Презентация на тему: Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение

Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение
1/27
Средняя оценка: 4.2/5 (всего оценок: 30)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1981 Кб)
1

Первый слайд презентации

Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение фосфатов Природные фосфаты перерабатывают в фосфор и фосфорную кислоту, которую далее используют: в производстве фосфорнокислых солей, являющихся удобрениями – фосфаты кальция, аммония, калия; в пищевой, керамической, стекольной, текстильной промышленностях; в производстве моющих средств, для умягчения воды – фосфатные соли натрия; д ля защиты стальных изделий от коррозии ( фосфатировани е ) – фосфаты цинка, марганца, железа. Свыше 90 % добываемых фосфорных руд перерабатывают в минеральные удобрения (схема). Однокомпонентные удобрения: простой и двойной суперфосфаты. Их главная составная часть – монокальцийфосфат Ca ( H 2 PO 4 ) 2 · H 2 O. Качество удобрения оценивается по содержанию фосфатных соединений, переходящих в почвенные растворы, т. е. по сумме водорастворимых и цитрато-растворимых фосфатов (в простом суперфосфате P 2 O 5 до 15 %).

Изображение слайда
2

Слайд 2

Природный газ Вода Воздух Серосодержащее сырье Фосфатное сырье Калийное сырье Водород Азот Фосфатный концентрат Аммиак Азотная кислота Серная кислота Фосфорная кислота Азотные удобрения (простые) Сложные удобрения ( N + P + K ) Фосфорные удобрения (простые) Калийные удобрения (простые) Схема производства минеральных удобрений

Изображение слайда
3

Слайд 3

При добавке к суперфосфату молотого известняка, мела, доломита получают нейтрализованный суперфосфат. При нейтрализации свободной кислотности аммиаком получают негигроскопичный аммонизированный суперфосфат, содержащий помимо фосфора еще один питательный элемент – азот. Более концентрированное удобрение – двойной суперфосфат, содержит 42–50 % P 2 O 5, в РФ выпускается в гранулированном виде. Наряду с водорастворимыми выпускают нерастворимые фосфаты – фосфоритную муку (размолотые природные руды), металлургические шлаки и др. Кормовые фосфаты кальция – монокальцийфосфат, дикальцийфосфат (преципитат), трикальцийфосфат – минеральные добавки в корма животных.

Изображение слайда
4

Слайд 4

Фосфатное сырье Природные фосфатные руды – минеральные образования, содержащие фосфор в таких соединениях и концентрациях при которых их промышленное использование технически возможно и экономично. По содержанию P 2 O 5 различают (%) : убогие 2 – 8; бедные 8 – 18; средние 18 – 28; богатые более 28. Апатиты (магматического происхождения – горные породы) – образуют мощные месторождения, входят в состав агрономических руд, представлены минералами: фторапатит Са 5 (РО 4 ) 3 F, гидроксилапатит Са 5 (РО 4 ) 3 ОН, хлорапатит Са 5 (РО 4 ) 3 Cl, карбонатапатит и др. Частично кальций в них замещен стронцием, барием, лантаном, железом, марганцем. Крупнейшее в мире Хибинское месторождение апатита на Кольском полуострове. 1/5 общих запасов сырья в мире. Фосфориты залегают в земной коре (осадочного происхождения) образованы в результате осаждения фосфатов кальция из морской воды с включениями кварца SiO 2, кальцита CaCO 3, доломита CaCO 3 · MgCO 3. Большое содержание оксидов Fe и Al затрудняет переработку в минеральные удобрения. На территории РФ имеются месторождения фосфоритов: Кингиссепское, Егорьевское, Вятско-Камское. По содержанию P 2 O 5 (%) : от 6–8, до 33–36. 4/5 общих запасов сырья в мире.

