3.2. Влияние условий дефторирования на состав фосфорной кислоты

Термодинамические расчеты показывают, что фтористые соединения находятся в жидкой фазе в нескольких формах [27, 32]:

– физически растворенные газы, которые находятся в непосредственном равновесии с газовой фазой:

–в виде недиссоциированных соединений с водой – гидратов, в

диссоциированном виде:

–в форме фторфосфорных кислот и комплексных соединений с

алюминием, железом, кремнием и прочее:

Примеси алюминия, железа, а также кальция, магния и др., попадающие в кислоту с минеральным сырьем, затрудняют дефторирование кислоты [32]. Предварительными исследованиями также установлено, что дефторирование ранее используемым классическим методом упаривания с барботированием не позволяет получить чистую фосфорную кислоту (см. рис. 3.1, 3.2). В ряде работ показано, что соединения фтора, являются составной частью сложных комплексов на основе ионов железа, алюминия, кальция, кремния и фосфора

[26 – 32].

127

Таблица 3.3

Материальный баланс процесса концентрирования и дефторирования ЭФК

«Т2»

Для описания состава газовой и жидкой фазы был произведён анализ на содержание компонентов и составлен материальный баланс по компонентам с учётом состава топочных газов после сжигания. Материальный баланс по сжиганию природного газа рассчитан, исходя из потребностей по концентрированию кислоты «Т2» до кондиции марки «Улучшенная». Баланс по процессу концентрирования представлен в таблице 3.3. Из таблицы видно, что отходящие после процесса топочные газы содержат в своём составе значительное количество паров воды и соединения фтора. Показанные в таблице данные по балансу сопоставлены с анализами абсорбционной воды после санитарного абсорбера для очистки отходящих топочных газов от

128

соединений фтора. Баланс показывает реальное распределение компонентов в газовой и жидкой фазах по соответствующим составляющим.

В лабораторных условиях, поскольку основное внимание уделено соединениям фтора, было количественно определено распределение фтористых соединений по осаждающейся твёрдой, жидкой и отходящей газовой фазам.

Очистку ЭФК проводили на лабораторной установке путём упаривания технической ЭФК («Т2») с составом: 39% Р2О5, 0,052% F; 0,12 % SO4, 1,35% SiO2, 0,017% Al2O3, ρ = 1,322 г/см3. Процесс проводили при температуре 90° С барботированием воздуха со скоростью 1,3 л/мин, при поддержании постоянной концентрации Р2О5 путём добавления дистиллированной воды. Выделяющиеся при дефторировании газы в виде НF и SiF4 поглощали щелочными водными растворами, которые анализировали на содержание соединений фтора и кремния химическими методами [26, 30–32].

Рис. 3.2. Схема лабораторной установки Размер частиц осаждающейся твёрдой фазы в ЭФК изучен методом

малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (МУР) [33]. Он наиболее пригоден, так как первичный размер частиц составил 40–70Å [34, 35]. Другие способы идентификации при столь малых параметрах частиц не применимы. Далее очищенная кислота анализировалась на содержание соединений фтора. Конденсат, улавливаемый колбой– ловушкой (см. схему установки, рис. 3.2) и

129

нейтрализованный раствором щелочи NaOH также анализировался на содержание фтора. Таким образом, удалось выявить общий баланс распределения фтора по фазам для процесса дефторирования ЭФК.

Рис. 3.3. Баланс изменения содержания соединений фтора по фазам при дефторировании ЭФК (40% Р2О5, Т2) с отдувкой воздухом при 90 °C: 1– жидкая; 2– газовая; 3– твердая фазы

Баланс удобно представить в графической форме, где каждая кривая характеризует количественное изменение содержания фтора по соответствующим фазам в процессе дефторирования в массовых единицах. Из рисунка видно каким образом происходит реальное удаление примесей из кислоты и, что наряду с газовой, фтористые соединения удаляются и в твёрдую фазу.

Источником осадка в кислоте являются, как показали исследования, соединения Al, Fe, Si. В частности, нерастворимые комплексы Al и Fe дают

130