СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ОКРАШИВАЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ Российский патент 1999 года по МПК C01B25/235 

Изобретение относится к способам очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей и может быть использовано в производстве фосфорной кислоты и ее солей, применяемых в различных отраслях промышленности, в том числе и в пищевой промышленности.

Экстракционная фосфорная кислота даже наиболее высоких квалификаций (например, "улучшенная" - ТУ-2142-002-00209450-96 или "очищенная" ТУ-2142-001-00209450-95), как правило, окрашена в желтовато-коричневый цвет. Эта окраска обусловлена наличием углеродсодержащих примесей, которые переходят в товарный продукт как из исходного сырья (например, следы гумусовой кислоты), так и при обработке ее в процессе экстракции и реэкстракции селективными органическими растворителями. Общее количество органического углерода составляет, как правило, от 0,01 до 0,1 мас.% от веса фосфорной кислоты, что соответствует величине оптической проницаемости 10-30%. Подобное содержание окрашенных органических загрязнений является недопустимым, так как при использовании экстракционной кислоты в качестве сырья для получения орто- и полифосфатов, применяемых в пищевой промышленности, она загрязняет товарный продукт.

Известен способ удаления органических веществ из экстракционной фосфорной кислоты, включающий обработку ее восстановителями, в качестве которых используют соединения хрома, никеля, меди, железа, свинца, а также гидразин, гипофосфаты. После обработки восстановителями кислоту контактируют с активированным углем /патент США N 4637922, МПК C 01 B 25/16, НКИ 423/321, опубл. 20.01.87/.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, связанная с многостадийностью процесса, а также необходимостью проведения дорогостоящей очистки полученного товарного продукта от соединений тяжелых металлов (хрома, никеля, свинца) и ядовитых соединений, содержание которых в пищевой промышленности и ряде других отраслей техники жестко лимитируется.

Известен способ обесцвечивания очищенной экстракционной фосфорной кислоты и удаления из нее остатков органических веществ путем контактирования кислоты с перекисью водорода в течение 0,25-4,0 часов при температуре 120-135^oC, процесс непрерывен /ЕПВ (EP), заявка N 0080372, C 01 B 25/46, опубл. 08.06.83/.

Существенным недостатком известного способа является его низкая экономичность, обусловленная тем, что заявленный температурный диапазон проведения процесса резко ограничивает выбор материалов для оборудования, реализующего данный процесс в промышленных условиях. Так, большинство материалов, включая сталь высоких марок, в данных условиях подвергаются сильной коррозии в среде фосфорной кислоты, что крайне отрицательно сказывается на экономичности процесса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ очистки экстракционной фосфорной кислоты (40-55 мас.% P₂O₅) от органических окрашивающих примесей, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода путем медленного (в течение 3 часов) введения раствора перекиси водорода при температуре 50-110^oC с последующей адсорбционной очисткой фосфорной кислоты от окрашивающих примесей в колонке, наполненной не содержащим металлы и способным к регенерации активированным углем с размером частиц 0,9-1,1 мм /патент США N 4643883, МПК C 01 B 25/16, НКИ 423/321, опубл. 17.02.87/.

Недостатком известного способа является его низкая экономичность, связанная с многостадийностью процесса очистки фосфорной кислоты (приобретением дорогостоящих оборудования - сорбционных колонн и сорбента - активированного угля, подвергнутого предварительной, крайне трудоемкой очистке, кроме того, после обработки угля требуется его регенерация, что также существенно удорожает и без того дорогостоящий процесс).

Заявляемое изобретение направлено на создание высокоэкономичной технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, позволяющей существенно упростить процесс и снизить затраты на его организацию и эксплуатацию.

Указанный выше технический результат достигается тем, что, в способе очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, включающем обработку ее водным раствором перекиси водорода при нагревании, согласно изобретению предварительно в фосфорную кислоту вводят азотную кислоту в соотношении к перекиси водорода и фосфорной кислоте (0,0003-0,001) : (0,002-0,008) : 1, а обработку перекисью водорода ведут при температуре не менее 40^oC.

Сущность заявляемого изобретения состоит в следующем.

В результате проведенных исследований было обнаружено, что предварительное введение азотной кислоты в загрязненную окрашивающими органическими примесями экстракционную фосфорную кислоту перед обработкой последней водным раствором перекиси водорода в заявляемом температурном режиме неожиданно позволило получить эффективное обесцвечивание исходной фосфорной кислоты (оптическое пропускание достигает уровня 70-90%) без введения каких-либо дополнительных катализаторов и сорбентов. При этом оптимальный, с точки зрения технического результата процесса, диапазон соотношений азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты был определен экспериментально.