Изображение слайда
5

Слайд 5

Природные фосфаты промышленного значения

Изображение слайда
6

Слайд 6

Гуано – разложившиеся в условиях сухого климата скопления помета морских птиц и продукт их взаимодействия с породами, содержащими фосфаты. Состав (%) влага – 23, фосфорная кислота – 12, азот – 9. Экспортный товар ( XX века ) стран: Перу, Чили, Сейшельских Островов. Задачи химической переработки сырья в минеральные удобрения: получение соединений с более легким усвоением фосфора растениями; максимально возможное содержание в них P 2 O 5 ; минимальное содержание баластных и особенно вредных примесей; хорошие эксплуатационные свойства (низкая слеживаемость).

Изображение слайда
7

Слайд 7

Способы переработки фосфатного сырья Механическое измельчение фосфоритов с получением фосфоритной муки, непосредственно применяемой в качестве удобрения. Способ простой, дешевый, однако удобрение медленнодействующее и малоэффективное. Химическое разложение фосфатов минеральными кислотами ( H 2 SO 4, HCl, HNO 3 ). Пригоден для сырья, не содержащего значительных количеств карбонатов, силикатов Ca и Mg, затрудняющих переработку и снижающих качество удобрения. Восстановление фосфатов углеродом с извлечением фосфора и его последующей переработкой в H 3 Р O 4 и ее соли. Пригоден для менее качественного сырья. Термическое разложение фосфатов при высокой температуре 1200–1800 °С, сплавление с солями щелочных металлов.

Изображение слайда
8

Слайд 8

При кислотной обработке возможна утилизация из сырья других ценных компонентов: фтора, редкоземельных элементов. При других способах эти примеси не извлекаются. Кислотная переработка фосфатного сырья

Изображение слайда
9

Слайд 9

Термическая и экстракционная фосфорная кислота Фосфор получают электрохимическим способом (термическим разложением) в электрических печах. При конденсации паров фосфора образуется жидкий фосфор, при охлаждении твердый. Далее его окисляют до пентаоксида P 2 O 5, затем его гидратацией получают термическую фосфорную кислоту ( ТФК ). Более экономично и распространено производство фосфорной кислоты экстракцией из фосфатов серной кислотой – экстракционная кислота ( ЭФК ). ТФК – концентрированная, высокой чистоты, исходное сырье любого качества: низкокачественное без обогащения, но дорогая (высокий расход электроэнергии). Из нее получают кормовые фосфаты и реактивы. ЭФК – более дешевая, но низкой концентрации, с примесями, требует использования высококачественных фосфатов. Применяется для производства удобрений, кормовых и технических фосфатов.

Изображение слайда
10

Слайд 10

Сернокислотное разложение природных фосфатов. Получение экстракционной фосфорной кислоты I. Сернокислотное разложение – извлечение (экстрагирование) P 2 O 5 в виде H 3 PO 4 обработкой природных фосфатов H 2 SO 4. Основная реакция: Са 5 F(РО 4 ) 3 + 5Н 2 SО 4 + nН 2 О → 5СаSО 4 · nН 2 О + 3Н 3 РО 4 + НF, где n = 0 (ангидрит); 0,5 (полугидрат); 2 ( дигидрат ). В раствор помимо фосфора частично переходят содержащиеся в сырье железо, алюминий, калий, натрий, фтор, кремнезем. Сопутствующие реакции: Si О 2 + 4Н F = SiF 4 +2Н 2 О. Частично SiF 4 удаляется в газообразном виде, частично превращается в кремнефтористую кислоту SiF 4 + 2Н F = Н 2 SiF 6. Кальцит разлагается по реакции: ( Са, Mg )СО 3 + Н 2 SО 4 = Са ( Mg )SО 4 ↓+ СО 2 + Н 2 О. (Fe, Al) 2 O 3 + 2H 3 PO 4 = 2( Al,Fe )PO 4 ↓ + 3H 2 O. II. Фильтрование полученной пульпы для отделения H 3 PO 4 от осадка. Отделенный от раствора осадок (неразложившаяся часть минералов, Н 2 SiF 6, Са ( Mg )SО 4, 2(Al, Fe)PO 4 ) называется фосфогипсом – отход производства.

