O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi namangan muhandislik-texnologiya instituti «Kimyo-texnologiya» - bet 3

Ekstraktsiyalashda hosil bo’ladigan kalsiy sulfat kristallarining shakli va o’lchami – cho’kma qatlamining filtrlash xossasini belgilab beradi, shunday ekan, uning fosfat kislotadan yuvilish samaradorligi xaroratga va kislota konsentratsiyasiga, to’yinishning pasayish darajasi va sharoitiga bog’liqdir. Ular ham shuningdek, eritmadagi Ca2+ va SO42- ionlarining nisbatiga va magniy, alyuminiy, ftor birikmalari kabi qo’shimchalarning konsentratsiyasiga bog’liqdir. Ca2+ ionlari ortiqcha bo’lganda gips uzunligi 20-80 mkm bo’lgan yupqa ignasimon shaklda ajraladi; SO42- ionlari ortiqcha bo’lganda esa, aksincha, gips kristallarining o’lchami eniga 100 mkmgacha va bo’yiga bir necha yuz mikrometrgacha yetadi.
Yirik kristalli bir jinsli gips cho’kmasini olish uchun suyuq fazadagi SO3:CaO molyar nisbati imkoniyat darajasida 1,5-4,0 oralig’ida bo’lishi lozim. Yarimgidrat kristallantirilishida u stexiometrik nisbatga yaqin bo’lishi kerak, angidritda esa 10-15 ga teng bo’dadi. Ko’rsatib o’tilgan modifikatsiyalarga mos holda eritmadagi SO3 1,5-2,5; 0,8-1,2%; 2,5-4,5% bo’lishi optimal hisoblanadi. Gipsning kristallanishini iloji boricha kam to’yingan eritmadan kristallanishini ta’minlash lozim. Bu shart-sharoitlar suspenziyaning intensiv aralashtirilishini, uning resirkulyatsiyasini (boshlang’ich komponentlarni kiritish qismiga qaytarish), sulfat va aylanma fosfat kislotalarni oldindan aralashtirishni va boshqa yo’l-yo’riqlarni amalga oshirish yo’li bilan ta’minlanadi. Ekstraktsiyalashning digidratli usulida esa, aksincha, ixcham sharsimon kristallar bo’laklari hosil qilish xususiyatiga ega bulgan yuqori to’yinuvchanlik ushlab turiladi.
Kalsiy sulfatning kristallanishiga eritmadagi qo’shimchalar ham ta’sir etadi. Kristallanishga eritmada (AlFn)(3-n)+ turidagi kompleks ionlar hosil qiluvchi alyuminiy va ftor birikmalari kabi qo’shimchalar yanada ko’proq ta’sir qiladi; (AlFn)(3-n)+ kompleks ionlari kristallarning ma’lum tomonlariga so’rilib, izometrik yassi gips kristallari va oltiqirrali yarimgidrat prizmalari ajralib chiqishiga sabab bo’ladi.
Suspenziyaning suyuq fazasida sulfatlar miqdorini optimal darajada ushlab turish mahsulot kislotasiga yuqori darajadagi P2O5 o’tishiga erishishda muhim sharoit hisoblanadi. Sulfatlar konsentratsiyasining pasayishi natijasida fosfat minerallarining parchalanish darajasi va tezligi kamayadi, shu bilan birgalikda SO42- va HPO42- ionlarining radiuslari yaqin bo’lganligi sababli kalsiy sulfat kristall panjarasiga kalsiy fosfatlarning o’rinlashishi («P2O5 egallash») ortadi. Erkin sulfat kislota konsentratsiyasining ortishi P2O5 egallashni kamaytiradi, ammo fosfat zarrachalari sirtida diffuziyalanish va parchalanishni pasaytiruvchi kalsiy sulfatning quyqali mustahkam qatlami hosil qilib kristallanishiga olib keladi. Shuning uchun amaliyotda parchalanishga ulgurmay qoladigan xom ashyo, P2O5 egallash va cho’kmani vakuum-filtrda to’la yuvmaslik hisobidan minimal yo’qotilishga erishish uchun yo’naltirilgan optimal sulfatli tartib (rejim) tanlanadi.
Ekstraktsiyalashning optimal sharoitida fosfat minerallarining parchalanish tezligi yetarlicha yuqori bo’ladi, jarayonning davomiyligi esa kristallanish tezligi va kalsiy sulfat kristallarining o’sishi orqali aniqlanadi. Amalda ekstraktsiyalash davomiyligi xom ashyo turi va jarayon tartibiga qarab 4-8 soat ni tashkil etadi. Bu yetarlicha yirik (albatta, cho’ktirishning optimal sharoitiga amal qilinganda), filtrda oson ajraluvchi kristallar hosil bo’lishini ta’minlaydi va reagentlarni qisqa muddatda qo’shish natijasida yuzaga keluvchi jarayon ko’rsatkichlariga salbiy ta’sir etuvchi omillardan yiroq bo’lishga olib keladi. Jarayon davom etishining kerakli vaqti, tegishlicha reaksion hajm (ekstraktor) tanlash va u orqali reaksion massa (suspenziya) ning sekinlik bilan, ammo shiddatli aralashtirilgan holda o’tishi hisobiga ta’minlanadi. Reaksion hajm sifatida bir, ikki va undan ortiq sondagi reaktorlar ishlatiladi. Masalan, aralashtirgichlar bilan ta’minlangan va to’siqlar bilan ajratilgan bir necha bo’linmalardan iborat to’g’ri burchakli katta rezervuar shaklidagi bir bankali ekstraktor; bo’linmalarga ajratilgan yoki to’siqsiz 2-8 silindrik ekstraktorlardan iborat pog’onali qurilma (kaskad) kabilardan foydalaniladi.