Изучение механизма происходящего процесса в задачу исследований не входило, однако для сопоставления результатов были проведены эксперименты по раздельной обработке окрашенной экстракционной фосфорной кислоты каждым из упомянутых реагентов в отдельности. Опыты показали (см. оп. N 1 в табл. 1 и оп. NN 1 и 2 в табл. 2), что в этих случаях необходимая степень обесцвечивания не достигается.

Одновременное введение в раствор фосфорной кислоты азотной кислоты и перекиси водорода также оказалось нецелесообразным, так как приводило к сильному вспениванию реакционной массы и значительному перерасходу перекиси водорода.

На основании изложенного можно сделать вывод, что отмеченный выше эффект является следствием воздействия на реакционную систему именно совокупности заявляемых признаков.

Можно предположить, что в данном случае в результате химических взаимодействий происходит образование промежуточного соединения - надазотной кислоты, обладающей высокой окислительной активностью. Однако по литературным данным образование надазотной кислоты обнаружено лишь при взаимодействии безводной недиссоциированной азотной кислоты со 100%-ной перекисью водорода /Б.Некрасов, "Курс общей химии", Госхимиздат, 1956, стр. 374/.

Проведенные исследования позволили определить оптимальный диапазон заявляемого соотношения азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты. Результаты экспериментов приведены в таблицах 1 и 2.

Как следует из приведенных данных, оптимальный, с точки зрения достижения максимальной эффективности процесса, диапазон соотношения азотной кислоты, перекиси водорода и фосфорной кислоты составляет (0,0003-0,001) : (0,002-0,008) : 1.

При уменьшении подаваемого в реакционную систему количества азотной кислоты (табл. 1, оп. N 2) и перекиси водорода (табл. 2, оп. N 3) наблюдалось снижение величины оптического пропускания.

Превышение заявленных пределов приводит к неоправданному перерасходу реагентов, что отрицательно сказывается на экономичности процесса (табл. 1, оп. N 5 и табл. 2, on. N 7).

Как показали проведенные исследования, выявленный эффект обесцвечивания загрязненной органическими окрашивающими примесями фосфорной кислоты наблюдается при проведении операции обработки фосфорной кислоты перекисью водорода в режиме температур, начиная с 40^oC. В табл. 3 приведены экспериментальные данные, подтверждающие заявляемый режим. Выбор температурного режима определяется возможностями конкретного пользователя с точки зрения минимизации затрат на аппаратурное оформление процесса.

Ниже приведен пример конкретной реализации заявляемого способа.

Исследованиям подвергалась экстракционная фосфорная кислота концентрации - 71 мас.%, загрязненная органическими окрашивающими примесями, оптическое пропускание A = 28%.

В реакционную емкость, выполненную из стали X18H10T и снабженную "рубашкой" для нагрева и перемешивающим устройством, заливают 30 кг экстракционной фосфорной кислоты, затем вводят 30 г азотной кислоты в виде 60%-ого раствора, что обеспечивает соотношение азотной кислоты и фосфорной кислоты 0,001:1, перемешивают и нагревают до 40^oC. После этого вводят 150 г перекиси водорода, что соответствует соотношению перекиси водорода и фосфорной кислоты 0,005: 1, и проводят выдержку реакционной смеси в данном температурном режиме до визуального обесцвечивания. Время выдержки составило 0,5 часа. Величина оптического пропускания A составила 85%.

Результаты экспериментальных исследований по выявлению оптимальных режимов проведения заявляемого способа приведены в таблицах 1-3.

Таким образом, заявляемый способ успешно позволяет решить проблему создания высокоэкономичной экологически чистой технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей с точки зрения достижения оптимальных показателей процесса, минимизации затрат, а также обеспечения современных требований охраны окружающей среды.

Изобретение относится к способам очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей и может быть использовано в производстве фосфорной кислоты и ее солей, применяемых в различных отраслях промышленности, в том числе и в пищевой промышленности. Сущность изобретения заключается в способе очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, который включает предварительное введение азотной кислоты в экстракционную фосфорную кислоту с последующей обработкой последней водным раствором перекиси водорода при нагревании до температуры не менее 40^oC, при этом массовое соотношение азотной кислоты к перекиси водорода и фосфорной кислоте составляет (0,0003 - 0,001):(0,002 - 0,008):1. Способ успешно позволяет решить проблему создания высокоэкономичной экологически чистой технологии очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей с точки зрения достижения оптимальных показателей процесса, минимизации затрат, а также обеспечения современных требований охраны окружающей среды. 3 табл.

Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты от органических окрашивающих примесей, включающий обработку ее водным раствором перекиси водорода при нагревании, отличающийся тем, что предварительно в фосфорную кислоту вводят азотную кислоту в массовом соотношении к перекиси водорода и фосфорной кислоте (0,0003 - 0,001) : (0,002 - 0,008) : 1, а обработку перекисью водорода ведут при температуре не менее 40^oС.