Ekstraksya fosfor kislota olishning digidrat usuli

Ekstraksya fosfor kislota olishning digidrat usuli
Jaxon amaliyotida (shu bilan birgalikda bizning mamlakatimizda xam) ekstraksya fosfor kislota ishlab chiqarish nisbatan sodda va ishonchli bo‘lganligi sababli ko‘pchilik xollarda termik usulda asoslangan. Uzbekistondagi Ammofos ishlab chiqarish birlashmasi (Olmalik) va Samarkand kimyo zavodi texnologik sistemasi xar bir navbatining yillik loyixa quvvati 136 ming t/ P2O5 ga teng. Bu ishlab chiqarish korxonalarida Qoratog‘ va Qizilqum fosforitlaridan ekstraksiya fosfor kislota va undan ammmofos olinar edi, bugungi kunda Qizilqum fosforitidan ishlatish muammolari xal qilinmoqda.
Termik fosfat kislota ishlab chiqarish. 9 – rasmda sirkulyatsion ikki minorali tizimda fosfat kislota ishlab chiqarish tasviri keltirilgan. Suyuq fosfor ombordan nasos yordamida dozator orqali yondirish minorasi 2 ning forsunkasi 1 ga beriladi. Yondirish minorasi kesik konus (pastki qismi kichrayib boradigan) shaklida bo‘ladi, hosil bo‘lgan kislota tomchilari minoraning ichki devorlarida bir tekisda tarqalib, yupqa qavat hosil bo‘lishini taʼminlaydi va suyuqlik pastga devor yuzasidan oqib tushadi. Bu esa minora ichki devorini qaynok fosfor alangasining yemiruvchilik taʼsiridan saqlaydi. Fosfor yonishining nazariy xarorati 3500OS atrofida bo‘ladi. Ammo, fosforning yonishida ikki hissa ko‘p miqdordagi havo ishlatiladi va natijada alanga xarorati 2100-1800OS gacha pasayadi. Gazning keyingi sovishi kislotadagi suvning bug‘lanishi hisobiga ketadi. Havoning ortiqcha miqdorda olinishi fosforning quyi oksidlarini hosil bo‘lishini, ularning gidratlanishi natijasida esa mahsulotni ifloslantiruvchi kislotalar (N3RO2, N3RO3) hosil bo‘lishini olidini olish uchun zarurdir.
9 – rasm. Sirkulyatsion ikki minorali tizimda termik fosfat kislota ishlab chiqarish tasviri:
1 – forsunka; 2 – yondirish minorasi; 3 – ikkilamchi havoni uzatish uchun chig‘anoq; 4 – yuklash nasoslari; 5 – yondirish minorasi aylanuvchi kislotasining yig‘gichi; 6 – plastinkali issiqlik almashtirgich; 7 – kislotali forsunka kanal (kollektor) lari; 8 – sovutish-gidratlash minorasi; 9 - sovutish-gidratlash minorasi aylanuvchi kislotasining yig‘gichi; 10 – elektrofiltr; 11 – kislota yig‘gich; 12 – quyruq gaz ventilyatori; 13 – gaz chiqarish quvuri; 14 – kondensat yig‘gichi
Gaz haroratining yuqori (800-1000OS) bo‘lishligi hisobiga R2O5 ning gidratlanishida dastlab bug‘ holatdagi metafosfat kislota, uning keyinchalik sovitilishi va gidratlanishidan tumansimon ortofosfat kislota hosil bo‘ladi. Fosforning changlanishi forsunkaga keluvchi bug‘ bilan 70-80OS gacha qizdirilgan birlamchi qisilgan havo yordamida amalga oshiriladi. Ikkilamchi havo yondirish minorasiga chig‘anoq 3 orqali yuboriladi. Fosforning oksidlanishidan ajraladigan issiqlik minora tomi kismidan uzatiladigan aylanuvchi suvga hamda yig‘gich 5 va issiqlik almashtirgich 6 orqali minoraning yuqorisiga 46-50OS xaroratda yuklash nasosi 4 yordamida quyiladigan aylanuvchi fosfat kislotaga yuttiriladi va bu suyuqliklar minoraning devorlaridan yupqa qavat hosil qilgan holda oqib tushadi. Bundan tashqari, kislota minora ichida joylashtirilgan uch qavat kislotali forsunkalar 7 da sachratiladi. Issiqlik almashtirgich 6 da sovutilgan kislotaning bir qismi omborga tayyor mahsulot sifatida chiqariladi. Yondirish minorasida 60% gacha R4O10 absorbsiyalanadi, qolgan qismi esa – yig‘gich 9 va issiqlik almashtirgich 6 orqali aylanuvchi kislota bilan sovutish-gidratlash minorasi 8 da ushlab qolinadi (ularda kislota xarorati 25-27OS gacha pasayadi). Yig‘gich 9 dagi kislota yig‘gich 5 orqali aylanuvchi kislotaga qo‘shiladi.