Ekstraktorlar, aralashtirgichlar, o’tkazuvchi quvurlar, nasoslar va boshqa jihozlar qaynoq fosfat kislota ta’siri (korroziyasi) dan va suspenziyani aralashishi hisobiga yuzaga keladigan ishqalanish ta’sirida yemirilish (eroziya) dan himoya qilingan bo’lishi lozim.
Fosfatli xomashyo, sulfat va aylanma fosfat kislota me’yorlashtiruvchi qurilmalar va nasoslar yordamida ekstraktorning birinchi bo’linmasiga uzatiladi. Dastlabki aralashmada fosfat kislota ham bo’lganligi sababli:
Ca5(PO4)3F + 7H3PO4 + 5H2O = 5Ca(H2PO4)2*H2O + HF
tenglama bilan ifodalanuvchi reaksiya ham sodir bo’lishi mumkin. Hosil bo’ladigan monokalsiyfosfat sulfat kislota bilan qayta ishlanib, kalsiy sulfat kristallantiriladi. Ekstraktorning birinchi bo’linmasiga, shuningdek, oxirgi yoki undan oldingi bo’linmadan suspenziyaning birtalay qismi qaytariladi – bu esa to’yinishning kamayishini va kalsiy sulfatning kristallanish sharoti yaxshilanishini ta’minlaydi. Ekstraktorning gazli bo’shlig’idan xom ashyoni parchalanishi natijasida ajraladigan ftorli gazlar absorbtsion sistemaga so’rib olinadi, u yerda H2SiF6 ning suvli eritmasi bilan tutib qolinadi.
Ekstraktorning oxirgi bo’linmasidan kalsiy sulfatning fosfat kislotali suspenziyasidagi komponentlarni ajratish uchun filtrlashga yuboriladi. Fosfogipsni reaksion massa suyuq fazasidan ajratish natijasida – asosiy filtrat, fosfogipsni suv bilan yuvish natijasida esa – yuvindi filtrat hosil qilinadi. Asosiy filtratning bir qismi tayyor mahsulot sifatida chiqariladi, qolgan qismi esa yuvindi filtrat bilan aralashtiriladi va aylanadigan eritma tarzida ekstraktorga qaytariladi. Yuvish soniga bog’liq holda turli konsentratsiyadagi bir necha filtrat lar hosil bo’ladi. Yuvish soni bo’yicha filtrlash sxemasi nomlanadi, masalan uch-, to’rtfiltrat li va x.o.
Fosfogipsning ajratilishi va yuvilishi barabanli lentali, aylanuvchi konveyer-tarnovli (karuselli) va boshqa vakuum-filtrlarda amalga oshiriladi. Filtrlarga qo’yiladigan asosiy talab bu fosfat kislotadan cho’kmani yaxshi yuvib olishni ta’minlashdir.
Ko’pincha katta quvvatdagi ekstraksion sistemalarda tarnovli karusel vakuum-filtrlar qo’llaniladi (5 – rasm). U alohida-alohida 24 tarnovdan iborat va ularning tag qismiga filtrlovchi to’qima yotqizilgan bo’ladi. Tarnov uzunligi 1,9 m ni, eni - ichki bo’lmasida 0,9 m ni, tashqi bo’lmasida esa 1,2 m ni va chuqurligi 0,2 m ni tashkil etadi. Tarnovlar aylanma rels bo’yicha harakatlanadigan g’ildirakli aravachalarga o’rnatilgan bo’ladi.
-
5 – rasm. Tarnovli karusel vakuum-filtr.
|
Ikkita – biri tarnov bilan birgalikda aylanuvchi harakatchan va ikkinchisi tegishli vakuum-yig’gichlardagi qo’zg’almas golovkalar yordamida filtrat lar so’rib olinadi. Har bir tarnov filtr lash va yuvish doirasi (zonasi) dan o’tgandan so’ng, fosfogips qatlamini to’kish uchun avtomatik suratda ag’dariladi. Filtrlovchi to’qima yuviladi va havo bilan quritiladi. So’ngra tarnov yana ishchi holatga keladi va asosiy filtrlash doirasiga ko’chadi. Filtrlash yuzasi 40-100 m2 ga teng. Bu filtrning afzalliklaridan biri – cho’kmani minimal miqdordagi suv bilan yuvish mumkin.
Vakuum-filtrlarda fosfogipsni ajratishda 1 m2 filtrlash yuzasidan bir soat ichida 500-800 kg gips cho’kmasi yoki 1000-1400 kg yarimgidrat ajratiladi (quruq massa hisobida). Fosfogipsning gigroskopik namligi 35-40% ni tashkil etadi. Olinadigan (quruq) fosfogipsning miqdori fosfatning navi va kalsiy sulfatning gidratlanish darajasiga bog’liq holatda qayta ishlanadigan tabiiy fosfat massasining 120-160% ini tashkil etadi. Apatitning qayta ishlanishida kalsiy sulfat yarimgidratining unumi 140% ni, digidratining unumi esa 160% ni tashkil qiladi. Yuvilgan sulfatli cho’kma filtr lash sexidan «quruq» holatda transportyor, avtomashina va boshqalar yordamida yo’qotiladi yoki suv bilan qorishtirilib nasos yordamida chiqindi hovuzlariga haydaladi.
Qoratog’, shuningdek, ayniqsa Qizilqum fosforitlari tarkibida magniy, alyuminiy va temir birikmalari singari qo’shimchalar ko’p bo’lganligi uchun ekstraktsiyalash jarayonida bir talay qiyinchiliklar kelib chiqadi, ishlab chiqarishning texnologik ko’rsatkichlari birmuncha pasayadi va chiqindi fosfogipsning solishtirma hajmi ko’payadi.
