2.5.1 Технология производства фосфорной кислоты

Получение экстракционной фосфорной кислоты

Экстракционный метод производства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложении фосфатов и фильтровании образовавшейся фосфорной кислоты и промывки сульфата кальция водой.

Са₅(РО₄)₃F + 5Н₂SО₄ + nН₃РО₄+ 5mН₂О= (n+3)Н₃РО₄ +5СаSО₄ * mН₂О +НF (2.5.1)

Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически фосфат разлагается смесью серной и фосфорной кислот.

В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты, находящийся в равновесии с ней в твердой фазе сульфат кальция существует в трех формах: ангидрита СаSО₄, полугидрата СаSО₄ * 0.5Н₂О и дигидрата или гипса СаSО₄ * 2Н₂О. При осаждении сульфата кальция из фосфорнокислых растворов вначале выделяется наиболее растворимый полугидрат, который затем превращается в стабильную при данных условиях форму, обладающую меньшей растворимостью. Это превращение происходит путем постепенного растворения полугидрата и одновременной кристаллизации из растворов гипса или ангидрита.

Основой для выбора технологических параметров процесса разложения фосфатов серной кислотой являются свойства системы СаSО₄–Н₃РО₄–Н₂О, в которой СаSО₄ может существовать в трех формах: безводной и двух кристаллогидратов (СаSО₄, СаSО₄ * 0.5Н₂О и СаSО₄ * 2Н₂О).

В соответствии с этим различают три режима экстракции фосфорной кислоты: дигидратный, полугидратный и ангидритный. Наиболее распространен дигидратный метод, который осуществляют при 65-80⁰С, получая кислоту с концентрацией до 30-32% Р₂О₅. Нашел применение и полугидратный режим, осуществляемый при 90–105⁰С и позволяющий производить кислоту, содержащую до 50% Р₂О₅. Все шире распространяются комбинированные полугидратно-дигидратные способы экстракции, в которых сначала выделяют полугидрат, а затем, охлаждая и разбавляя суспензию, перекристаллизовывают его в гипс. Такие способы позволяют получать концентрированную (до 50%) кислоту при высокой степени использования сырья.

Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получить более концентрированную кислоту, снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом приведена на рисунке.

Высокая степень разложения фосфатов, равная 0.99 дол.ед., достигается всего за 1-1.5 часа. Практически процесс экстракции продолжается до 4-8 часов. Это необходимо для образования крупных кристаллов сульфата кальция, которые легко фильтруются и промываются для извлечения фосфорной кислоты небольшим количеством воды.

Н₂SО₄ Н₂О

С

КИСЛОТНОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ

ФИЛЬТРОВАНИЕ

ПРОМЫВКА

а₅F(РО₄)₃ СаSО₄ *0.5Н₂О

Н₃РО₄ Н₃РО₄

АБСОРБЦИЯ ФТОРИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ

УПАРИВАНИЕ

Н₂SiF₆

Н₃РО₄ на склад

Отходящие газы