПС-80 қал. 7.

Технологиялық процесстің сипаттамасы

Күкірт қышқылды экстракция әдісімен фосфор қышқылын өндіру табиғи фосфат шикізатының күкірт қышқылымен ыдырауына әкеледі, кейіннен алынған қойыртпақты тұнбаға түскен кальций сульфатынан фосфор қышқылын бөлу үшін сүзгілейді.

Экстракциялық қойыртпақтың жеткілікті қозғалуын қамтамасыз ету үшін экстракторға өнімдік фосфор қышқылы мен сүзгіштің бөлігін араластыру арқылы алынған сұйылту ерітіндісін сүзгіде тұнбаны жуғаннан кейін қайтару қажет.

Фосфат шикізатының ыдырауы күкірт және фосфор қышқылдарының су ерітінділерінің қосындысы негізгі теңдеу бойынша жүргізіледі:

Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄ +n ·H₃PO₄ + mH₂О→(n +3)H₃PO₄+5CaSO₄·mH₂О +HF

Жүйедегі фосфор қышқылының температурасы мен концентрациясына байланысты CaSO₄-H₃PO₄-mH₂О кальций сульфаты дигидрат (m=2)-CaSO₄·2H₂О (гипс), полугидрат (m=0.5)-CaSO₄ · 0.5H₂О немесе ангидрит (m=0)- CaSO₄ түрінде тұнады.

Фосфатпен бірге сульфаттар мен кремний диоксидінің түзілуімен алюмосиликаттардың қоспалары ыдырайды:

Na₂O∙K₂O ∙ Al₂O₃∙2SiO₂+5H₂SO₄→Na₂SO₄+K₂SO₄+Al₂(SO₄)₃+2SiO₂+5H₂O

Кремнийдің бөлінген диоксиді негізгі реакция бойынша бөлінетін HF сутегі фторидімен гексафторкремний қышқылдың пайда болуымен жауап береді:

6HF + SiO₂→ H₂SiF₆ + 2H₂O,

ол 2HF+SiF_4. эквимолекулярлық қоспа түрінде газды фазаға ішінара бөлінеді. Газ фазасына фтордың бөліну дәрежесі температураның жоғарылауымен артады. Газ фазасына бөлінетін фтордың қосылыстары гексафторкремний қышқыл ерітіндісінің пайда болуымен сумен сіңіріледі:

3SiF₄ + (n +2)H₂O → 2H₂SiF₆ + SiO₂ ∙ nH₂O

Ерітіндіде ішінара қалатын гексафторкремний қышқылы нефелин, глауконит және басқа еритін минералдардың сілтілі оксидтерімен әрекеттеседі, аз еритін натрий мен калий кремнефторидтерін түзеді:

(Na,K)₂O + H₂SiF₆ → (Na,K)₂SiF₆

Кальций мен магний карбонаттары мен силикаттары тиісті сульфаттар түзіле отырып ыдырайды:

CaMg(CO₃)₂+2H₂SO₄→CaSO₄+MgSO₄+2H₂O+2CO₂Mg₂ SiO₄+2H₂SO₄→2MgSO₄+SiO₂+2H₂O

Ca₂SiO₄ + 2H₂SO₄ → 2CaSO₄ + SiO₂ + 2H₂O

Темір мен алюминийдің жартылай тотықтарының қосындылары реакциялық қоспада тиісті фосфаттар түзіле отырып ериді:

Al₂O₃+H₂SO₄+Ca(H₂PO₄)₂→2AlPO₄+CaSO₄+3H₂OFe₂O₃+H₂SO₄+Ca(H₂PO₄)₂→

2FePO₄+CaSO₄+3H₂O

Бұл ретте қанықпаған ерітінділер түзіледі, олардан темір және алюминий фосфаттарының гидраттары баяу бөлінеді:

FePO₄∙2H₂O; FeH₃(PO₄)₂∙2,5H₂O; AlPO₄∙3H₂O және Al₂(PO₄)₃∙nH₂O

Фосфатты шикізаттағы қоспалар экстракция процесін күрделендіреді, оның көрсеткіштерін нашарлатады, алынатын қышқылдың сапасын төмендетеді, шикізаттың ыдырауына берілетін күкірт қышқылының шығынын арттырады. Кальций сульфатының кристалды торына қоспалардың фосфаттарын енгізу орын алады (сокристаллизация деп аталады).