Изображение слайда
11

Слайд 11

При смешении фосфата с концентрированной Н 2 SО 4 образуется густая суспензия, разделить которую невозможно. Поэтому часть выделенного основного фильтрата, а также весь фильтрат, полученный при промывке осадка на фильтре, возвращают в процесс экстрагирования (раствор разбавления) для обеспечения достаточной подвижности пульпы при ее перемешивании и транспортировке. В присутствии оборотного раствора фосфорной кислоты (ФК) процесс протекает следующим образом: Са 5 F(РО 4 ) 3 + nH 3 PO 4 = 5 Ca ( H 2 PO 4 ) 2 + ( n – 7) H 3 PO 4 + HF Ca ( H 2 PO 4 ) 2 + 2Н 2 SО 4 + mH 3 PO 4 = СаSО 4 + ( m +2) H 3 PO 4 + 4 H 2 O. Разложение природных фосфатов – апатита и фосфорита – кислотами – гетерогенный некаталитический процесс в многофазной системе Ж-Т-Г, лимитируемый скоростью диффузии и массообмена между фазами. При разложении образуется многофазная система, включающая жидкую фазу (раствор H 3 PO 4 ), несколько твердых фаз (гипс, монокальцийфосфат, фосфаты железа, алюминия), а также газовую фазу ( HF ).

Изображение слайда
12

Слайд 12

Эффективность экстракции определяется в ыделением фосфогипса в виде достаточно крупных, легко отделяемых и хорошо отмываемых от ФК кристаллов малым количеством воды. Это достигается: Достаточным временем пребывания пульпы в экстракторе, т. е. объемом (количеством) реакторов. Непрерывным и равномерным поступлением в экстрактор реагентов и равномерным отводом из него пульпы, чтобы не образовывались пересыщенные растворы. Оптимальной температурой в экстракторе. Интенсивным перемешиванием пульпы для обеспечения постоянных концентраций и температуры во всем объеме пульпы. Оптимальным отношением Ж:Т (2:1 до 3,5:1) для обеспечения подвижности пульпы. Необходимым избытком ионов SO 4 2- д ля получения крупных кристаллов. Если образуется мелкокристаллический осадок фосфогипса, для промывки требуется много воды. Так как ФК возвращается в производственный процесс, то она получается менее концентрированной. Природные фосфаты, содержащие большое количество нерастворимых в кислоте примесей (особенно Al и Fe - содержащих), карбонатов и органических веществ не пригодны для экстракции.

Изображение слайда
13

Слайд 13

Основы технологического процесса В зависимости от температуры и концентрации ФК, находящийся в равновесии с ней СаSО 4 существует в трех формах: ангидрита; полугидрата; дигидрата. При увеличением концентрации ФК растворимость кристаллогидратов СаSО 4 сначала возрастает, достигает максимума при 16–22 %, затем снижается (рис. 1). Минимальной растворимостью обладает ангидрит наибольшей – полугидрат. Рис.1. Изотермы растворимости сульфата кальция в ФК при 80 °С При осаждении СаSО 4 вначале выделяется метастабильный полугидрат, который затем в зависимости от условий превращается в стабильную форму, обладающую меньшей растворимостью (ангидрит).

Изображение слайда
14

Слайд 14

В реальных растворах ЭФК фактические границы областей кристаллизации, скорости протекания фазовых превращений существенно изменяются из-за присутствия примесей (рис.2). В области ниже кривой 2 СаSО 4 отделяется в виде дигидрата (гипса), выше кривой 1 – в виде ангидрида, а между ними – в виде полугидрата. В соответствии с этим различают три режима экстракции ФК (таблица). Метод (режим) T, ° С C P2O5, % Дигидратный ( самый распространенный ) 65 – 80 30 – 32 Полугидратный 90 – 105 До 50 Ангидритный не применяется из-за усиленной коррозии аппаратуры при высоких температурах, низкой фильтруемости ФК через слой мелких кристаллов ангидрита 150 50 250 0 20 40 60 P 2 O 5, % T,°C 1 2 Рис.2. Влияние температуры и содержания P 2 O 5, в растворе на практическую гидратированность отделяемого осадка СаSО 4

