PL101621B1 - A method of producing extractive phosphoric acid - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ekstrakcyjnego kwasu fosforowego, w oparciu o metode dwuwodzianowa, przeznaczonego do wytwarzania nawozów mineralnych azotowo-fosforo- wych oraz nawozów wieloskladnikowych.

Stan techniki. Znany jest ze stosowania sposób wytwarzania ekstrakcyjnego kwasu fosforowego do pro¬ dukcji nawozów mineralnych wieloskladnikowych, polegajacy na rozkladzie mineralnych surowców fosforowych kwasem siarkowym, z zastosowaniem cyrkulacji popluczek filtracyjnych zawierajacych produkt reakcji rozkladu w postaci kwasu fosforowego. W wyniku reakcji rozkladu powstaje wodny roztwór kwasu fosforowego, zawiera¬ jacy od 28% wagowych do 32% wagowych kwasu w przeliczeniu na P2 05 oraz faza stala, w sklad której wchodzi glównie siarczan wapnia jako sól o wzorze CaS04 • 2H20 oraz czesc mineralnych zanieczyszczen pochodzacych z surowca fosforowego. Stezenie kwasu fosforowego otrzymywanego tym sposobem ograniczone jest linia równo¬ wagi oddzielajaca pole krystalizacji soli o wzorze chemicznym CaS04 • 2H2 O od pola krystalizacji soli o wzorze chemicznym CaS04 • 0,5H2 O. Otrzymany tym sposobem roztwór kwasu fosforowego przed dalsza przeróbka na mineralne nawozy wieloskladnikowe musi byc poddany wielostopniowemu zatezeniu do stezenia od 40% wago¬ wych do 42% wagowych w przeliczeniu na P2 05. Ponadto roztwór ten ma znaczna ilosc zanieczyszczen.

Z opisu patentowego polskiego nr 95654 znany jest sposób oparty na metodzie dwuwodzianowej, w którym mineralny surowiec fosforowy poddaje sie w sposób ciagly rozkladowi roztworem kwasu siarkowego i popluczek filtracyjnych zawierajacych kwas fosforowy, w obecnosci jonów amonowych o stezeniu od 0,2% wagowych do 5% wagowych w przeliczeniu na azot, przy ograniczeniu stezenia do stezenia wlasciwego polu krystalizacji podwójnej soli o nastepujacym wzorze chemicznym 5CaS04 • /NH4/2S04 • H20. Jony amonowe wprowadza sie do ukladu reakcyjnego w postaci albo siarczanu amonowego albo amonowych soli fosforowych, przy zachowaniu stosunku NP2Of w fazie cieklej pulpy reakcyjnej w zakresie od 0,01 do 0,20. Równorzedny skutek wystepuje w przypadku czesciowej neutralizacji stosowanego do rozkladu kwasu siarkowego lub poplu¬ czek filtracyjnych, przy zachowaniu stosunku wagowego N:S03 w fazie cieklej pulpy w zakresie od 0,1 do 2,5.

W sposobie tym proces prowadzi sie przy parametrach stezeniowych i temperaturowych wlasciwych metodom dwuwodzianowym, uzyskujac dzieki wprowadzeniu jonu amonowego do srodowiska reakcji rozkladu poprawe2 101621 filtrowalnosci osadu fosfogipsu, wzrost sprawnosci fosforowej procesu, a w konsekwencji intensyfikacje pro¬ dukcji. Otrzymany jednak tym sposobem kwas fosforowy ma równiez niskie stezenie, maksimum 32% wagowych kwasu w przeliczeniu na P205, co powoduje takze koniecznosc dalszego zatezania, jednakze w porównaniu do znanego ze stosowania sposobu, uprzednio omówionego, ma on znacznie mniejsza ilosc zanieczyszczen, dzieki wysalajacemu dzialaniu jonu amonowego.

