8. Выбор и обоснование оптимального технологического режима получения простого суперфосфата.

Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимуще­ственно в монокальций фосфат Са(Н2Р0₄)₂. Технологический процесс состоит из следующих основных операций: смешение измельченного фосфата с серной кислотой; затвердевание суперфосфатной пульпы в камерах; дозревание суперфосфата на складе; нейтрализация и гранулирование.

Скорость разложения фосфата в основном зависит от нормы и концентрации серной кислоты, температуры процесса, степе­ни измельчения фосфата. Стехиометр. норма серной кислоты для разложения апатитового концентрата рассч-ся и составляет 63,47 кг 100%-ной H2SO4 на 100 кг сырья. Чтобы ускорить процесс разложения, практ. нор­му расхода серной кислоты повышают до 68—72 кг. При низких конц-циях серной кислоты степень пересыщения раствора сульфатом кальция мала, поэтому из раствора выд-ся относ-но крупные кристаллы суль­фата кальция. Они образуют на поверхности зерен фосфата рыхлую пленку, кот. не препятствует диффузии жидкой фазы к пов-ти фосфата. Скорость разложения фосфатов в этом случае достаточно велика. При выс. кон­центрациях серной кислоты жидкая фаза быстро пересыщается сульфатом кальция, из раствора выпадает большое кол-во мелких игольчатой формы кристаллов сульфата кальция, кото­рые покрывают поверхность фосфата плотной пленкой. Это за­медляет реакцию. Установлено, что максим скорость разложения фос­фатов достигается при концентрации H2SO4 в реакц пуль­пе равной 5—10%. В практ условиях применяют кисло­ту с нач концентрацией 68,5—69,5% H₂S0₄. Скорость разложения фосфатов увел-ся с ростом тем­пературы. Повышение темп-ры способствует также более интенсивному выделению фторсодержащих газов и большему испарению воды. Од­нако при очень высокой температуре ухудшаются физические свойства суперфосфата. Оптим температура в суперфосфатной камере 115—120 ^СС. Степень измельчения фосфата значительно влияет на ско­рость разложения. Мелкие частицы сырья разлагаются быстрее, чем крупные. Большое влияние на скорость разложения фосфата в на­ч период оказывает интенс-ть и продолж-ть перемешивания реагентов в смесителе. Интенс перемеши­вание обеспечивает однородность пульпы, снижает степень пе­ресыщения раствора в пограничном слое, что спос-ет об­р-нию более крупных кристаллов сульфата кальция и, сле­д-но, более проницаемых пленок на зернах фосфата. Это ускоряет разложение. Чтобы избежать затвер­д-ния реакц пульпы в смесителях, продол-сть переем-ния д.б.не более 5—7 мин. Складское дозревание суперфосфата. В суперфосфатных ка­мерах степень разложения фосфата составляет 84—87%. После складского дозревания она увел-ся до 90—95%. Чтобы ускорить процесс разложения фосфата на складе, суперфосфат охлаждают до 30—50 °С распылением и перелопачиванием. Нейтр-ция. Дозревший суперфосфат имеет выс. кис­лотность. Он содержит до 5,5% свободного Р₂0₅. Для улучшения кач-ва суперфосфат нейтрализуют тв. добавками. Ча­ще всего для нейтр-ции прим-ют известняк или мел, а так^ке доломит, фосфоритную муку, обесфторенные фосфаты и др. При нейтрализации свободной фосфорной кислоты добавка­ми, содержащими кальций, образуется монокальцийфосфат: CaCO₃ +2Н₃Р0₄ = Са(Н₂Р0₄)₂.Н₂О + С0₂ После нейтрализации увеличивается содержание твердой фа­зы в суперфосфате и улучшаются его физические свойства.Нельзя допускать избытка нейтрализующих добавок. Это приводит к образованию неусвояемого трикальцийфосфата и, следовательно, к потере водорастворимого Р2О5 (процесс ретро­градации) : Ca{H2P0₄)₂ + 2СаСО3= Са₃(Р0₄)₂ + 2Н₂О + 2СО,

