1.2.2 Технологиялық процесс және сызбанұсқаның сипаттамасы

Технологиялық процестің сипаттамасы

Аммофосты алу кезінде жүретін физика-химиялық процестер, ең алдымен фосфор қышқылын аммиакпен бейтараптау реакцияларымен анықталады. Фосфор қышқылын бейтараптау процесінің негізгі бақыланатын параметрлерінің бірі ортаның рН-ы. рН-қа байланысты аммофосты пульпаның қасиеттерін: тұтқырлығын, тұну жылдамдығын өзгертетін қосылыстар түзіледі. Қаратау фосшикізатынан алынған экстракциялық фосфор қышқылында темір, алюминий, магний және басқа да заттардың қоспалары болады.

Фосфор қышқылын бейтараптау процесі барысында моноаммонийфосфат NH₄H₂PO₄ және диаммонийфосфат (NH₄)₂HPO₄ түзілуімен өтетін реакциялар жүреді:

H ₃PO₄ + NH₃ NH₄H₂PO₄

H ₃PO₄ + 2NH₃ (NH₄)₂HPO₄

Экстракциялық фосфор қышқылында қоспа түрінде кездесетін күкірт қышқылы, аммонизация кезінде аммонийлі тұздардың түрлі формаларын түзеді. рН-3,0 кем болғанда NH₄H₂PO₄xH₃PO₄xH₂SO₄құрамды тұздар түзіледі, олар әрі қарай бейтараптағанда ыдырап кетеді.

Моноаммонийфосфатпен бірге аз еритін қос тұз NH₄H₂PO₄xNH₄HSO₄ түзіледі.

H ₂SO₄ + NH₃ + NH₄H₂PO₄ NH₄HSO₄xNH₄H₂PO₄

4,5 дейін рН-тің өсуі аммоний сульфатының түзілуіне әкеледі, аммофосты пульпада оның шоғыры сұйық фазада фосфаттардың жалпы ерігішітігі төмендеуімен бірге артады. рН 4,5-тен көп болғанда аммоний сульфатының ерігіштігі төмендейді.

Соңғы фосфор қышқылындағы немесе суперфосфатты пульпадағы фтор қосылыстары келесі реакция бойынша бейтараптанады:

H ₂SiF₆ + 2NH₃ (NH₄)₂SiF₆

Ортаның рН-4,3 болғанда магний, алюминий, темір, гипс қоспалары темір және алюминийдің кешенді AlFeMg(NH₄)₂(HPO₄)₂F₂ типті қосылыстарын түзеді, олар екеулік-алмасқан фосфатты цитратты еритін кальций және магний тұнбаларына түседі.

M g(H₂PO₄)₂ + NH₃ MgHPO₄ + NH₄H₂PO₄

C aSO₄x2H₂O + 2NH₃ + H₃PO₄ CaHPO₄ + (NH₄)₂SO₄ + H₂O

Өте терең аммонизациялау (рН 5,6-дан көп) жүргізілгенде дикальцийфосфат, магнийаммонийфосфат және ерімейтін гидроксил апатит түзіледі.

Ерімейтін темір және фтор қосылыстарының мөлшері өз максимумына рН-6, ал алюминий шамамен рН - 4,5 болғанда жетеді. рН-6 болғанда ерімейтін кремнезем мөлшері артады.

Экстракциялық фосфор қышқылының бейтраптану дәрежесі алынатын аммофосты пульпаның тұтқырлығына әсер етеді: рН-1,5 көп болғанда тұтқырлық артады, ол пульпа құрамының біртіндеп өзгеруімен және бөлініп шығатын қатты фаза мөдшеріне байланысты.

Оңтайлы параметрлерді сақтағанда (рН-2,7-4,5), аммофосты пульпа қозғалмалы болады, өз аққыштығын жоғалтпайды. Фосфор қышқылын бейтараптау процесі жылу бөле жүреді, нәтижесінде аммофосты пульпа 70-95 ⁰С–қа дейін қызады, ол одан судың булануына алып келеді.

Фосфор қышқылын аммиакпен бейтараптап алынған аммофосты пульпа құрамында 50-60 % су болады.