Istota wynalazku. Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania ekstrakcyjnego kwasu fosforowego, metoda dwuwodzianowa, przeznaczona do produkcji nawozów mineralnych, w którym mineralny surowiec fosfo¬ rowy poddaje sie w sposób ciagly rozkladowi roztworem kwasu siarkowego i popluczek filtracyjnych zawieraja¬ cych kwas fosforowy, przy czym rozklad surowca prowadzi sie w obecnosci jonów amonowych o stezeniu nie przekraczajacym 5% wagowych w przeliczeniu na azot, zas stezenie tego jonu amonowego ogranicza sie do stezenia wlasciwego polu krystalizacji podwójnej soli o nastepujacym wzorze chemicznym 5CaS04 * /NH4/2SO4 • H20, natomiast jony amonowe wprowadza sie w postaci albo siarczanu amonowego, albo amonowych soli fosforowych, albo na drodze czesciowej neutralizacji amoniakiem stosowanego kwasu siarkowego lub popluczek filtracyjnych. Istota wynalazku jest to, ze w fazie cieklq pulpy reakcyjnej utrzymuje sie stezenie jonu fosforanowego od 32% wagowych do 40% wagowych w przeliczeniu na P205 poprzez obnizenie ogólnej zawartosci woldy rozkladajacego ukladu reakcyjnego w granicach od 4% wagowych do 12% wagowych w przeliczeniu na sumaryczna zawartosc wody w roztworze kwasu siarkowego i popluczkach filtracyjnych, przy czym zachowuje sie w fazie cieklej pulpy reakcyjnej stosunek molowy amoniaku do kwasu fosforowego w zakre¬ sie od 0,3 do 0,75.

W efekcie prowadzonego procesu uzyskuje sie ekstrakcyjny kwas fosforowy o stezeniu do okolo 40% wagowych w przeliczeniu na P205, dzieki temu ze surowiec fosforowy rozklada sie przy nizszej zawartosci wody w ukladzie reakcyjnym niz to ma miejsce w znanych metodach dwuwodzianowych, zapobiegajac krystalizacji pólwodzianu siarczanu wapniowego o wzorze CaS04 • 0,5H2O, co jest mozliwe dzieki prowadzeniu reakcji ' rozkladu w obecnosci jonów amonowych. Wprowadzony jon amonowy modyfikuje diagramy rozpuszczalnosci soli CaS04 • 2H20 i soli CaS04 • 0,5H2O, przesuwajac linie równowagi oraz temperatury przejscia soli CaS04 • 2H20 w sól CaS04 • 0,5H2O w kierunku wy szych stezen jonu fosforanowego, dzieki czemu nastepuje rozszerzenie obszaru wystepowania dwuwodnego siarczanu wapniowego. W ukladzie reakcyjnym utrzymuje sie stale stezenie jonu amonowego od 2% wagowych do 5% wagowych w przeliczeniu na azot, co daje mozliwosc zachowania stezenia jonu fosforanowego od 32% wagowych do 40% wagowych w przeliczeniu na P205. Zacho¬ wanie stosunku molowego amoniaku do kwasu fosforowego w fazie cieklej pulpy reakcyjnej od 0,3 do 0,75 zapewnia krystalizacje fosfogipsu w formie dwuwodzianowej o wzorze chemicznym CaS04 • 2H20. Tak prowa¬ dzony proces pozwala na obnizenie nakladów energetycznych na zatezaniu roztworu kwasu fosforowego niezbe¬ dnych do przystosowania go do wymogów technologii produktów finalnych. Ponadto obecnosc w produkcie reakcji jorlu amonowego o wyzszym stezeniu niz w sposobie wedlug opisu patentowego polskiego nr 95654, przy równoczesnie wysokim stezeniu jonu fosforanowego, wplywa na obnizenie stezenia zanieczyszczen kationo¬ wych w kwasie produkcyjnym w wyniku wysalajacego dzialania jonu amonowego w stosunku do kationów po¬ chodzacych z surowca mineralnego, a takze nizszej rozpuszczalnosci zanieczyszczen mineralnych w bardziej stezonym kwasie. Prowadzi to w konsekwencji do zmniejszenia ilosci szlamów wydzielajacych sie podczas maga¬ zynowania uzyskanego kwasu fosforowego. W przypadku uzupelniania zawartosci jonu amonowego w ukladzie reakcyjnym siarczanem amonowym, stanowiacym produkt odpadowy wielu rozwijajacych sie technologii np. kaprolaktamu, bieli tytanowej itp., uzyskuje sie oszczednosc w zuzyciu kwasu siarkowego do 30% wagowych w stosunku do znanych metod dwuwodzianowych. Uzyskane efekty wplywaja na podwyzszenie efektywnosci ekonomicznej metody, a takze powoduja intensyfikacje procesu, w którym zatezanie roztworu kwasu fosforowe¬ go, zawierajacego mineralne zanieczyszczenia, jest czesto przyczyna zaburzen ciaglosci procesu.

Przyklady realizacji. Sposób wedlug wynalazku jest przedstawiony w dwóch przykladach realizacji.