Еркін күкірт қышқылының жоғарылауы кальций фосфатының сокристалдануын төмендетеді, бірақ фосфат дәндерінің бетінде кальций сульфатының кристалдануына алып келеді және олардың ыдырауына кедергі келтіреді.

Шикізаттың әрбір түрі және оны қайта өңдеу процесі үшін іс жүзінде оңтайлы сульфатты режим шикізаттың бөлінбеуінен, фосфаттардың кристалдануынан және экстракциялық қойыртпақты сүзу кезінде фосфогипсті жуудың толық болмауынан болатын ең аз шығындарға сүйене отырып анықтайды.

Фосфатты шикізатты күкірт қышқылымен ыдырату процесін жүргізу үшін кальций сульфаты кристаллогидратының оңай сүзетін тұнбасын алу мақсатында қойыртпақтың сұйық фазасында күкірт және фосфор қышқылдарының белгіленген концентрациясына, сондай-ақ сұйық және қатты фазалардың ара қатынасына қатаң түрде төтеп беру қажет. Бұл реагенттерді үздіксіз және біркелкі беру кезінде жүзеге асырылуы мүмкін: күкірт қышқылы

және экстракторға айналым фосфор қышқылы.

Экстракторда экстракциялық қойыртпақтың болу уақыты кристалдану жылдамдығымен және кальций сульфаты кристаллогидраттарының өсуімен анықталады, олардың оңтайлы нысандары мен өлшемдері шөгіндінің жақсы сүзілуін және оны фосфор қышқылынан судың ең аз мөлшерін тиімді жууды қамтамасыз етуі тиіс. Ол үшін ұсақ кристалды, нашар сүзетін тұнбаның түзілуін болдырмау үшін экстракцияның белгілі бір режимі қатаң қамтамасыз етілуі тиіс.

Осылайша, экстракция процесінің оңтайлы режимін сақтау үшін келесі шарттарды сақтау қажет:

• сығындыда пульпаның жеткілікті болу уақыты;

• экстракторға реагенттердің үздіксіз және біркелкі түсуі және біркелкі одан қойыртпақты бұру;

• тұрақты құралды қамтамасыз ету үшін пульпаны қарқынды араластыру қойыртпақтың барлық көлеміндегі концентрациялар мен температуралар;

• пульпадағы қатты және сұйық фазалардың оңтайлы арақатынасы (Қ:С);

• 

  4

  қажетті артық иондар SO ^2- (күкірт триоксидінің құрамына қайта есептеледі SO₃).

Қаратау фосфат шикізатынан фосфор қышқылын экстракциялау процесі дигидраттық процеске қарағанда (95ºС дейін) жоғары температурада жүргізіледі. Бұл ретте кальций сульфаты метастабильді дигидратта кристалдануы үшін пульпадағы SO₃ артық массалық концентрациясы 1,3÷3,0% құрайды. Бұл кальций сульфатының кристалдану жағдайын айтарлықтай жақсартуға мүмкіндік береді, ол температураның жоғарылауы кезінде гипстің ерігіштігінің артуы салдарынан аз қанықпаған ерітінділерде болады, бұл неғұрлым ірі, біртекті және изометриялық кристалдардың пайда болуына ықпал етеді.

Экстракциялық қойыртпақты сүзу процесінің өнімділігін арттыруға қойыртпақтың сұйық фазасының тұтқырлығын азайтуға және фосфогипсті жуу үшін берілетін судың температурасын 95ºС дейін арттыруға ықпал етеді.

Фосфор қышқылын экстракциялау әдісі қолданылады, ол екі сатыда күкірт қышқылын береді. Бұл жағдайда экстракторлар температурасы сақталады 90÷95ºС, бұл шикізаттың ыдырау коэффициентін 96-97% - ға дейін арттыруға мүмкіндік береді.

Экстракциялық қойыртпақты сүзу кезінде өнімдік қышқыл ретінде дәстүрлі түрде бірінші сүзгіш қолданылады. Мата арқылы өткен фосфогипс бөлшектері қышқылды ластайды, бұл оның негізінде алынған тыңайтқыштардағы қоректік заттардың құрамын төмендетеді.

Фосфогипс қоспасының құрамын қышқылда төмендету тәсілі фосфогипсті бірінші рет жуғаннан кейін шаю сүзгішін өнім қышқылы ретінде пайдалану болып табылады. Сүзгіштің концентрациясы сүзуге берілетін экстракциялық қойыртпақтың мөлшерін немесе фосфогипсті жууға берілетін судың мөлшерін өзгерту жолымен реттелуі мүмкін.