ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ДИГИДРАТНЫМ СПОСОБОМ

В мировой практике (в том числе и в нашей стране) производство экстракционной фосфорной кислоты базируется преимущественно на дигидратном способе, относительно простом и надежном в эксплуатации. Наиболее распространенная технологическая система имеет проектную производительность 110 тыс. т P₂O₅ в год (330-360 т/сут). Она включает однобаковый прямоугольный десятисекционный экстрактор с футерованным железобетонным корпусом (рабочий объем 740 м³) или двухбаковый экстрактор (два соединенных верхним перетоком цилиндрических реактора), карусельный лотковый вакуум-фильтр с активной (находящейся под вакуумом) фильтрующей площадью поверхности 80 м² (общая площадь поверхности — 100 м²) и комплект вспомогательного оборудования. Работают и более мощные системы с объемом экстракторов свыше 1500 м³ и площадью поверхности фильтра 135 м². Имеется тенденция дальнейшего увеличения систем экстракции.

На рис. 1 изображена принципиальная схема производства фосфорной кислоты (28-32% P₂O₅) из апатитового концентрата. Разложение фосфата производят в экстракторе с объемом около 900 м³ (при коэффициенте заполнения 0,8). Экстрактор включает два цилиндрических реактора (диаметр 13 м, высота 5,3 м), изготовленных из хромникельмолибденовой стали ЗИ-35 (или Ст.3, защищенной кислотостойкими материалами). Каждый реактор оснащен одной центральной пропеллерной и восемью турбинными мешалками, расположенными по периферии. В первый реактор из бункера 1 через весовой дозатор 2 непрерывно вводят апатитовый концентрат. Сюда же с помощью погружных насосов подают оборотную фосфорную кислоту из барометрического сборника 16, циркуляционную суспензию после вакуум-испарительной установки [кратность циркуляции (8-12): 1] и серную кислоту. (Последнюю возможно частично или полностью вводить во второй реактор.)

Соотношение между массами жидкой и твердых фаз, т. е. Ж:Т, в суспензии, находящейся в экстракторе, поддерживают равным (1,7-2,5):1. Из первого реактора суспензия перетекает во второй, откуда основную ее часть мощными погружными насосами 7 (установлено два насоса с подачей по 600 м³/ч) подают в вакуум-испаритель 8. Последний представляет собой резервуар, где с помощью вакуум-насоса поддерживают пониженное давление. Вследствие этого поступающая в него жидкость оказывается перегретой и закипает, причем из нее выпаривается некоторое количество воды. Это приводит к понижению температуры на 3-5°С (резкое снижение температуры недопустимо). Газы из вакуум-испарителя через брызгоуловитель 9 отводят в поверхностный конденсатор 10, где конденсируются пары воды и улавливается часть соединений фтора. Окончательную очистку газа от фтора осуществляют в барботажном нейтрализаторе (вакуум-испарительная установка может включать также орошаемые башни для абсорбции фторидных газов).

Более простым является воздушное охлаждение за счет отвода из экстрактора больших количеств газовой фазы, содержащей водяной пар. При этом подача суспензии в вакуум-испарители на высоту 10-12 м с помощью мощных насосов не нужна, но усложняется очистка газов от фтора в системе абсорбции.

Продукционная суспензия поступает на карусельный лотковый фильтр, где гипс отделяется и промывается по трехфильтратной схеме. Фильтр с площадью активной поверхности 80 м² имеет лотки с габаритами: длина — 3,27 м, ширина — 0,97 м у внутреннего и 1,92 м у наружного края, глубина — 0,2 м. Фильтрующим материалом служат стойкие в фосфорной кислоте синтетические ткани — лавсановая и др.

Газожидкостная смесь разделяется в сепараторах, в которых с помощью вакуум-насоса поддерживается разрежение 65-85 кПа. Первый фильтрат Ф₁ отправляется в сборник готовой продукции, а часть его по переливу поступает в барометрический сборник оборотной кислоты 16. Сюда же поступает и второй фильтрат Ф₂, полученный при промывке осадка третьим фильтратом Ф₃. Фильтрат Ф₃ образуется при промывке осадка суспензией, получаемой при регенерации фильтровальной ткани (сборник 14), и свежей горячей (60-70 °С) водой. Промытый гипс сбрасывается с лотка в сборник, из которого в виде суспензии удаляется в отвал.

Предпочтительно использование для экстракции 93%-й серной кислоты. При этом улучшается баланс воды в технологическом процессе — создается возможность ввести большее количество воды для промывки гипса. В результате уменьшаются потери фосфорной кислоты с фосфогипсом, идущим в отвал, и количество кислых сточных вод, которые необходимо обезвреживать.

Увеличение концентрации серной кислоты не изменяет содержания Р20в в получаемой фосфорной кислоте, которое предопределяется оптимальными условиями кристаллизации гипса, рассмотренными выше. При использовании более концентрированной серной кислоты, однако, существенно возрастает (вследствие увеличения теплоты разбавления) количество теплоты, которую требуется отводить.

При получении фосфорной кислоты дигидратным способом выделение фтора (преимущественно в виде SiF₄) в газовую фазу невелико — 3-5 % от содержащегося в фосфатном сырье (около 80% переходит в продукционную кислоту, 15-17 % — в фосфогипс). Соответственно концентрация фторидов в отводимых из экстрактора газах, в зависимости от способа охлаждения и подачи вентилятора, в пересчете на фтор составляет 0,2-2,5 г/м³. Установленные в цехах экстракции системы абсорбции предназначены преимущественно для очистки отбросных газов — образующиеся при этом слабые растворы H₂SiF₆ направляют на станцию нейтрализации или используют для огмывки фосфогипса.

Товарный (хозяйственный) выход P₂O₅ в кислоту (с учетом механических потерь) при дигидратном режиме экстракции составляет 93-95%, соответственно на 1 т продукционного P₂O₅ затрачивается 2,73-2,65 т апатита (1075-1045 кг P₂O₅) и 2,48-2,45 т 100 %-й серной кислоты (при стехиометрической норме на связывание СаО, т.е. 0,915 т на 1 т апатита). Расходные коэффициенты при переработке фосфоритов больше, чем при переработке апатита: по фосфату в 1,5-2,3 раза; по P₂O₅, содержащемуся в фосфате, в 1,02-1,27 раза; по серной кислоте в 1,2-1,7 раза.

Экстракционная фосфорная кислота, полученная из апатита дигидратным способом, содержит (в %): P₂O₅ 25-32; SO₃ 1,8-2,8; СаО 0,1-0,4; Al₂O₃ 0,3-0,4; Fe₂O₃ 0,3-0,5; F l,7-2.