СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФАТА АММОНИЯ
METHOD FOR AMMONIUM SULPHATE PREPARATION

Изобретение относится к технологии получения сульфата аммония из гипса и других гипссодержащих веществ, например фосфогипса, и может быть использовано в химической промышленности при производстве минеральных удобрений.
Известен способ получения сульфата аммония путем обработки пульпы тонкоизмельченного гипса в воде раствором карбоната аммония с концентрацией 25-33% с последующим разделением раствора сульфата аммония и осадка карбоната кальция [1].
Недостатками известного способа являются получение разбавленных растворов сульфата аммония и необходимость подогрева реакционной пульпы.
Известен также способ получения сульфата аммония путем обработки влажного фосфогипса водным раствором карбоната аммония при дополнительной обработке реакционной пульпы для ее подогрева газообразным аммиаком и углекислотой в количестве 10-15% от стехиометрической нормы на СаО фосфогипса с последующим разделением раствора сульфата аммония и осадка карбоната кальция [2].
Недостатком такого способа остается получение разбавленных растворов сульфата аммония.
3
3
Наиболее близким, принятым за прототип, является способ получения сульфата аммония путем предварительной обработки пульпы гипса в оборотном растворе сульфата аммония аммиаком в количестве от 5 до 20% от стехиометрической нормы и последующей совместной обработки диспергированным аммиаком и углекислотой при постоянном перемешивании реакционной пульпы и поддерживании в жидкой фазе пульпы избыточной концентрации аммиака (6-10 г/дм) и карбоната аммония (31-39 г/дм), охлаждении реакционной пульпы с последующим отделением углекислого кальция [3].
Применение известного способа ограничено тем, что гипс перед подачей на конверсию необходимо предварительно превращать в пульпу и аммонизировать, а на стадии конверсии гипса при охлаждении реакционной пульпы теплообменные поверхности инкрустируются кристаллами карбоната кальция, резко снижая тем самым эффективность теплопередачи. Это приводит к тому, что часть холодильников выводится из производственного процесса и подвергается постоянной промывке кислыми растворами, что, в свою очередь, приводит к увеличению количества холодильников, объема кислых сточных вод и росту энергетических затрат.Кроме этого, прямая подача в реакционную пульпу аммиака и углекислоты приводит, во-первых, к неизбежной повышенной потере их в газовую фазу, во-вторых, к местным пересыщениям в реакционной среде как аммиаком, так и углекислотой, что вызывает нарушения процесса конверсии гипса в карбонат кальция и, как результат, снижение степени конверсии.
Предложен способ получения сульфата аммония путем конверсии фосфогипса в оборотном растворе сульфата аммония диспергированным аммиаком и углекислотой при постоянном перемешивании и охлаждении реакционной пульпы, поддерживании в жидкой фазе пульпы избыточной концентрации аммиака и карбоната аммония с последующим отделением углекислого кальция, отличающийся тем, что конверсию фосфогипса ведут в оборотном растворе сульфата аммония, предварительно обработанном при непрерывном охлаждении аммиаком и углекислотой, а избыточные концентрации аммиака и карбоната аммония в жидкой фазе реакционной пульпы при необходимости корректируют введением в нее частей диспергированных реагентов.
Предлагаемый способ позволяет исключить предварительное превращение фосфогипса в пульпу и ее аммонизацию, а также инкрустацию карбоната кальция на теплообменных поверхностях за счет исключения необходимости охлаждения реакционной пульпы, что достигается путем подачи в нее оборотного раствора сульфата аммония, уже обработанного аммиаком и углекислотой при охлаждении. При этом очевидно, что степень охлаждения оборотного раствора сульфата аммония, обработанного аммиаком и углекислотой, регулируют таким образом, чтобы поддерживать заданную температуру в реакционной пульпе. Оборотный раствор сульфата аммония состоит в основном из промывной воды и части основного фильтрата, предварительная обработка которого аммиаком и углекислотой при охлаждении позволяет получать смесь растворов карбоната и сульфата аммония еще до подачи их в реакционную пульпу. Таким образом, в предлагаемом способе вместо предварительного превращения фосфогипса в пульпу и аммонизации пульпы перед конверсией, а также обработки диспергированными реагентами и охлаждения реакционной пульпы по способу-прототипу, предлагается обрабатывать диспергированными реагентами при охлаждении оборотный раствор сульфата аммония до подачи его в реакционную пульпу. Это существенное отличие предлагаемого способа от прототипа позволяет исключить инкрустацию теплообменных поверхностей карбонатом кальция, снизить потери реагентов в газовую фазу, а также исключить местные пересыщения реагентов каждого в отдельности в процессе конверсии (по сравнению с прототипом), что, в свою очередь, приводит к повышению степени конверсии фосфогипса в карбонат кальция за счет стабилизации процесса. Стабильному ведению процесса конверсии способствует также возможность подачи при необходимости части реагентов в реакционную пульпу для более оперативной корректировки избыточной концентрации аммиака и карбоната аммония в жидкой фазе, чем при подаче их только в оборотный раствор сульфата аммония до конверсии. Кроме того, подача в реакционную пульпу части реагентов дает дополнительную возможность исключить оперативный контроль концентрации карбоната аммония в оборотном растворе сульфата аммония до стадии конверсии, а также при необходимости корректировать температуру процесса конверсии.
