5.Физико-химические основы производства двойного суперфосфата камерным и бескамерным способами

Двойной суперфосфат. Получают разложением природных фосфатов ЭФК. В отличие от простого суперфосфата он содержит в 2 – 3 раза больше P₂O₅. В зависимости от метода получения (камерный или поточный) используют фосфорную кислоту различной концентрации ( от 52,0 – 54% (масс) P₂O₅ до 28-36% (масс) P₂O₅ ). Основная реакция:

Ca₅(PO₄)₃F + 7H₃PO₄ + 5H₂O = 5Ca(H₂PO₄)_2*H₂O + HF

Реакции разложения примесей в фосфатном сырье можно записать так:

Ca, Mg (CO₃)₂ + 4H₃PO₄ = Ca(H₂PO₄)_2*H₂O + Mg(H₂PO₄)_2*H₂O

Me₂O₃ + 2H₃PO₄ + H₂O = 2[MePO₄]_*2H₂O

Процесс идет последовательно. В начале реакция образования дигидрофосфата кальция в подвижной суспензии: твердая фаза – минерал, жидкая фаза – ЭФК, растворы дигидрофосфата кальция и других соединений. Процесс постепенно замедляется при расходе ЭФК. Продолжение 1 стадии от нескольких секунд (камерно-поточный метод) до 3 – 10 минут (камерный) и 1 – 1,5 часа (поточный). Через некоторое время начинается кристаллизация моногидрата дигидрофосфата кальция и меняется состав жидкой и твердой фаз. Процессы идут при Т= 30 – 40 ^оС. Оптимальная концентрация ЭФК выбирается на основе фазовых диаграмм по принципу максимальной степени разложения сырья (≈ 60%). Оборудование и технология сходна с производством простого суперфосфата.

В процессе получения двойного суперфосфата из апатитового концентрата камерным способом оптимальную концентрацию исходной фосфорной кислоты выбирают таким образом, чтобы к моменту достижения коэффициента разложения около 60% жидкой фазы камерного суперфосфата содержало 46-47% Р2О5.Этому условию отвечает начальное содержание кислоты(55% Р2О5), при которой максимальный коэффициент разложения исходного сырья в конце первой стадии при 75-100 С не может превышать 10% и скорость процесса разложения относительно мала. Когда коэффициент разложения апатита достигает около 60%, суспензия затвердевает и скорость реакции резко замедляется. Дальнейший процесс разложения идёт в период вылёживания продукта на складе (15-30 суток). Оптимальная температура дозревания составляет 40-60 С.

В бескамерных способах исходные фосфориты обрабатывают при 50-100 С с фосфорной кислотой концентрацией 28-40% Р2О5 , что значительно соответствует оптимальным условиям для первой стадии процесса.

Но низкая концентрация кислоты неблагоприятна для второй стадии разложения, поскольку в растворах с или , процесс практически не идёт. Процесс заканчивается лишь при сушке реакционной массы. Извлечение из нее Н2О благоприятствует переходу системы в область, равновесную с дигидрофосфатом кальция и соответственно дальнейшему разложению апатита. В процессе сушки из реакционной массы кристаллизуются моногидраты дигидрофосфата кальция и степень нейтрализации жидкой фазы уменьшается, хотя и активность ее увеличивается. В результате достигается высокая степень разложения сырья и при незначительной степени его разложения в первой стадии.