Hozirgi paytda butun dunyo sanoatlari amaliyotida sulfat kislotali ekstraktsiyalash jarayonining kaltsiy sulfatni cho’ktirish tartibi va texnologik sxemalar alohida bo’g’inlarining uskunali jihozlanishi: boshlang’ich reagentlarni me’yoriy kiritish, reaksion suspenziya olish, uning xaroratini boshqarish, ajralib chiqadigan ftorli gazlarni zararsizlantirish, suspenziyani ajratish va sulfatli cho’kmani yuvish, uni chiqindixonaga yo’qotish bilan farqlanuvchi bir necha o’nlab variantlari ishlab chiqarishga tatbiq etilgan.
Ekstraksion fosfat kislota olishning digidratli usuli. Jahon amaliyotida (shu bilan birgalikda bizning mamlakatimizda ham) Ekstraksion fosfat kislota ishlab chiqarish nisbatan sodda va ishonchli bo’lganligi sababli ko’pchilik hollarda digidratli usulga asoslangan. O’zbekistondagi «Ammofos» ishlab chiqarish birlashmasi (Olmaliq) va Samarqand kimyo zavodi texnologik sistemasi har bir navbatining loyiha quvvati 136 ming t/yil P2O5 ga teng. Bu ishlab chiqarish korxonasida Qoratog’ va Qizilqum fosforitlaridan Ekstraksion fosfat kislota va undan ammmofos olinadi.
Shunday quvvat bilan EFK ishlab chiqarishda temir-betonli korpus bilan niqoblangan to’g’ri burchakli o’n sektsiyali ekstraktor (ishchi hajmi 740 m3) yoki ikki bankali (biridan ikkinchisiga suyuqlik o’z-o’zicha oqib tushuvchi va bir-biriga bog’langan ikki tsilindrik reaktor), aktiv filtrlash sirt yuzasi 80 m2 (umumiy sirt yuzasi – 100 m2) bo’lgan tarnovli karusel vakuum-filtr va qo’shimcha jihozlar majmuasidan iborat texnologik tizimdan foydalaniladi. Ekstraktorlarining hajmi 1500 m3 dan katta va filtr sirt yuzasi 135 m2 bo’lgan kuchli sistemalar ham ishlatiladi. Ekstraksiya tizimini bundanda kattalashtirish g’oyalari ham mavjuddir.
6–rasmda apatit konsentratidan fosfat kislota (28-32% P2O5) ishlab chiqarishning prinsipial sxemasi tasvirlangan (shunga o’xshash sxema bo’yicha Qoratog’ fosforitidan 20-22% P2O5 konsentratsiyali kislota olinadi). Fosfatning parchalanishi 900 m3 hajmli ekstraktorda (to’ldirilish koeffitsenti 0,8) amalga oshiriladi. Ekstraktor ZI-35 markadagi xromnikelmolibdenli po’lat (yoki kislotabardosh materiallar bilan himoyalangan St.3) dan tayyorlangan ikkita (diametri 13 m, balandligi 5,3 m bo’lgan) silindrik reaktordan tarkib topgan. Har bir reaktorga bitta markaziy propellerli (yo’naltiruvchi apparatning kuraklarini burab quvvati o’zgartiriladigan gidravlik trubinali) va sakkizta trubinali aralashtirgichlar o’rnatilgan bo’ladi. Birinchi reaktorga bunker 1 dan og’irlik o’lchov me’yorlashtirgich 2 orqali uzluksiz suratda apatit konsentrati kiritiladi. Xuddi shu yerga muntazam ravishda barometrik yig’gich 16 dan botirma nasoslar yordamida aylanma fosfat kislotasi, vakuum-bug’latgichli qurilmadan keladigan sirkulyatsiyali suspenziya sirkulyatsiyaning qaytarilishi (812):1 nisbatda bo’ladi] va sulfat kislota yuboriladi (sulfat kislotaning bir qismi yoki to’la ikkinchi reaktorga ham berilishi mumkin).
Ekstraktordagi suspenziyaning suyuq va qattiq fazalari nisbati, ya’ni S:Q = (1,72,5):1 da ushlab turiladi. Suspeziya birinchi reaktordan ikkinchisiga oqib tushadi, u yerdan uning asosiy qismi kuchli botirma nasoslar 7 (quvvati 600 m3/s bo’lgan ikkita nasos) yordamida vakuum-bug’latgich 8 ga beriladi. Vakuum-bug’latgich rezervuardan iborat bo’lib, u yerda vakuum-nasos yordamida pastaytirilgan bosim ushlab turiladi. Shu tufayli unga tushadigan suyuqlik go’yoki qizdirilgandagi kabi qaynaydi, natijada esa undan ma’lum miqdordagi suv bug’lanadi. Bu esa xararatning 3-5OC ga kamayishiga olib keladi (xaroratning keskin kamayishi mumkin
6 – rasm. Digidratli usulda Ekstraksion fosfat kislota ishlab chiqarish sxemasi:
1 – fosfatli xom ashyo uchun bunker; 2 – og’irlik o’lchov me’yorlagichi; 3 – ikki bankali ekstraktor; 4 – sulfat kislota saqlagich; 5 – botirma nasoslar; 6 – sulfat kislota saqlagich; 7 – sirkulyatsiyali botirma nasos; 8 – bug’latgich; 9 – tomchi ushlagich; 10 – kondensator; 11 – barbotajli neytrallagich; 12 – karusel vakuum-filtrining tarnovlari; 13 – separatorlar; 14 – filtrli to’qima regeneratsiyasidan hosil bo’luvchi suspenziyaning oraliq yig’gichi; 15, 16, 17 – birinchi (asosiy) filtrat uchun (15), aylanma fosfat kislota uchun (16), yuvindi filtrat uchun (17) barometrik yig’gichlar;
|
emas). Vakuum-bug’latgichdan chiqadigan gazlar tomchi ushlagich 9 orqali ustki kondensator 10 ga o’tkaziladi, u yerda suv bug’i kondensatsiyalanadi va ftor birikmalarining ma’lum bir qismi ushlab qolinadi. Gazlarni ftordan tozalashning oxirgi bosqichi barbotaj neytrallagich 11 da amalga oshiriladi.
