61.Режимы экстракции фосфорной кислоты. Оборудование для экстракции фосфорной кислоты.

Р ежимы экстракции фосфорной кислоты. Основой для выбора технологических параметров пр-са сернокислотного разложения природных фосфатов явл-ся св-ва системы СаSO₄ , H₃PO₄, Н₂О в к-ой СаSO₄ может сущ-ть в 3-х формах: ангидрита (СаSO₄), полугидрата (СаSO₄*0,5 Н₂О)и дигидрата (СаSO₄*2 Н₂О -гипса ). Температурные и концентрационные области кристаллизации этих форм опред-ся соотношениями их растворимостей в H₃PO₄. На рис. 4 представлены изотермы растворимости СаSO₄ в H₃PO₄ при 80ºС.

Минимальной раств-тью при 80ºС обладает ангидрид, к-рый, следовательно, явл-ся равновесной или стабильной фазой. Метастабильный гипс в р-рах, содержащих <33,2% Р₂О₅ (т.А пересечения изотерм) (метастабильных кристаллогидратов) превращается непосредственно в ангидрид. В более концентрированных р-рах (правее т.А) сначала происходит конверсия гипса в полугидрат, а уже полугидрат дегидротируется до ангидрида. Эти превращения протекают путем постепенного растворения менее стабильной фазы и одновременной кристаллизации из р-ров более стабильной фазы. На рис. 5 приведена политермическая диаграмма характеризующая направление и последовательность фазовых превращений CaSO₄ в системе CaSO₄ - H₃PO₄ - H₂O

С табильно твердыми фазами в системе является гипс, ниже кривой аb и ангидрид (выше аb). В области, расположенной над кривой cd полугидрат который обычно является первой кристаллизирующейся фазой системы переходит в ангидрид. Однако, это превращение при 80ºС в растворах содержащих >33,2% Р₂О₅ протекает медленно: сутки и месяцы. В то же время дегидротация гипса до полугидрата в тех же условиях завершается значительно быстрее(часы и минуты). Быстро за 1-5 часов происходит и дигидротация П→Г при 80ºС и 10-25% Р₂О₅. Таким образом кривая cd является множеством точек сосуществования метастабильных фаз Г и П, а кривая ab множеством точек сосуществования стабильных фаз Г и А. Однако в реальных растворах ЭФК фактические границы областей кристаллизации гипса, полугидрата и ангидрида и особенно скорости протекания фазовых превращений существенно изменяются. Так присутствие заправки гипса, примесей фосфатов железа, кремнезема значительно ускоряет переход П→Г в растворах H₃PO₄ содержащих 20-30% Р₂О₅ при 80ºС. Образовавшийся гипс существует в виде метастабильной формы (стабильная форма – ангидрид) в течении нескольких суток и даже месяцев. Поскольку время пребывания пульпы в технологической системе составляет только 5-8 часов, очевидно, что отфильтрованный в этих условиях CaSO₄, представляет собой метастабильный дегидрат, т.е. фосфогипс, а не стабильный ангидрид. На рисунке 6 изображена диаграмма, показывающая практическую степень гидротации CaSO₄ в зависимости от режима экстракции, tºC и концентрации H₃PO₄

В обл. ниже кривой 2 CaSO₄ отделяется в виде гипса, выше кривой 1 – в виде ангидрита, а между этими линиями – в виде полугидрата. В соответствии с этим различают 3 режима экстракции ФК: дигидратный, полугидратный, ангидритный. Наиболее распространен дигидратный режим, который осуществляется при 65-80С, получая кислоту, содержащую до 32%P₂O₅.

Полугидратный режим – 90-100С позволяет получить кислоту до 52% P₂O₅.

Ангидритный режим пока не реализован из-за опасений усиленой коррозии аппаратуры при повышенных т/рах и плохой фильтруемости ФК и промывных р-ров через слой мелких кристаллов безводного CaSO4.

Оборудование для экстракции фосфорной кислоты.

Аппарат в к-ом осуществляется кислотное разложение фосфатов, называется экстрактором. Это железобетонный футерованный прямоугольный или цилиндрический аппарат большого объёма с плоским дном.

П рямоугольный экстрактор, (V=730-1625 м³) обычно разделён на 10 квадратных секций: 8-основных и 2- вспомогательных (см.схему, вид сверху).

1-подача фосфатов и др. потоков в 1-ю секцию; 2- отвод пульпы; 3 – двухлопастные мешалки.

В перегородках, разделяющих секции расположены чередующиеся нижние и верхние перегородки так, что пульпа совершает зигзагообразный путь. Фосф.сырьё, серная к-та, р-р разбавления и циркулирующий попадают в 1 секцию. Из 2-х последних секций (9 и 10) отводят полученную пульпу ч/з вакуум-испаритель на рециркуляцию и фильтрацию. Каждая секция снабжена двухлопастной мешалкрй, вращающейся со скоростью 66-72 об/мин.

Цилиндрический экстрактор (V=900 м³) состоит из 2-х реакторов объёмом по 450 м³, соединённых вверху перетоком. Такой реактор перегородок не имеет (вид сверху).

1 -подача фосфатов и др. потоков; 2- отвод пульпы; 3 – турбинные мешалки; 4-пропейлерная мешалка.

В центре экстрактора помещают пропеллерную мешалку, а по периферии 8 турбинных мешалок. Турбинные мешалки имеют направление вращения обратное пропеллерной. В цилиндрическом экстракторе обеспечивается большая стабильность процесса по температуре и пересыщению, чем в прямоугольном экстракторе, поэтому получается более однородный осадок СаSO_4.