СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2000 года по МПК C01B25/46 

Описание патента на изобретение RU2149830C1

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации, фармацевтических препаратов, для производства огнеупоров, огнеупорных связующих, керамики, стекла, для очистки и полировки металлов, производства фосфатирующих концентратов и др.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфатов, содержит значительное количество примесей, для удаления которых используют ряд методов, одним из которых является метод жидкостной экстракции органическими экстрагентами.

Известен способ очистки ЭФК-методом жидкостной экстракции с использованием трибутилфосфата (ТБФ) /Гриневич А.В., Кармышев В.Ф. и др. Очистка ЭФК из апатитового концентрата экстракцией три-n-бутилфосфатом. - Хим. промышленность, N 7, 1986, с. 21 - 23/. Процессы экстракции и реэкстракции фосфорной кислоты осуществляют в смесителях-отстойниках ящичного типа в противотоке реагентов. Недостатком этого способа является невысокая эффективность, обусловленная невозможность одновременного повышения производительности и достижения оптимальной степени диспергирования фаз, вследствие чего аппарат приобретает большие размеры. Повышение температуры, которое необходимо для оптимизации протекающих процессов на стадиях экстракции и резкотракции в используемом аппарате, технически трудно с одной стороны, а с другой стороны из-за взрывоопасности используемых растворов ТБФ в керосине недопустимо повышение температуры реагентов выше 28oC.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является известный способ очистки ЭФК /Патент РФ N 2075436, кл. C 01 B 25/46, 30.09.94, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30 - 50oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фаз при температуре 40 - 80oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фазе с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и реэкстракции.

По этому способу на стадии экстракции устанавливают объемное соотношение органической и водной фаз (Vо:Vв), равное 3:1, процесс осуществляют в режиме пульсации с интенсивностью 400 - 1600 мм/мин при температуре 30 - 50oC. На стадии реэкстракции объемное соотношение органической и водной фаз поддерживают равным 4: 1, процесс осуществляют в режиме пульсации с интенсивностью 400 - 1600 мм/мин при температуре 40 - 80oC, при этом получают очищенную фосфорную кислоту с массовой концентрацией P2O5 35 - 41%, содержащую 400 - 600 частей Fe и 3500 - 6000 частей SO4 на млн. частей P2O5. Выход продукта не превышает 50%, удельный расход ЭФК составляет 2 т P2O5 на 1 т P2O5 в очищенной фосфорной кислоте.

Опыт работы по данному способу выявил ряд его основных недостатков.

Прежде всего качество полученной очищенной фосфорной кислоты по таким показателям, как железо и сульфаты, не позволяет использовать ее в производстве фосфорных солей пищевой квалификации без дополнительной очистки. Кроме того, недостаточно высокий выход продукта в условиях проведения известного процесса, не превышающий 50%, обуславливает образование в качестве побочного продукта значительного количества рафината, что увеличивает удельный расход ЭФК. Проведение процесса связано с повышенными энергозатратами (главным образом, электроэнергии и сжатого воздуха на пульсацию).

Нами поставлена задача улучшения качества очищенной фосфорной кислоты, увеличения выхода продукта, снижения удельного расхода сырья и энергоресурсов.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, включающим ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при температуре 30 - 50oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при температуре 40 - 80oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, в котором экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5 - 5,5):1, и числа ступени 1 - 6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при температуре 30 - 60oC продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции и взятой в количестве 25 - 65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты, содержащей 25 - 300 частей Fe и 250 - 2000 частей SO4 на млн. частей P2O5, часть которой возвращают в процесс на стадию промывки.

Основными отличиями предлагаемого способа являются:
- увеличение объемного соотношения органической и водной фаз до (2,5 - 5,5): 1 и проведение его в 1 - 6 ступеней, что позволяет интенсифицировать процесс экстракции.

- введение в процесс очистки ЭФК дополнительной стадии ступенчатой промывки экстракта, полученного на стадии экстракции, частью продукционной кислоты, полученной на стадии водной реэкстракции. Промывку проводят с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации и при температуре 30 - 60oC;
- проведение процесса реэкстракции в условиях, обеспечивающих получение продукционной кислоты более высокой степени чистоты, которая может быть использована в производстве фосфорных солей пищевой квалификации и фармацевтических материалов.