Mahsulot sifatidagi suspenziya tarnovli karusel filtrga kelib tushadi, u yerda uch filtratli sxema bo’yicha gips ajratiladi va yuviladi. Aktiv sirt yuzasi 80 m2 bo’lgan filtr kattaligi: uzunasi – 3,27 m, ichki eni – 0,97 m, tashqi – 1,92 m, chuqurligi – 0,2 m bo’lgan tarnovdan iborat. Filtrlovchi material sifatida fosfat kislotaga chidamli bo’lgan – lavsanli va boshqa sintetik to’qimalar ishlatiladi.
Gaz-suyuqlikli aralashma separator 13 larda ajratiladi, ularda vakuum-nasoslar yordami bilan 65-85 kPa li vakuum sharoiti ushlab turiladi. Birinchi filtrat F1 tayyor mahsulot yig’gichi 15 ga yuboriladi, uning bir qismi aylanma kislotaning barometrik yig’gichi 16 ga quyilish orqali o’tadi. U yerga, shuningdek cho’kmani uchinchi filtrat F3 bilan yuvishdan hosil bo’lgan ikkinchi filtrat F2 ham tushadi. Filtrat F3 – suspenziya cho’kmasining filtrli to’qimani regeneratsiyalash (yig’gich 14) dan olingan eritma va qaynoq (60-70OC) toza suv bilan yuvilishi natijasida hosil bo’ladi (yig’gich 17). Yuvilgan gips tarnovdan chiqindixonaga, agarda suspenziya shaklida chiqarilsa yig’gichga yoki «quruq» holda chiqarilsa transportyor lentasiga uzatiladi. Filtratlardagi P2O5 miqdori – boshlang’ich xom ashyo sifatida apatit konsentrati ishlatilganda: F1 da – 28-32%, F2 da – 22-25%, F3 da esa – 5-10%; fosforit flotokonsentrati ishlatilganda esa: F1 da – 21-22%, F2 da – 14-15%, F3 da esa – 5-7% bo’ladi.
Ekstraktsiya uchun 93% li sulfat kislota ishlatish afzaldir. Bunda texnologik jarayondagi suv balansi yaxshilanadi – gipsning yuvilishini ko’p miqdordagi suv bilan amalga oshirish imkoniyati yaratiladi. Natijada chiqindixonaga chiqariluvchi fosfogips bilan yo’qotiladigan fosfat kislota va zararsizlantirish lozim bo’lgan oqava suvlar miqdori kamayadi.
Kislota konsentratsiyasining oshirilishi olinadigan fosfat kislotadagi P2O5 miqdorini o’zgartirmaydi, uning konsentratsiyasi yuqorida ta’kidlanganidek, gips kristallanishining optimal sharoiti orqali oldindan belgilanadi. Yanada kattaroq konsentratsiyali sulfat kislota ishlatilganda issiqlik ajralishi (suyultirish issiqligini ortishi hisobiga) keskin ortadi, ammo uni esa sistemadan ajratib olish talab etiladi.
Digidratli usulda fosfat kislota olishda fosfat xom ashyosi tarkibidagi barcha ftorning (asosan SiF4 tarzida) 3-5% igina gazli faza bilan ajraladi (80%i mahsulot kislotasiga, 15-17%i esa fosfogipsga o’tadi). sovutish usuli va ventilyatorning uzatishga bog’liq holda ekstraktordan ajratib olinadigan gaz tarkibidagi ftoridlar konsentratsiyasi, ftor hisobida 0,2-2,5 g/m3 ni tashkil etadi. Ekstraksiya sexida o’rnatilgan absorbtsiya sistemalari, asosan, chiqindi gazlarini tozalash uchun mo’ljallangan, bunda hosil bo’ladigan H2SiF6 ning kuchsiz eritmalari neytrallash stansiyalariga yuboriladi yoki fosfogipsni yuvish uchun ishlatiladi.
Tabiiy fosfatlardan Ekstraksion fosfat kislota ishlab chiqarish ko’rsatkichlari analitik ma’lumotlar bo’yicha aniqlanadi: P2O5 ning texnologik unumi (Kunum,%), ya’ni P2O5 ning xom ashyodan fosfat kislotaga o’tish darajasi apatitni qayta ishlashda – 95-96% ni va turli fosforitlar uchun – 71-94% ni tashkil qiladi. U P2O5 ning eritmaga ajralish koeffitsenti (Kajr., %) dan 2-3% ga kichikdir. Buni fosfogipsni fosfat kislotadan yuvilishining to’la bo’lmasligi bilan izohlanadi: yuvilish koeffitsienti (Kyuvish, %) odatda 97-99% ni tashkil etadi. Vaholanki:
Kunum = Kajr.*Kyuvish/100 ga teng.