9.Физико-химические основы процесса гранулирования. Технологическая схема получения гранулированного суперфосфата. Процесс гранулирования суперфосфата обычно объ­единяется с нейтрализацией своб. кислотности тв. до­бавками, главным образом, мелом или известняком. В некоторых случаях применяют для нейтрализации феррошлаки (отходы производства ферросплавов), содержащие 43—46% СаО, 13,5— 14% Мn и др. При хранении гранулированного суперфосфата, со­держащего не более 0,5% водорастворимого марганца, не наблю­дается ретроградации водорастворимой и цитратнорастворимой Р2О5. Предложено также использовать для нейтрализации супер­фосфата фильтровую жидкость содовых заводов, содержащую карбонаты и бикарбонаты аммония и натрия. Содержание пита­тельных веществ в продукте не уменьшается за счет введения аммиака. Принятый способ гранулирования состоит в окаты­вании нейтрализованного и увлажненного суперфосфата в бара­банном грануляторе с последующей сушкой, дроблением и рассе­вом гранул . Гранулы классифицируются на грохоте по крупности на три фракции: 1) частицы размером свыше 4 мм по­ступают на валковую дробилку, где измельчаются и снова попа­дают на грохот, 2) готовый продукт с размером гранул в основном от 2 до 4 мм и 3) частицы величиной меньше 2 мм, которые возвращаются на смешение с исходным суперфосфатом (ретур). Количество ретура составляет 20-30% от массы суперфосфата. Гранулятор представляет собой вращающийся полый барабан, внутри которого расположены направляющие лопасти. На входе и выходе установ­лены подпорные кольца, обеспечивающие определенную рабочую загрузку барабана суперфосфатом. Внутрь барабана подведена труба с тремя форсунками для распыления воды. Для очистки сте­нок барабана от налипающего на них суперфосфата имеется спе­циальный нож (из диабазовых плиток). Вода в форсунки подается под давлением 4—5 атм. Первая форсунка, через которую вводится 70% воды, установлена на рас­стоянии 6,5 м от выходного отверстия гранулятора, вторая — на расстоянии 5 м и третья — на расстоянии 1 м от выхода. Сушка суперфосфата производится в обычных барабанных прямоточных сушилках. В следующих условиях гранулирование протекает с высокими показателями: барабанный гранулятор длиной 7,5 м; барабан делает 7,5 об!мин, при объеме суперфосфата в бара­бане около 3 м³ время окатывания составляет 7 мин. Обеспечи­вается хорошее смачивание суперфосфата водой, распыляемой в грануляторе форсунками (под давлением 4—5 атм). Продукт в грануляторе смачивается до содержания 15,7% Н₂0 (на некоторых заводах до 17—18% Н₂0). Сушильный барабан диаметром 2,2 м и длиной 14 м работает с производительностью до 24,8 г продукта в час при влагосъеме до 70 кг/(ч-м³), что достигается установкой топок с площадью колосниковой решетки 0,1 м² на 1 м³ объема ба­рабана и отсасывающего вентилятора производительностью 600 м³ на 1 м³ объема сушильного барабана. Температура продукта в процессе сушки не должна превышать 85°, во избежание образо­вания нерастворимых пиро- и метафосфатов кальция. Температура топочных газов, поступающих в сушилку, 600°, а отходящих 100— 120°. Использование в качестве топлива природного газа дает зна­чительную экономию, позволяет повысить качество продукта ²⁸² и улучшить санитарные условия. Представляет интерес применение для сушки суперфосфата аппаратов со взвешенным слоем, в которых процесс про­текает в 2—3 раза интенсивнее, чем в сушильном барабане. Готовый продукт (при переработке апатитового концентрата) содержит 19,9—20,9% усвояемой Р2О5, не выше 2,3% свободной Р2О5 и 3,0—4,5% влаги. Для уменьшения слеживаемости гранулированного суперфосфа­та и сохранения сыпучести его охлаждают перелопачиванием на складе, а также в процессе его перемещения.