Лекция 3. Сернокислотное разложение фосфатного сырья. Химическая схема процесса

В основе сернокислотного разложения фосфатного сырья лежит реакция (1.1):

Са₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 10H₂O → 3H₃PO₄ + 5CaSO₄∙2H₂O + HF (1.1)

Сырье – апатитовый концентрат

Источник – Карелия

Рис. 3.1. Технологическая схема получения фосфорной кислоты

Суть метода: извлечение (экстрагирование) H₂O₅ в виде H₃PO₄.

По этому методу природные фосфаты обрабатывают серной кислотой с последующим фильтрованием экстракционной пульпой с получением технической H₃PO₄ и осадка – ФГ.

Часть выделенного основного фильтрата, смешанного с промывочным раствором называют раствором разбавления, который возвращается в экстрактор для уменьшения вязкости реакционной пульпы в экстракторе.

Химическая схема процесса.

Классификация реакции (1.1):

Гетерогенная (участники процесса находятся в разных фазах, а сам процесс протекает на границе раздела фаз).

Лимитирующей стадией является кристаллизация ФГ.

CaSO₄∙2H₂O_е ↔ Са_е²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O (2.8) ∆H< 0;

CaSO₄ – основной компонент для вяжущих систем, используется в строительстве, медицине.

Лекция 4.

Обоснование технологического режима ТР. Выбор ТР на основании данных о химическом равновесии

ТР – такая совокупность технологических параметров (T,P,C), которая обеспечивает оптимальные условия эксплуатации оборудования.

Выбор и обоснование ТР будем проводить на основании данных о химическом равновесии и химической кинетике процесса.

Обоснование ТР производства ЭФК.

Выбор ТР на основании данных о хим. равновесии

CaSO_4е ↔ Са_е²⁺ + SO₄^2- _е; ∆H< 0 (4.1)

Ассоциат

Модификации CaSO₄ :

• Ангидрит – CaSO₄

• Дигидрат (ФГ) – CaSO₄ 2Н₂О

• Полугидрат (гипс) – CaSO₄ 1/2Н₂О.

Растворы (водные):

• Молекулярные (например, органика в воде)

• Ионные (например, водный раствор NaCl)

Кристаллизация – переход из растворенного состояния в нерастворимое.

CaSO₄ (молекула) → n CaSO₄ (кангломерат) → d _КРИТ. (образование кристаллического критического зародыша)→ кристалл → неограниченный рост массы твердых кристаллов (17 мкм).

d _КРИТ иденциф – ют монохроматическим оптическим прибором (лазерами).

Анализ данных по химическому равновесию позволяет:

• ответить на вопрос о возможности осуществления процесса,

• определить равновесный состав реакционной смеси во время химического равновесия,

• управлять составом реакционной смеси в момент равновесия.

Для оценки влияния технологических параметров на состояние химического равновесия используют качественную и количественную оценки.

Изменять значение равновесной концентрации вещества в растворе – значит управлять величиной предела растворимости.

Нас интересует состояние реакционной системы, когда образуется осадок (ФГ).

Растворимое соединение выпадает в осадок при условии:

С_Меⁿ⁺_,e∙C_А^m-_,e > ПР/(γ_Меⁿ⁺∙γ_А^m-) (4.2) , где

γ – соответствующие значения коэффициентов активности ионов.

Учитывают реальные силы взаимодействия ионов по сравнению с идеальными растворами.

Таблица 4.1. Некоторые значения ПР.

соединения	СаСО3	ZnS	PbCO3	CdS	CaF2	FeS
ПР	3.1∙10-9	1.6∙10-24	1.5∙10-13	1∙10-29	4·10-11	4·10-19

Пути управления процессом (р-ция 4.1) за счет смещения химического равновесия.