Ekstraktsiyalashning digidratli usulida kislotaga P2O5 ning mahsulotli (xo’jalik) unumi 93-95% ni tashkil etadi, shunga mos ravishda 1 t P2O5 li mahsulotga 2,73-2,65 t apatit (1075-1045 kg R2O5) va 2,48-2,45 t (CaO ni bog’lash uchun stexiometrik me’yordagi, ya’ni 1 t apatitga 0,915 t) 100% li sulfat kislota sarflanadi. Fosforitlarni qayta ishlashdagi sarf koeffitsentlari apatitlarni qayta ishlashdagiga nisbatan: fosfat bo’yicha 1,5-2,3 marta; fosfat tarkibidagi P2O5 bo’yicha 1,02-1,27 marta; sulfat kislota bo’yicha 1,2-1,7 marta kattaroqdir. Xom ashyo xarajatlari Ekstraksion fosfat kislota ishlab chiqarish umumiy xarajatlarining 70-80% ni tashkil etadi.
Apatitdan digidratli usulda olinadigan Ekstraksion fosfat kislota tarkibida: 25-32% P2O5; 1,8-2,8% SO3; 0,1-0,4% CaO; 0,3-0,4% Al2O3; 0,3-0,5% Fe2O3; 1,7-2% F bo’ladi.
Ekstraksion fosfat kislota tarkibidagi ftor asosan H2SiF6 shaklida bo’ladi. Kislotani ftordan tozalash, H2SiF6 ni natriy, kaliy, bariy tuzlari bilan cho’ktirish orqali o’tkazilishi mumkin. Odatda 1 l fosfat kilotaga 30-40 g NaCl qo’shiladi.
H2SiF6 + 2NaCl = Na2SiF6 + 2HCI
Reaktsiya bo’yicha hosil bo’ladigan kam eruvchan natriy kremneftorid cho’kmaga tushadi va dastlab tindirilib, so’ngra tsentrifugalash va filtr lash yo’li bilan ajratib olinadi. Shunday qilib 75-85% gacha ftorni ajratiladi va fosfat kislotadagi uning miqdori 0,2-0,3% gacha kamayadi. Natriy xlorid bilan ftorsizlantirilgan fosfat kislota, ayniqsa, xarorat oshirilganda jihozlarning kuchli korroziyalanishiga sabab bo’ladi. SHuning uchun kislotani bug’latish yo’li bilan kontsentrlashga zarurat tug’ilganda, ftorsizlantirish soda yoki natriy fosfat yordamida amalga oshiriladi.
Ekstraksion fosfat kislota olishning yarimgidratli va digidratli usuli. Yarimgidratli usullar ekstraktsiyalash jaryonida to’g’ridan-to’g’ri konsentrlangan fosfat kislota olish yo’llari bo’yicha izlanishlar natijasida yaratildi. Ularni amaliyotda tatbiq etilishi shuni ko’rsatadiki, bunda ular ham afzallikka (reaktor va filtrlash qurilmalarining yuqori intensivlikka egaligi, mahsulot kislotasi konsentratsiyasining 35-48% P2O5 gacha ortishi, sulfatli cho’kma chiqindisining kamayishi), ham yetarlicha kamchilikka (reaksion muhit agressivligining ortishi, P2O5 va ftor yo’qotilishining ortishi, nostabil yarimgidrat cho’kmasining qisman gidratlanishi natijasida filtr tagligiga yopishib qolgan cho’kmanining o’sishi hisobiga filtr ning yirtilib ishdan chiqishi va x.o.) egadirlar. Bu kamchiliklar birin-ketin bartarf etilmoqda va jahon amaliyotidagi yarimgidratli usulning o’rni yanada kengaymoqda.
Fosfat kislotani ekstraktsiyalashning yarimgidratli jarayoni bir necha sxemalar bo’yicha amalga oshirilishi mumkin. Ulardan birida barcha reagentlarni reaktorning birinchi bo’linmasiga kiritish bilan xuddi yuqorida bayon etilgan digidratli usuldagidek jarayon amalga oshiriladi. Yarimgidratning cho’kishi suyuq faza tarkibida 35-38% P2O5 va 1-1,5% SO3, xarorat 95-105OC bo’lganda sodir bo’ladi. Boshqa xil variantda esa apatitni oldindan 3-4 karra ko’p miqdordagi konsentrlangan (45-48% P2O5) fosfat kislota (birinchi filtrat va aylanma suspenziya) bilan 95-102OC da parchalanadi; olingan monokalsiyfosfat tutgan suspenziya, so’ngra 92-93% li sulfat kislota bilan qayta ishlanadi. Apatitni parchalash va yarimgidratni kristallantirish bosqichlarining jihozli bo’linishi natijasida xom ashyodan yuqori darajada (97-98,5%) foydalanishga erishiladi va tarkibida: 0,2-0,4% CaO; 0,5-0,8% SO3; 1-1,2% (Fe,Al)2O3; 1-1,1% F yoki 0,2-0,3% F (suspenziya suyuq fazasini soda yordamida ftorsizlantirish orqali) bo’lgan konsentrlangan (45-48% P2O5) mahsulot kislotasi olinadi.