Изображение слайда
15

Слайд 15

Форма и размеры кристаллов СаSО 4, определяющие фильтрующие свойства слоя этого материала, зависят от температуры и концентрации ФК, концентрации в растворе ионов Са 2+ и SО 4 2-. При избытке Са 2+ гипс выделяется в форме тончайших игл 20–80 мкм. При избытке SО 4 2- размеры достигают 100 мкм в ширину и более 100 мкм в длину. Для получения крупных кристаллов гипса необходимо о тношение SO 3 : СаО ( 1,5–4 ), полугидрата ( 10–15 ). Скорость разложения фосфатов увеличивается при увеличении : температуры (рис. 3), к онцентрации ионов водорода (рис. 4), тонкости помола фосфата; улучшении перемешивания. Рис. 3.

Изображение слайда
16

Слайд 16

Рис. 4.

Изображение слайда
17

Слайд 17

Продолжительность процесса определяется скоростью образования и роста кристаллов СаSО 4, для разного сырья колеблется в пределах 4–8 часов. Длительность процесса обеспечивается объемом реактора – экстрактора (один и более).

Изображение слайда
18

Слайд 18

Технологические схемы. Дигидратный процесс Одна из технологических схем получения ЭФК с применением ленточного вакуум-фильтра представлена на рис. 5. Измельченный фосфат разлагается в серии стальных реакторов 8, покрытых изнутри полиизобутиленом или свинцом (у стойчивые материалы защищают экстракторы от коррозии при действии горячих кислот, а также от эрозии – истирания перемешиваемой пульпой) и оборудованных вытяжными трубами для отвода газов и паров. Реагенты перемешиваются пропеллерными или турбинными мешалками, вращающимися с частотой 400–600 об/мин. Фосфат дозируется ленточным весовым дозатором 5, непрерывно поступая в первый реактор. Сюда же непрерывно вводятся через напорные сборники 6, 7 серная кислота (97,5 %) и оборотная ФК. Реакционная смесь последовательно проходит все реакторы и поступает на фильтрование. Часть пульпы из последнего реактора откачивается насосом в вакуум-испаритель 14, где температура снижается за счет вакуума, и направляется в первый реактор для создания благоприятных условий для роста кристаллов СаSО 4. ленточный вакуум-фильтр

Изображение слайда
19

Слайд 19

Рис. 5. Схема производства ЭФК с применением ленточного вакуум-фильтра и противоточной промывкой фосфогипса

Изображение слайда
20

Слайд 20

Часть пульпы из вакуум-испарителя поступает через последний реактор- сборник на фильтр. Охлаждение пульпы необходимо, поскольку ее температура может возрасти до 115 С, это приведет к дегидратации СаSО 4 и усилению коррозии аппаратуры и фильтровальной ткани. Реакторы закрыты крышками; выделяющиеся в процессе пары воды и фтористые газы поглощаются водой в абсорбере 6. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу, а разбавленная кремнефтористая кислота направляется на переработку. Фосфогипс фильтруют и отмывают от ФК на вакуум-фильтрах. Ленточный фильтр 9 состоит из длинного стола, по которому скользит натянутая на двух барабанах резиновая лента, в средней части имеющая сквозные отверстия. Поверх ленты натягивается фильтрующая ткань (лавсан, капрон). Суспензия поступает на движущуюся ленту, жидкость отсасывается в вакуум камеры, осадок на полотне орошается промывной водой. Основной фильтрат концентрированная ФК (до 32 % P 2 O 5 ) поступает в первый вакуум-сборник 10, из которого часть поступает потребителю, другая часть в первый экстрактор.