Аммофосты пульпаларды шоғырландыру үшін буландыру аппараттары қолданылады. Буландыру процесінің физикалық негізі еріткіш – судың бір бөлігін қайнау кезінде буға айналдыру. Мұнда судың буға айналуы тек бетінде емес, бастысы сұйық ішінде түзілетін көпіршіктердің ішінде де жүреді. Бу көпіршігі, одан су буланғанда өлшемдері үлкейіп, көтеру күші өседі, және ол жоғарыға жүзіп шығады, ал оның орнына жаңасы түзіледі; осы жолмен сұйық ішінде түзілетін будың бу кеңістігіне жеткізілуі жүзеге асырылады.

Контактілі буландыру аппараттары пульпаны қыздыру элементтерінсіз-ақ, буландыруға мүмкіндік береді, себебі негізгі жылу көзі болып,газтәрізді және сұйық отында жұмыс істейтін отын жағу құрылғыларында алынған отын газдары болып табылады.

Түйістіру аппаратарында фазалардың жоғары жанасу беті, жақсы араластыру мен қыздырғыш отын газдары мен буланатын пульпа арасындағы

Түйістіру буландыру аппараттарындағы ерітінді үстіндегі газды фазаның жалпы қысымы отын жану өнімдері мен су буының парциалды қысымынан құралады. Нәтижесінде буландыру төмендетілген температурада жүргізіледі.

Түйістіру аппаратында пульпаны атмосфералық қысымда буландырғанда ол 83-85 ⁰С –та қайнай бастайды.

Буландыру аппаратында буландырылған пульпа, 35-40 % суы бар, бір аппаратта БТК - барабанда түйіршіктегіш-кептіргіште бір уақытта түйіршіктеледі және кептіріледі. Бұл аппаратың негізгі артықшылықтары:

• түйіршіктеу процесін ретурдың аз мөлшерімен жүргізу (1 т өнімге 1-2 т) мүмкіншілігі;

• технологиялық сызбанұсқаның және процесті басқарудың қарапайымдылығы;

• аз аралықтағы берілген өлшеммен түйіршіктелген өнімді алу мүмкіншілігі,

• түйірленген өнімнің жоғары сапасы:

• процесті жоғары дәрежелі автоматтандыру мүмкіндігі;

• процестің жоғары тиімділігі мен экономдылығы;

БТК-тегі кептіру және түйіршіктеу процесі келесідей өтеді: 40 % суы бар аммофосты пульпа, пневматикалық бүріккішпен түйіршіктелетін аммофостың тығыз қабатына беріледі, ол БТК аппаратына ішкі және сыртқы ретур түрінде беріледі.

Пульпа тамшылары және онымен жабылған түйіршіктер жан-жағынан отын жағу газдарымен қоршалып, және қысқа мерзім ішінде өз бетінен ылғалды жоғалтады, бұл олардың жеке бөліктерінің жабысуын болдырмайды. Бұл кезде түйіршіктер іріленіп, шар тәрізді пішінге ие болады. Кейіннен бөліктердің ішкі қабатынан ылғал кете отырып, түйіршіктер мен отын газдарының түйісу бетінің жақсы дамуына байланысты жылу - және массаалмасу үшін жақсы жағдайлар қалыптасады, сондықтан ылғал аммофос түйіршіктерінен интенсивті түрде жоғалады.

Түйіршіктеу процесіне түйіршіктелетін пульпаның физика-химиялық қасиеттері (тұтқырлығы, ылғалдың болуы және т.б.), тозаңдату жалынының геометриясы, дисперстілігі, тығыздығы, ретурдың қысқалылығы және түйіршіктелетін материалдың сапасы, отын жағу газдарының температурасы айтарлықтай әсер етеді.

Технологиялық сызбанұсқаның сипаттамасы

Аммофос өндірісінің технологиялық сызбанұсқасына келесі сатылар кіреді.

• фосфор қышқылын аммиакпен бейтараптау;

• аммонизирленген пульпаны буландыру;

• буландырылған аммонизирленген пульпаны түйіршіктеу және кептіру,

• кептірілген өнімді бөлу;

• шыққан газдарды тазарту;

• дайын өнімді тиеу [7].

2 Экстркциялық фосфор қышқылын өндіру

Фосфор қышқылы фосфорлы және күрделі концентрлі тыңайтқыштар және басқа құрамында фосфоры бар қосылыстар өндірісіндегі аралық өнім болып табылады.

Оны алудың кең тараған әдістерінің бірі – күкірт қышқылды әдіс – күкірт қышқылы табиғи фосфаттардың ыдырауы. Ол экстракциялық немесе сулы әдіс деп аталады [1].