Yarimgidratli jaryonlarda notabil kalsiy sulfat cho’kmasini suv bilan yuvish va sexdan yo’qotishni ta’minlash kerak. Ammo uni digidratga o’tkazish, xattoki suvli suspenziyaga ma’lum miqdordagi stabilizatorlar [masalan, Ca(OH)2] qo’shilganda ham sekin kechadi. Bu esa uning uzatilishini suvli suspenziya holatida quvurli gidrouzatgichlarda uzatilishini talab etadi. Suyuq fazadagi P2O5 konsentratsiyasi va reaktordagi xarorat nisbatan yuqori bo’lganligi uchun, digidratli jarayonga nisbatan yarimgidratli jarayonlarda ajraladigan gazli fazadagi ftorning miqdori ko’p bo’ladi va 15-50% ni tashkil qiladi; uning tutib qolinishi va boshqa maqsadlarda foydalanilishini ta’minlash lozim bo’ladi. Umuman olganda, yarimgidratli jarayonlardagi P2O5 ning texnologik unumi digidratliga nisbatan 1-2% ga kam bo’ladi, shunga mos holda mahsulotli unum ham kamayadi.
Keyingi paytlarda jahon amaliyotida yarimgidrat-digidratli jarayonlar keng tarqalmoqda. Ularda fosfat rudasi yarimgidrat hosil qilib parchalanadi, so’ngra u gidratlanadi, ya’ni digidratga qayta kristallantiriladi. Bu esa kislotaga yuqori unum bilan P2O5 ning (98-99%) o’tishini va keyingi maqsadlarda ishlatish imkoniyatini oshiruvchi, tarkibida juda kam miqdordagi suvda eruvchan P2O5 bo’lgan gips hosil bo’lishini ta’minlaydi. Bunday jarayonning yutug’i shundaki, unda nisbatan yirik zarrachali xom ashyolarni kislotaga o’tadigan P2O5 unumini pasaytirmagan holda qayta ishlash imkoniyati yaratiladi. Chunki, yarimgidratning digidratga qayta kristallanish jarayonida ham sulfatli qobiq bilan ajralib qolgan fosfat zarrachalarining parchalanishi davom etadi.
Yuqori xaroratni ushlab turish yo’li bilan yarimgidratning sekin gidratlanishiga qaratilgan yarimgidratli usuldan farqli ravishda, kombinatsiyalashgan jarayonda, tarkibida kam miqdordagi P2O5 ushlab qoladigan yirik kristalli (200500x4080 mkm) gipsning ajralishiga erishilgan holda gidratlanish sharoiti har tomonlama boshqariladi. Kombinatsiyalashgan jarayonning birinchi variantiga: 90-95OC da fosforitning sulfat va aylanma fosfat kislotalar bilan aralashishidagi yarimgidratning cho’ktirilish, suspenziyaning 50-60OC gacha sovutilish va gipsning kristallanishida kristall markazlari hosil qiluvchi qo’shimchalar, sulfat kislota va Al3+ bilan birgalikda kristall o’sishini so’ndiruvchi ftorid-ionlarini bog’lash maqsadida aktiv kremniy dioksid qo’shish yo’li bilan yarimgidratning gidratlantirish jarayonlari kiradi. Gidratlanish vaqti 5-16 soatga teng, yuvilgandan so’ng cho’kmaning tarkibida 1 mol’ CaSO4 ga to’g’ri keladigan 1,8-1,9 mol H2O, 0,3% umumiy P2O5 (digidratli jarayonda esa 0,5-1,5%) va hammasi 0,02-0,08% bo’lgan suvda eruvchan P2O5 bo’ladi. Yarimgidratning cho’ktirilishi va uning gidratlanishi deyarli bir xil tarkibdagi eritmalarda amalga oshiriladi va bayon etilgan usul tarkibida 32% P2O5 dan ko’p bo’lmagan konsentratsiyali fosfat kilota olish imkoniyatini yaratadi. 1 t P2O5 hisobida mahsulot ishlab chiqarish uchun 2,95 t fosforit (1,03 t P2O5), 2,72 t H2SO4, 0,25 t bug’, 160 kVt*s elektroenergiya sarflanadi.
Oxirgi yillarda bundanda takomillashgan – mahsulot kislotasini oraliq bosqichda ajratib olishga asoslangan yarimgidrat-digidratli usullari yaratildi. Yarimgidratning cho’ktirilishi 90-100OC xaroratda 45-50% P2O5 tutgan eritmalarda amalga oshiriladi, mahsulot sifatidagi konsentrlangan kislota ajratib olgan holda suspenziya filtrlanadi, sentrifugalanadi yoki tindiriladi; cho’kmani, tarkibida: 10-25% P2O5 va 5-10% H2SO4 bo’lgan eritma bilan qayta bo’tqa holatiga keltiriladi va 55-65OC xaroratda yarimgidratning gidratlanishi amalga oshiriladi; uni jarayonga qaytariluvchi suyuq fazadan ajratiladi. Oraliq filtrlash bilan amalga oshiriladigan yarimgidrat-digidratli usullar (yarimgidrat-filtr -digidratli usul) ning afzalligi shundaki, bunda: yuqori konsentratsiyali kislota olinadi; yirik zarrachali xom ashyolarni ham ishlatish mumkin, bu esa ruda tayyorlash kapital mablag’lari va ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi; nisbatan toza fosfogips hosil bo’lganligi uchun undan xom ashyo sifatida foydalanish imkoniyatlari kengayadi. Bularning hammasi ikkinchi filtrlash xarajatlarini to’la qoplaydi.
Yarimgidratli va digidratli usullarda konsentrlangan (35-50% P2O5) fosfat kislota ishlab chiqarishdagi ftorli gazlarning absorbtsiyasi SiF4 ning nisbatan oz miqdordagi HF bilan aralashmasidan mahsulot sifatidagi geksaftorsilikat kislota olish orqali amalga oshiriladi. Bu holdagi gazlarda ftorning konsentratsiyasi 2-10 g/m2 ga yetadi, uni ajratib olish mexanik absorberlarda, suzuvchi sharli absorberlarda, shar to’ldirgichli absorberlarda yoki Venturi absorberlarida amalga oshirilishi mumkin. Venturi absorberlari tuzilishi bo’yicha yuqori tezlikdagi gazlarni (20-30 m/s) tozalashda ishlatilishi mumkin, kam gidravlik qarshilikka ega va shuning uchun keng ko’lamda qo’llaniladi.