Изображение слайда
21

Слайд 21

В конце фильтра фосфогипс промывается горячей водой. Промывной раствор ( 2–3 % P 2 O 5 ) поступает в последний вакуум-сборник, из него насосом на следующую промывку, получается более концентрированный раствор ( 11–12 % P 2 O 5 ). Он перекачивается на первую промывку. Полученный раствор ( 22–25 % P 2 O 5 ) возвращается в первый экстрактор. Промытый фосфогипс взмучивается в воде в репульпере 11 и поступает на дальнейшую переработку. На рис. 6 приведена другая схема экстракции. Фосфат разлагается в одном или нескольких железобетонных реакторах с внутренними перегородками и мешалками в каждом отделении. Фильтрование пульпы и противоточная промывка фосфогипса проводится на карусельном вакуум-фильтре, который состоит из лотков с бортами. Карусельный фильтр Лотки установлены на каретках, движущихся по круговым рельсам. При выгрузке осадка каждый лоток поочередно опрокидывается.

Изображение слайда
22

Слайд 22

4 и 10 – напорные баки; 5 – дозаторы кислот: 6 – вакуум-испаритель; 7 – распределитель пульпы; 8 – погружные насосы; 9 – барометрический конденсатор; 11 – лотки карусельного фильтра; 12 – вакуум-сборники ; 13 – сборники фильтратов Рис. 6. Схема производства ЭФК с применением карусельного вакуум-фильтра: 1 – бункер для апатита; 2 – ленточный весовой дозатор; 3 – экстрактор;

Изображение слайда
23

Слайд 23

Рис. 7. Достоинством полугидратного процесса (рис.7) является получение более концентрированной ФК, чем в дигидратном процессе, что позволяет уменьшить объем основного оборудования (экстрактора и фильтра).

Изображение слайда
24

Слайд 24

Различия в технологических схемах Технологические схемы и режимы производства ЭКФ отличаются: распределением реагентов между зонами реакционного объема; наличием или отсутствием циркуляции раствора разбавления; способами охлаждения пульпы; методами разбавления жидкой и твердой фаз; ступенчатостью схем промывки фосфогипса. Концентрирование ЭФК Для производства комплексных удобрений и двойного суперфосфата применяют концентрированную ФК, содержащую до 53 – 55 % P 2 O 5 и получаемую выпариванием ЭФК. В процессе нагревания водных растворов ФК в газовую фазу выделяются только пары воды, следовательно, ФК можно упарить до очень высоких концентраций. Однако этот процесс осложняется осаждением на греющих поверхностях содержащихся в ФК примесей: СаSО 4, кремнефторидов, и др. солей, а также коррозией аппаратуры (высокие концентрация кислоты и температура).

Изображение слайда
25

Слайд 25

Концентрирование проводят в вакуум-выпарных аппаратах с выносной греющей камерой, обогреваемой паром 130 °С. Внутри аппарата поддерживают разряжение ~0,09 МПа, что позволяет упаривать ФК при низких температурах 80–90 °С. Корпус аппарата гуммирован, нагревательная камера из графита с просверленными каналами для кислоты и пара. На внутренних поверхностях камеры отлагаются примеси, что требует частых промывок водой – раз в трое суток. Применяют барботажные концентраторы – камеры из кислотоупорного материала, в которых через слой ФК барботируют горячие ( 650–900 °С) топочные газы. Осадки благодаря высокой скорости подачи греющих газов находятся во взвешенном состоянии и выносятся из аппаратов вместе с кислотой, которая затем очищается отстаиванием. Недостаток – унос газами тумана ФК, следовательно потери продукта и загрязнение окружающей среды.

Изображение слайда
26

Слайд 26

Сернокислотное разложение природных фосфатов

Изображение слайда
27

Последний слайд презентации: Лекция 2.4 Сернокислотная переработка фосфатного сырья (4 ч) Применение

Спасибо за внимание!

Изображение слайда