Экстракциялық фосфор қышқылы, әткеншекті вакуум-фильтрлерде фосфогипсті бөлумен, фосфатты шикізатты күкірт қышқылымен ыдыратумен алынады. ЭФҚ алудың технологиялық процесіне келесі кезеңдер кіреді:

1) процеске реагенттерді беру; 2) 80-95ºС температурада фосфатты шикізатты ыдыратып экстракциялық қойыртпақ алу; 3) экстракциялық қойыртпақты сүзу; 4) 95ºС температурадаға дейін қыздырылған сумен тұнбаны жуу және фосфогипсті кептіру; 5) әк суымен абсорбциялық ағындарды бейтараптау; 6) БелАЗ автотастағышпен (автосамосвал) тастау үшін құрғақ түйіндердің астынан кетіруге фосфогипсті шығару.

Фосфатты шикізатты ыдырату төрт құтылы экстракторда күкірт және фосфор қышқылдарының сулы қоспасымен жүргізіледі.

Күкірт қышқылды әдіспен алынған фосфор қышқылы негізінен концентрлі тыңайтқыштар өндіруде қолданылады. Бұл мақсатта АҚШ-та барлық экстракциялық фосфордың 80% қолданылады. Фосфор қышқылын күкірт қышқылды әдіспен алу әлемнің көптеген елдерінде, концентрленген тыңайтқыштармен қатар, оның күкірт қышқылы фосфаттары ыдырау кезінде пайда болатын, жанама өнімдеріне де (уранның, ванадийдің және фтордың қосылыстары) сұраныс жоғары болғандықтан кең етек жайып жатыр. Экстракциялық фосфор қышқылының термиялықпен салыстырғанда құнының төмендігінің де мәні бар.

Экстракциялық фосфор қышқылын техникалық қажеттілікке пайдалану үшін келесі техникалық талаптар белгіленген: Н₃РО₄ болуы 50% кем емес; SО₃ есептегенде сульфаттар 2,5% артық емес; фтор 0,5% артық емес; жүзгін бөлшектер 1,5% көп емес; меншікті салмағы 1,5-1,6.

Қазақстан Республикасында фосфор тыңайтқыштарын алуда негізгі шикізат ретінде Қаратау фосфориттері пайдаланылады. Қаратау бассейнінде 45 кен орны бар, оның қоры 1260 мл.т. құрайды және құрамындағы Р₂О₅-тің концентрациясы 22-26% аралығында. Фосфаттарды өңдегенде оның пайдалы компонентінің (Р₂О₅) тек 80% ғана өнімге өтеді, қалған 20% өндіріс қалдығы ретінде қоршаған ортаға тасталады.

Қаратау фосфоритінің көп мөлшері электротермиялық әдіспен сары фосфор алуға пайдаланылады. Оның тек 80% пайдаланылады, ал қалған бөлігі фосфорит ұнтағы, шлак, феррофосфор және коттрельдік шаң түрінде қалдық ретінде шығарылады. Оның ішінде фосфор ұнтағы агломерация процесіне қайтарылады, шлак құрылыс материалдарын алуда, феррофосфор қараметалургия өндірісінде пайдаланылады. Ал, коттрелдік шаң әзірге толық пайдалану аймағын таппаған [1]

]

2

4

фосфат

И11 1 HF, SiF₄ абсорбцияға

H₂SO₄

Кальций сульфаты

H₂O

Бу

Жанғыш газ

H₃PO₄қоймаға

Қайтымды ері-ді

H₂O

H₂SiF₆

Сурет 1. Экстракциялық фосфор қышқылының алу технологиялық үлгісі

Қазіргі кезде үлкен мөлшерде жиналған өндіріс қалдықтарын химиялық өңдеудің тиімді әдістерінің болмауы шикізаттағы пайдалы компоненттерді толық пайдалануға мүмкіндік бермейді де, экологияға үлкен зиянын тигізеді. Сондықтан да өте көп мөлшерде жиналған өндіріс қалдықтарын қайта өңдеп минералдық тыңайтқыштарды алу экономикалық және экологиялық тұрғыдан әзірге толық шешімін таппаған өзекті проблемалардың бірі. Сағат сайын көлемі өсіп жатқан өндіріс қалдықтарын өңдеп, жаңа минералдық немесе кешенді тыңайтқыштардың түрін алу біріншіден экологиялық, екіншіден экономикалық жақтарынан тиімді болар еді [2].