Sovutish minorasiga kiruvchi gaz xarorati 85-100OS, chiquvchi gaz xarorati esa 45-55OS bo‘ladi. Bu minoradan chiquvchi gaz tarkibida 50 g/sm3 (n.sh. da) fosfat kislota tumani holatidagi R2O5 bo‘ladi. Uni elektrofiltr 10 da tutib qolinadi. Umumiy tutib kolish darajasi 99,9% ni tashkil etadi. Elektrofiltrdagi kislota yig‘gich 11 ga, undagi esa yig‘gich 9 ga oqib tushadi. Quyruq gaz ventilyatori 12 yondirish minorasidagi ikkilamchi havoni surib oladi va uni gaz chiqarish quvuri 13 ga atmosferaga chiqarib yuborish uchun purkaydi. Atmosferaga chiqariluvchi gaz tarkibida 80 mg/sm3 dan kam miqdordagi (n.sh. da) R2O5 bo‘ladi. Quyruq gaz ventilyatori va gaz chiqarish quvuridagi kondensat yig‘gich 14 ga oqib tushadi.
Yondirish va sovutish minoralari polietilen, diabraziv plitka va kislotabardosh g‘ishtlar bilan himoyalangan metall qobiqqa ega bo‘ladi. Yondirish minorasining o‘rtacha diametri 5 m, balandligi esa 13 m bo‘ladi. Sovutish minorasi 3,2 m diametrga, 13 metr balandlikka ega va unda ikki qator Rashig halqali to‘ldirgich bor. Elektrofiltr 40-90 ming v kuchlanishdagi doyimiy tok manbaiga ulanadi.
Bayon etilgan sistema yiliga 60 ming t 100% li N3RO4 ishlab chiqarish unumdorligiga egadir. Unda 2,5-3 t/soat fosfor qayta ishlanadi. 1 tonna termik fosfat kislota (100% li N3RO4 hisobida) ishlab chiqarish uchun 0,32-0,33 t sariq fosfor sarflanadi.
Termik fosfat kislota tarkibida juda oz miqdordagi begona qo‘shimchalar bo‘ladi: SO3, R2O3, Pb, F, SiO2 ning miqdori foyizning yuz yoki mingdan bir ulushini, As ning miqdori esa 0,002-0,004% ni tashkil qiladi.
Shunday quvvat bilan EFK ishlab chiqarishda temir-betonli korpus bilan nikoblangan to‘rt burchakli un seksiyali ekstraktor (ishchi xajmi 740 m3) yoki ikki bankali (biridan ikkinchisiga suyuqlik uz-uzicha oqib tushuvchi va bir-biriga bog‘langan ikki silindrik reaktor), aktiv filtrlash sirt yuzasi 80 m2 (umumiy sirt yuzasi — 100 m2) bo‘lgan qayiqli karusel vakuum-filtr va qo‘shimcha jixozlar majmuasidan iborat texnologik tizimdan foydalaniladi. Ekstraktorlarining xajmi 1500 m3 dan katta va filtr sirt yuzasi 135 m2 bo‘lgan kuchli sistemalar xam ishlatiladi. Ekstraksiya tizimini bundanda kattalashtirish g‘oyalari xam mavjuddir. [8].
10 — rasmda apatit konsentratidan fosfor 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 xajmli ekstraktorda (to‘ldirilish koeffitsenti 0,8) amalga oshiriladi. Ekstraktor ZI-35 markadagi xromnikelmolibdenli po‘lat (yoki kislotabardosh materiallar bilan ximoyalangan St.Z) dan tayyorlangan ikkita (diametri 13 m, balandligi 5,3 m bo‘lgan) silindrik reaktordan tarkib topgan. Xar 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 meʼyorlashtirgich 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 (8-12):1 nisbatda bo‘ladi va sulfat kislota yuboriladi (sulfat kislotaning bir qismi yoki to‘la ikkinchi reaktorga xam berilishi mumkin).
