2.5.3 Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом

Получение термической фосфорной кислоты

Электротермический метод производства фосфорной кислоты основан на восстановлении фосфатов до элементарного фосфора, его последующим окислении до оксида фосфора (5) и гидратации оксида до фосфорной кислоты.

Са₅(РО₄)₃F→ Р_п → Р₂О₅ → Н₃РО₄ (2.5.2)

1 Получение фосфора

Восстановление фосфора из природных фосфатов представляет собой сложный многостадийный гетерогенный процесс, протекающий через стадии:

– нагревание компонентов шихты;

– поступление в расплав фосфата кальция и оксида кремния;

– диссоциация трикальцийфосфата;

– диффузия продуктов диссоциации к поверхности частиц углерода;

– взаимодействие трикальцийфосфата с углеродом и образование фосфора, оксида углерода (2) и оксида кальция;

– удаление оксида кальция из зоны реакции в виде силикатов кальция.

2 Сжигание фосфора – гетерогенный экзотермический процесс, протекает по уравнению:

Р_{4 жидк}. +5О_2газ = Р₄О_{10 тв.} –ΔH (2.5.3)

через димер диоксида фосфора (5).

3 Гидратация оксида фосфора (5) протекает через ряд стадий. На первой стадии процесса, вследствие высокой температуры в системе, взаимодействие паров оксида фосфора с водой дает метафосфорную кислоту:

Р₄О₁₀ +2Н₂О = 4НРО₃ –ΔH (2.5.4)

При понижении температуры метафосфорная кислота через полифосфорные кислоты превращается в фосфорную кислоту:

НРО₃ + Н₂О = Н₃РО₄ –ΔH (2.5.5)

Технологический процесс производства фосфорной кислоты электротермическим методом может строиться по двум вариантам:

– по одноступеньчатой схеме, без предварительной конденсации паров фосфора, с непосредственным сжиганием выходящего из стадии восстановления фосфорсодержащего газа и

– по двухступеньчатой схеме, с предварительной конденсацией паров фосфора и последующей переработкой его в фосфорную кислоту.

СО воздух вода

К окс

Ф

ВОССТАНОВЛЕНИЕ

ОХЛАЖДЕНИЕ

СЖИГАНИЕ

ГИДРАТАЦИЯ

осфат

ф люсы

SiF₆ Н₃РО₄

Рис.2.5.4 Технологическая схема производства фосфорной кислоты термическим методом

При окислении фосфора и гидратации оксида фосфора (5) выделяется большое количество тепла, которое для поддержания оптимального теплового режима процесса должно отводиться из системы. По методу отвода теплоты установки по производству термической фосфорной кислоты делятся на испарительные, циркуляционные и теплообменные. Наиболее распространены циркуляционно-испарительные схемы, в которых охлаждение газов происходит за счет теплообмена с циркулирующей фосфорной кислотой и в результате испарения из нее воды.

Согласно ГОСТ, термическая фосфорная кислота техническая должна содержать н/м 73% Н₃РО₄ или Р₂О₅ н/м 52.9%. Примеси: хлориды –н/б0.05%, тяжелые металлы –н/б 0.03%, мышьяк –н/б0.01%, щелочные и щелочно-земельные металлы –н/б1.0%.Выпускают кислоту 1 и 2-го сортов, различающихся содержание примесей, количество которых не должны превышать сотых долей процентов.