Вышеперечисленные отличительные признаки предлагаемого способа от прототипа в совокупности обеспечивают достижение поставленной цели.
Предлагаемый способ испытан на укрупненной лабораторной установке непрерывного действия.
4
3
3
Пример 1 (по прототипу). Фосфогипс с влажностью 40%, полученный сернокислотным разложением апатита и содержащий в пересчете на сухое вещество до 37,3% СаО и до 66,0% SO в количестве 10,67 кг смешивают с оборотным 23,7%-ным раствором сульфата аммония при Т:Ж=1:2,5. Пульпу аммонизируют газообразным аммиаком в количестве 10% от стехиометрически необходимого для конверсии гипса. Полученную пульпу затем при расходе 5,63 кг/ч обрабатывают в непрерывном режиме в реакторе (рабочий объем 18 л) аммиаком и углекислотой, которые подают одновременно при поддержании температуры процесса (55±1)°С. Реактор снабжен рубашкой для охлаждения. При этом расходы реагентов обеспечивают такими, чтобы избыточная концентрация аммиака после проведения процесса конверсии в течение 4 ч составляла 7 г/дм, а карбоната аммония - 32 г/дм. По окончании процесса конверсии карбонат кальция отделяют от раствора сульфата аммония фильтрацией и промывают водой при температуре 65°С в количестве из расчета 1,3 кг на 1 кг сухого карбонатного кека. Промывной раствор и часть основного фильтрата, как оборотный раствор сульфата аммония, возвращают в голову процесса для проведения следующего опыта, а продукционный основной фильтрат - раствор сульфата аммония - подкисляют серной кислотой при расходе 0,08 кг/ч до рН 6-7. Степень конверсии фосфогипса составила 88,3%. Полученные результаты в опыте по прототипу приведены в таблице.
Пример 2. Фосфогипс в количестве 2,67 кг, а также оборотный раствор сульфата аммония по примеру 1, предварительно обработанный аммиаком и углекислотой при охлаждении, в количестве 2,66 кг непрерывно отдельными потоками подают в реактор (по примеру 1). Одновременно в реакционную пульпу непрерывно подают аммиак и при необходимости углекислоту для поддержания избыточной концентрации аммиака и карбоната аммония в заданном режиме, как по примеру 1. При этом для поддержания температуры реакционной пульпы, равной (55±1)°С, оборотный раствор сульфата аммония подают в нее при температуре 58-60°С. Далее по примеру 1. Результаты опытов приведены в таблице.
Полученные данные показывают, что обработка оборотного раствора сульфата аммония аммиаком и углекислотой до подачи его в реакционную пульпу позволяет увеличить степень конверсии фосфогипса с 88,3% (по способу-прототипу) до 96,3%.
При этом потери аммиака и углекислоты в газовую фазу снижаются соответственно с 3,3 и 6,2% (по способу-прототипу) в среднем до 1%. Как видно из таблицы, в первом опыте по предлагаемому способу все необходимое количество аммиака и углекислоты для конверсии фосфогипса подавали на предварительную обработку оборотного раствора сульфата аммония, а в реакционную пульпу подавали аммиак только лишь для корректировки его избыточной концентрации в жидкой фазе. Во втором опыте по предлагаемому способу корректировали как избыточную концентрацию аммиака, так и карбоната аммония при незначительном увеличении расхода реагентов в реакционную пульпу, что привело к небольшому разогреву пульпы при практическом отсутствии увеличения потерь реагентов в газовую фазу. Таким образом, корректировка избыточной концентрации реагентов в реакционной пульпе практически не оказывает отрицательного влияния на показатели процесса конверсии в целом, но позволяет вести процесс конверсии фосфогипса в реальном промышленном масштабе более стабильно.
Источники информации
1. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л., «Химия», 1974, с.1250-1253.
2. Ламп В.Н., Бризицкая Н.М. // Труды НИУИФ. М.: НИУИФ, 1983, вып.243, с.138-143.
3. Авторское свидетельство СССР №793937, кл. С01С 1/24, 1979.