10. — rasm. Digidrat usulda ekstraksya fosfr kislota ishlab chiqarish sxemasi:
1 — fosfatli xom ashyo uchun bunker; 2 — og‘irlik o‘lchovchi meʼyorlagichi; 3 — ikki bankali ekstraktor; 4 — sulfat kislota yig‘gich; 5 — botirma nasoslar; 6 — sulfat kislota meʼyorlagich; 7 — sirkulyatsiyali botirma nasos; 8 — bug‘latgich; 9 — tomchi ushlagich; 10 — kondensator; 11 — barbotajli netrallagich; 12 — karusel vakuum-filtrning tarnovlari; 13 — separatorlar, 14 — filtrlash to‘qima regeneratsiya qilishda xosil bo‘luvchi suspenziyaning yig‘uvchi; 15, 16, 17 — birinchi (asosiy) filtrat uchun (15), aylanma fosfat kislota uchun (10), yuvindi filtrat uchun (17) barometrik yig‘gichlar;
Ekstraktordagi suspenziyaning suyuq va qattiq fazalari nisbati, yaʼni S:K = (1,7-2,5):1 da ushlab turiladi. Suspeziya birinchi reaktordan ikkinchisiga oqib tushadi, u yerdan uning asosiy qismi kuchli botirma nasoslar 7 (kuvvati 600 m /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 guyoki kizdirilgandagi kabi kaynaydi, natijada esa undan maʼlum mikdordagi suv bug‘lanadi. Bu esa xararatning 3-5°S ga kamayishiga olib keladi (xaroratning keskin kamayishi mumkin 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 maʼlum bir qismi ushlab kolinadi.
Gazlarni ftordan tozalashning oxirgi bosqichi barbotaj neytrallagich 11 da amalga oshiriladi.
Maxsulot sifatidagi suspenziya qayiqli 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, tashki — 1,92 m, chuqurligi — 0,2 m bo‘lgan t qayiqdan iborat. Filtrlovchi material sifatida fosfor 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 maxsulot 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 xosil bo‘lgan ikkinchi filtrat F2 xam tushadi. Filtrat F3 — suspenziya cho‘kmasining filtrli tukimani regeneratsiyalash (yiggich 14) dan olingan eritma va qaynoq (60-70°S) toza suv bilan yuvilishi natijasida xosil bo‘ladi (yiggich 17). Yuvilgan gips qayiqdan chiqindixonaga, agarda suspenziya shaklida chiqarilsa yig‘gichga yoki quruk xolda chiqarilsa transportyor lentasiga uzatiladi. Filtratlardagi P2O5 mikdori — 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.
Ekstraksiya uchun 93% li sulfat kislota ishlatish afzaldir. Bunda texnologik jarayondagi suv balansi yaxshilanadi — gipsning yuvilishini ko‘p mikdordagi suv bilan amalga oshirish imkoniyati yaratiladi. Natijada chiqindixonaga chiqariluvchi fosfogips bilan yo‘qotiladigan fosfor kislota va zararsizlantirish lozim bo‘lgan oqava suvlar mikdori kamayadi.
Kislota konsentratsiyasining oshirilishi olinadigan fosfor kislotadagi P2O5 mikdorini o‘zgartirmaydi, uning konsentratsiyasi yuqorida taʼkidlanganidek, gips kristallanishining optimal sharoiti orqali oldindan belgilanadi. Yanada kattaroq konsentratsiyali sulfat kislota ishlatilganda issiklik ajralishi (suyultirish issikligini ortishi xisobiga) 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 maxsulot kislotasiga, 15-17% i esa fosfogipsga o‘tadi). sovutish usuli va ventilyatorning uzatishga bog‘liq xolda ekstraktordan ajratib olinadigan gaz tarkibidagi ftoridlar konsentratsiyasi, ftor xisobida 0,2-2,5 g/m ni tashkil etadi. Ekstraksiya sexida o‘rnatilgan absorbsiya sistemalari, asosan, chiqindi gazlarini tozalash uchun mo‘ljallangan, bunda xosil bo‘ladigan N2SiF6 ning kuchsiz eritmalari neytrallash stansiyalariga yuboriladi yoki fosfogipsni yuvish uchun ishlatiladi.
Tabiiy fosfatlardan ekstraksiya fosfor kislota ishlab chiqarish ko‘rsatkichlari analitik maʼlumotlar bo‘yicha aniklanadi: P2O5 ning texnologik unumi (Kchikim %), yaʼni P2O5 ning xom ashyodan fosfat kislotaga o‘tish darajasi apatitni qayta ishlashda — 95-96% ni va turli fosforitlar uchun — 71-94% ni tashkil kiladi. U P2O5 ning eritmaga o‘tish koeffitsenti (Kutish) dan 2-3% ga kichiqdir. Buni fosfogipsni fosfor kislotadan yuvilishining to‘la bo‘lmasligi bilan izoxlanadi: yuvilish koeffitsiyenti (Kyuvilish %) odatda 97-99% ni tashkil etadi. Vaxolanki:
Kchikim= Kutish Kyuvilish / 100 teng.