Przyklad I. W przykladzie tym podany jest sposób, w którym stezenie jonu fosforanowego w fazie cieklej pulpy reakcyjnej utrzymywane jest w poblizu dolnego przedzialu stezen okreslonych w istocie wynalaz¬ ku. Do ukladu reakcyjnego stanowiacego reaktor przelewowy, pracujacy systemem ciaglym, wprowadza sie na godzine 1000 kg mineralnego surowca fosforowego zawierajacego 31,5% wagowych P205 i 52% wagowych CaO.

Rozklad prowadzi sie roztworem kwasu siarkowego o stezeniu 61,8% wagowych w ilosci 1308,3 kg oraz po- pluczkami filtracyjnymi o stezeniu 27,4% wagowych kwasu fosforowego w przeliczeniu na P205 oraz 2,3% wagowych jonu amonowego w przeliczeniu na azot, w ilosci 2900,5 kg. Do popluczek wprowadza sie dodatkowo krystaliczny siarczan amonowy w ilosci 145,3 kg. Proces prowadzi sie w temperaturze 80°C i przy zachowaniu stosunku molowego amoniaku do kwasu fosforowego w zakresie od 0,3 do 0,75 uzyskujac w tych warunkach stopien przereagowania rze^iu 98%. W wyniku przebiegu procesu rozkladu uzyskuje sie po odfiltrowaniu101621 3 881,7 kg roztworu kwasu fosforowego zawierajacego 35% wagowych kwasu fosforowego w przeliczeniu na P205 oraz 3,4% wagowych jonu amonowego w przeliczeniu na azot.

Przyklad II. W przykladzie tym podany jest sposób, w którym stezenie jonu fosforowego w fazie cieklej pulpy reakcyjnej utrzymywane jest w poblizu górnego przedzialu stezen okreslonych w istocie wynalaz¬ ku. Do ukladu reakcyjnego stanowiacego reaktor przelewowy, pracujacy systemem ciaglym, wprowadza sie na godzine 1000 kg mineralnego surowca fosforowego zawierajacego 31,5% wagowych P205 i 52,0% wagowych CaO. Rozklad prowadzi sie roztworem kwasu siarkowego o stezeniu 71,7% wagowych w ilosci 1178,3 kg oraz popluczkami filtracyjnymi o stezeniu 28,5% wagowych kwasu fosforowego w przeliczeniu na P205 oraz 1,63% wagotyych jonu amonowego w przeliczeniu na azot, w ilosci 3105,4 kg. Do popluczek wprowadza sie dodatkowo krystaliczny siarczan amonowy w ilosci 99,0 kg. Proces prowadzi sie w temperaturze 78°C i przy zachowaniu stosunku molowego amoniaku do kwasu fosforowego w zakresie od 0,3 do 0,75, uzyskujac w takich warunkach stopien przereagowania rzedu 98%. W wyniku przebiegu procesu rozkladu uzyskuje sie po odfiltrowaniu 812,4 kg roztworu kwasu fosforowego zawierajacego 38% wagowych kwasu fosforowego w przeliczeniu na P205 oraz 2,5% wagowych jonu amonowego w przeliczeniu na azot.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania ekstrakcyjnego kwasu fosforowego, metoda dwuwodzianowa, przeznaczonego do pro¬ dukcji nawozów mineralnych, w którym mineralny surowiec fosforowy poddaje sie w sposób ciagly rozkladowi roztworem kwasu siarkwego i popluczek filtracyjnych zawierajacych kwas fosforowy, przy czym rozklad su¬ rowca prowadzi sie w obecnosci jonów amonowych o stezeniu nie przekraczajacym 5% wagowych w przeliczeniu na azot, zas stezenie tego jonu amonowego ogranicza sie do stezenia wlasciwego polu krystalizacji podwójnej soli o nastepujacym wzorze chemicznym 5CaS04 •/NH4/2S04- H20, natomiast jony amonowe wprowadza sie w postaci albo siarczanu amonowego, albo amonowych soli fosforowych, albo na drodze czesciowej neutralizacji amoniakiem stosowanego kwasu siarkowego lub popluczek filtracyjnych, znamienny tym, ze w fazie cieklej pulpy reakcyjnej utrzymuje sie stezenie jonu fosforanowego od 32% wagowych do 40% wagowych w przeliczeniu na P205 poprzez obnizenie ogólnej zawartosci wody rozkladajacego ukladu reakcyjnego w grani¬ cach od 4% wagowych do 12% wagowych w przeliczeniu na sumaryczna zawartosc wody w roztworze kwasu siarkowego i popluczkach filtracyjnych, przy czym zachowuje sie w fazie cieklej pulpy reakcyjnej stosunek molowy amoniaku do kwasu fosforowego w zakresie od 0,3 do 0,75.