Lekin, shuni ham ta’kidlash lozimki, tabiiy fosfatlarni Ekstraksion fosfat kislota va boshqa mahsulotlarga qayta ishlaydigan sanoatlardagi gazlarni ftor birikmalaridan tozalashda ishlatiladigan sistemalar Yer shari sirtidagi havoda CHMK (chegaralangan me’yordagi konsentratsiya) talablariga javob bermaydi va gazlarni atmosferada yoyilib ketishi hisobiga konsentratsiyasini kamaytirilishi uchun juda uzun (180 m gacha) mo’rili quvurlar ishlatiladi. Nisbatan murakkab absorbtsion tizimli qurilmalar esa ishlab chiqarishni 1,3-1,5 marta qimmatlashishiga olib keladi. Atmosferaga chiqariladigan zaharli chiqindilarni kamaytirish gaz aylanma sikllarini, ya’ni chiqadigan gazlarni asosiy ishlab chiqarish jarayoniga qaytarilishini ta’minlash orqali ham erishilishi mumkin. Masalan, Ekstraksion fosfat kislotasi sexida absorbsion qurilmadan chiqadigan gaz, ya’ni 60 mg/m3 gacha qoldiq ftor tutgan nam havo ekstraktorga qaytarilishi mumkin, u yerda u qaynoq reaksion suspenziya bilan to’qnashadi va ekstraktordagi talab etiladigan darajadagi xaroratni ushlab turadi, bug’lanadigan suv hisobiga qiziydi va to’yinadi. Shu yo’l bilan ekstraktordagi ortiqcha reaktsiya issiqligi ham chiqarib olinadi. So’ngra, 1 m3 quruq havo hisobiga 3 g ftor to’g’ri keladigan anchagina namlangan gaz yana absorbtsion sistemaga keladi, u yerda undan ftor birikmalarining asosiy massasi va suv bug’i ajratib olinadi, sovutilgan geksaftorsilikat kislotasi bilan absorbtsiyalashga uzatilishi hisobiga uning xarorati yana pasayadi.
Fosfat kislotani konsentrlash. Qo’shaloq superfosfat, ammofos, nitroammofoska ishlab chiqarish uchun 45-55% P2O5 tutgan fosfat kislota, ammoniy polifosfatlari va suyuq o’g’itlar olish uchun esa – 72-83% P2O5 li fosfat kislotalari talab etiladi. Bunday hollarda ekstraksion fosfat kislota bug’latiladi. Ma’lumki, har qanday (98% li H3PO4 gacha) konsentratsiyadagi toza fosfat kislotaning bug’i faqat suvdan iborat, nazariy olganda uni bug’latish orqali yuqori konsentratsiyali eritmalarini olish mumkin. Amalda esa jihozlar materiallarining korroziyalanishi hisobiga bug’latish qiyinchilik tug’diradi. Xarorat va kislota konsentratsiyasining ortishi bilan korroziyalanish tezlashadi. Bundan tashqari, konsentratsiya ortishi bilan kislota tarkibidagi qo’shimchalar, eruvchanlikning keskin kamayishi hisobiga cho’kmaga tushadi (quyqa hosil qiladi). Cho’kmali qoldiq (quyqa) lar qizdiriluvchi yuzaning ichki sirtiga o’tirib qolib, issiqlik almashinuvini yomonlashtiradi.
Loyiha quvvati yiliga 110 ming t P2O5 bo’lgan ekstraktsiyali sistemalarda kislotani 18-22 dan 35-40% P2O5 gacha kontsentrlash uchun odatda bir korpusli bug’ bilan isitiladigan (130OC) qizdiruvchi kamerali 3-4 ta vakuum-bug’latgichli apparatlar o’rnatilgan (7–rasm). Vakuum-nasos yordamida apparat ichida 0,09 MPa li vakuum hosil qilinadi. Bu esa bug’latishni nisbatan past (80-90OC) xaroratda amalga oshirish imkoniyatini beradi. Apparat korpusi gummirlangan, qizdiruvchi kamera grafitli (kislota va bug’ harakatlanadigan yo’llari bo’lgan grafitli bloklardan iborat, issiqlik almashinuv yuza maydoni 158 m2 ga teng) bo’ladi. Qizdiriluvchining cho’kmali quyqa hosil qilib qolishini oldini olish maqsadida, uzluksiz ravishda kuchsiz kislota qo’shish orqali konsentrlangan kislotaning majburiy intensiv sirkulyatsiyasi (sirkulyatsiyaning qaytarilishi 100-150 marta) amalga oshiriladi. Shu tufayli sirkulyatsiyali eritma konsentratsiyasi aralashishdan so’ng ham kam o’zgaradi. Bunday kislotadagi qo’shimchalarning eruvchanligi boshlang’ich kislotadagiga qaraganda anchagina kam bo’ladi. Shuning uchun aralashtirilgan vaqtda kuchsiz kislotadagi qo’shimchalar kristallanadi. Ularni tindirgichdayoq ajratib olish va so’ngra bug’latuvchi apparatga yo’llash maqsadga muvofiqdir. Bug’latilgan kislotani sirkulyatsiyali konturdan muntazam chiqarib turiladi.