Ekstraksiyalashning digidratli usulida kislotaga P2O5 ning maxsulotli (xujalik) unumi 93-95% ni tashkil etadi, shunga mos ravishda 1 t P2O5, li maxsulotga 2,73-2,65 t apatit (1075-1045 kg P2O5) va 2,48-2,45 t sulfat kislota (SaO ni bog‘lash uchun stexiometrik meʼyordagi) yaʼni 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 kattarokdir. 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% S03; 0,1-0,4% SaO; 0,3-0,4% Al2O3; 0,3-0,5% Fe2O5; 1,7-2% F bo‘ladi.
Ekstraksiya fosfor 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 NaSl qo‘shiladi.
H2SiF6 + NaS1 = Na2SiF6+ 2NS1 reaksiya bo‘yicha xosil bo‘ladigan kam eruvchan natriy kremneftorid cho‘kmaga tushadi va dastlab tindirilib, so‘ngra sentrifugalash va filtrlash yo‘li bilan ajratib olinadi. Shunday qilib 75-85% gacha ftorni ajratiladi va fosfat kislotadagi uning mikdori 0,2-0,3% gacha kamayadi. Natriy xlorid bilan ftorsizlantirilgan fosfat kislota, ayniqsa, xarorat oshirilganda jixozlarning kuchli korroziyalanishiga sabab bo‘ladi. Shuning uchun kislotani bug‘latish yo‘li bilan konsentrlashga zarurat tug‘ilganda, ftorsizlantirish soda yoki natriy fosfat yordamida amalga oshiriladi.
Fosfogips tarkibida ozgina mikdorda yuvilmagan fosfat kislota bo‘ladi va shuning uchun uni ishlab chiqarishga yakin xududlardagina mineral o‘g‘it sifatida foydalanilishi mumkin, chunki ozuqa elementi juda kam bo‘lganligi uchun bir joydan ikkinchi joyga tashish iktisodiy samarasizdir. Fosfogips sho‘rxok tuproqlarni gipslashtirishda yoki shuvoq alebastrlari va boshqa quyma qurilish buyumlari ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin. Uning sementli shixta tarkibida termik parchalanishi natijasida sementli klinker va sulfitli gazlarga aylantirilishi mumkin. Sulfit angidriddan sulfat kislota olinadi va shu usul bilan fosfatni parchalashga sarflanadigan sulfat kislotani regeniratsiyalanishi mumkin. Fosfogips shuningdek ammoniy sulfat olishda sulfat anioni manbai (sulfat kislota o‘rniga) vazifasini bajarishi mumkin. Ishlatiladigan joyga fosfogipsni tashishni yaxshilash uchun (va kishki vaqtda tashish paytida muzlab kolmasligi uchun) junatishdan oldin uni 3% dan kam bo‘lgan namlikkacha quritilishi va quritishda xosil bo‘ladigan guvalasimon materialni kukunsimon xolatgacha maydalanishi lozim. Xozircha O‘zbekistonda va boshqa chet mamlakatlarda xam fosfgipsdan yirik masshtabda foydalanish yo‘lga qo‘yilmagan — u ishlab chiqarishning to‘planayotgan chiqindisi xisoblanadi. Chunki, fosfogipsga qaraganda tabiatda keng tarqalgan kalsiy sulfatni qayta ishlash ancha soddadir. Vaqtiki kelib, bu sanoat chiqindisi xam — kerakli ishlab chiqarish korxonalari uchun eng zarur va qimmatli xom ashyo manbasiga aylanishi mumkin. [11].
Qoratog‘ (Qizilkum) fosforitlaridan ekstraksiya fosfor kislota olishdagi ishlab chiqarish qo‘rsatkichlari apatit konsentratini qayta ishlashdagiga nisbatan yomondir: olinadigan kislota konsentratsiyasi past (21-22% P2O5), uning tarkibida ko‘p mikdordagi qo‘shimchalar bo‘lganligi uchun qisman neytrallangan bo‘ladi. nisbatan ko‘p mikdordagi chiqindi — fosfogips xosil bo‘ladi. SO2 ajralishidan reaksion massaning ko‘piklanishi xisobiga ekstraktor xajmidan to‘la foydalanilmaydi, bu esa sistemaning unumdorligini pasaytiradi. Shuningdek Qizilqum fosforiti tarkibida Sl ionlarini normadan 4-5 barobar ortiqligi korroziyani kuchaytiradi. Ko‘pik xosil bo‘lishini kamaytirishga xom ashyodagi karbonatlarni oldindan parchalash — rudani kuydirish yoki fosforit unini ekstraktorga uzatishdan oldin ozgina mikdordagi kislota bilan namlash orqali erishiladi.
Fosforit flotokonsentratlardan digidratli usulda olinadigan ekstraksion fosfat kislota tarkibida: 20-22% P2O5; 2,2-3,5% SO3; 0,2-0,4% SaO; 1,8-2,0% Mg0; 0,4-1,2% Al205; 0,4-0,8% Fe2O3 1,4-2,1% F bo‘ladi.
|