Qizdiruvchi kameraning ichki yuzasiga kalsiy sulfat va ftorsilikatlardan iborat qo’shimchalar o’tirib qoladi. Bu har uch kunda toza suv bilan yuvib turishni talab etadi. Nisbatan ko’proq vaqt ishlatilganda qo’yqa bu yuzani yanada to’laroq egallab oladi, uni mexanik usullar bilan tozalanadi va so’ngra H2SiF6 ning 4-5% li eritmasi bilan yuviladi.
7 – rasm. Fosfat kislotani konsentrlash uchun vakuum-bug’latgichli qurilma sxemasi.
1 – bug’latuvchi apparat (bug’latgich) korpusi; 2 - qizdiruvchi kamera; 3 – sirkulyatsiya nasosi; 4 – tomchi ushlagich; 5 – ftorli gazlar absorberi (yuvish minorasi); 6 – H2SiF6 – eritmasining barometrik yig’gichi; 7 – yuza kondensatori; 8 – ikki bosqichli ejektorli (so’rg’ich) qurilma; 9 – barometrik bak.
|
Ekstraksion fosfat kislotaning konsentratsiyasi ortishi bilan unda erigan geksaftorsilikat kislotaning bug’ bosimi ham ortadi. Shu tufayli fosfat kislotani 52-57% P2O5 gacha bug’latishda boshlang’ich kislotadagi ftorning 80-90% va (2HF+SiF4 ning taxminan ekvivalent aralashmasi tarzida) gazli fazaga ajralib chiqadi; mahsulot kislotasidagi ftorning miqdori 0,5—0,8% gacha kaamayadi. Shuningdek, bug’latgichdan chiqadigan gazlar tarkibida ko’p miqdordagi suv bug’i bo’ladi, uni ftoridlar absorbtsiyasida kondensatsiyalanishini kamaytirish uchun, absorbtsiyalash jarayoni qaynoq (60-70OC) H2SiF6 eritmalari bilan amalga oshiriladi; ftordan tozalangan suv bug’i barometrik kondensator o’rnatilgan ikki bosqichli bug’ejektorli (bug’ so’ruvchi) qurilmalar yordamida so’rib olinadi.
Apatitdan olingan bug’latilgan kislota 1650-1750 kg/m3 zichlikka ega, uning tarkibida: 52-54% P2O5; 3,4-4,2% SO3; 1,2-1,3% (Fe,Al)2O3; 0,1-0,4% SiO2; 0,5-0,8% F bo’ladi.
Ekstraksion fosfat kislotani bug’latish uchun barbotajli konsentratorlar – kislotabardosh materialli kameralar ham ishlatiladi, ularda bug’latish kislotaning yuza qatlami orqali yoqilgan qaynoq gaz berish orqali amalga oshiriladi. Bu yerda issiqlik uzatuvchi yuza bo’lmaydi, issiqlik almashinish qaynoq gaz bilan kislotaning to’g’ridan-to’g’ri to’qnashishidan amalga oshadi; bunda hosil bo’ladigan cho’kma muallaq holatda qoladi va apparatdan kislota bilan birgalikda chiqadi, so’ngra uni tindirish orkali tozalanadi. Kameraga o’txona gazlari 650-900OC xaroratda beriladi. Ayniqsa, tabiiy gaz yondiriladigan grafitli botirma yondirgichli konsentratorlar intensiv ishlaydi. Barbotajli konsentrator va botirma yondirgichli apparatlarda gaz o’zi bilan birga anchagina miqdordagi fosfat kislota bug’ini olib chiqadi, uni esa elektrofiltrlarda tutib qolish lozim bo’ladi. Tarkibida 8,5-9 g/m3 ftor (elektrofiltr ga kirishdan oldin havo bilan aralashishi hisobiga – 3 g/m3) bo’lgan chiqindi gazlarini tozalashdan ko’p miqdordagi P2O5 tutgan H2SiF6 eritmasi olinadi; ularni ishlatish qiyinchilik tug’diradi. Tuman hosil bo’lishi – P2O5 yo’qotilishi orshiradi, bundan tashqari, tevarak atrof-muhit ifloslanishiga sabab bo’ladi.
Bunday jihozlar ko’proq superfosfat kislotalar olish uchun qo’llaniladi. Bu holda bug’latishga tarkibida 54-55% P2O5 tutgan eritmalar (vakuum-bug’latgichdan so’ng) beriladi. Bunday maqsadlar uchun qizdiruvchi kameraga yuqori bosimdagi bug’ (~3 MPa) uzatiladigan vakuum-bug’latgichli apparatlar ham ishlatilishi mumkin.
Hozirgi paytda barbotajli konsentratorlar o’rnida yanada takomillashgan, yuqori darajada issiqlikdan foydalanuvchi, aeroliftli apparatlar qo’llanilmoqda. Ular ichki qismi grafitli quvur bilan muhofazalangan vertikal po’lat quvurdan iborat. Uning bug’latiladigan kislota kiritiladigan pastki qismidan qaynoq gaz oqimi yuboriladi, hosil bo’ladigan gaz-suyuqlikli aralashma yuqori qismidan chiqariladi. Suyuqlikni ajratilgandan keyin va issiqligidan bug’latiladigan kislotani isitishda foydalanilgandan so’ng, chiqindi gazi, absorbtsiya qurilmalarida kislota tumani, SiF4 va HF dan tozalanadi. Suyuq kompleks o’g’itlar ishlab chiqarish uchun mo’ljallangan, tarkibida 68-70% P2O5 tutgan kislota olish uchun kontsentrlashni ikkita ketma-ket bosqichda: 1-chisida 52-54 dan 64% gacha, 2-chisida esa 68-70% P2O5 gacha o’tkaziladi.
|