Для осуществления предлагаемого способа на стадиях экстракции, промывки экстракта и реэкстракции используют пульсационные колонны с оптимальным количеством ступеней контакта фаз на каждой стадии.

Сущность способа заключается в следующем.

На стадии экстракции ЭФК обрабатывают трибутилфосфатом в колонне. Реагенты движутся в режиме противотока. В рабочей зоне колонны происходит их смешение с образованием эмульсии под воздействием пульсации, в результате которого осуществляется массообмен по фосфорной кислоте между ЭФК и трибутилфосфатом. ТБФ экстрагирует H3PO4 из ЭФК (образуется экстракт), одновременно ЭФК обедняется по H3PO4 (образуется рафинат). Кроме основного компонента (H3PO4) ТБФ экстрагирует также примеси, содержащиеся в ЭФК, но в значительно меньшем количестве, чем H3PO4. Главная цель этой стадии как можно полнее провести экстракцию H3PO4 из ЭФК в экстрагент (ТБФ) с наименьшими энергозатратами, в частности за счет снижения расхода сжатого воздуха на пульсацию в результате уменьшения интервала значений интенсивности пульсации. Эффективность проведения стадии экстракции определяется параметрами, от значения величин которых зависит массообмен H3PO4, направленный из водной фазы в органическую: объемное соотношение органической и водной фаз, число ступеней контакта, интенсивность пульсации, температура.

Таким образом, экстракт, полученный на стадии экстракции, кроме H3PO4 содержит некоторое количество примесей, которые практически полностью переходят в очищенную фосфорную кислоту на стадии реэкстракции. Для того чтобы снизить содержание примесей в экстракте и улучшить качество кислоты, полученной из него, вводят в процесс дополнительную стадию - стадию промывки экстракта. Промывку проводят в таких условиях (число ступеней контакта, интенсивность пульсации, количество и концентрация промывной кислоты), чтобы максимально удалить примеси из экстракта в промывную кислоту, не вымывая при этом H3PO4. Одновременно качество выводимой со стадии промывки кислоты должно удовлетворять соответствующим требованиям, позволяющим использовать ее в производстве технических фосфорных солей.

Промытый экстракт обрабатывают водой в противотоке с целью максимально возможной реэкстракции H3PO4 в водную фазу. На этой стадии необходимо также создать условия (объемное соотношение фаз, число ступеней контакта, интенсивность пульсации, температура), обеспечивающие интенсивный массообмен H3PO4, направленный из органической фазы в водную, с одновременным получением очищенной фосфорной кислоты заявленного качества.

Условия проведения процесса очистки ЭФК на каждой стадии строго регламентированы и подобраны таким образом, чтобы получить максимальный эффект по достижению цели заявленного способа на отдельной стадии и всего процесса в целом. Обоснования выбранных интервалов заявляемых параметров приведены в табл. 1.

Сравнение предлагаемого способа с известным показывает, что он обладает рядом преимуществ, обеспечивающих процессу более высокие технические характеристики:
1. Интенсификация процесса экстракции, позволяющая увеличить выход продукции на 20 - 70%.

2. Уменьшение объема рафината как побочного продукта, используемого в производстве удобрений на 20 - 70%.

3. Снижение удельного расхода ЭФК на 15 - 41%.

4. Сокращение удельного расхода энергоресурсов: электроэнергии и сжатого воздуха в среднем на 35%.

5. Снижение себестоимости.

6. Возможность получения кислоты двух марок, из них, как минимум, 50% получается кислоты, в которой количество примесей железа по сравнению с аналогом снижено в 2 - 25 раз, а сульфатов - в 2 - 20 раз.

Способ проиллюстрирован примером, другие примеры осуществления способа представлены в табл. 2.

Пример. Очистке подвергают ЭФК, полученную из апатитового концентрата, предварительно очищенную от свободной серной кислоты, соединений фтора и твердых веществ и содержащую, мас.%: P2O5 50 - 54; Fe 0,25 - 0,4; SO4 0,25 - 0,5. В верхнюю часть экстракционной колонны подают 2329 кг/час ЭФК. Фосфорную кислоту из ЭФК экстрагируют ТБФ-ом при объемном соотношении фаз Vо:Vв = 3,4: 1 в 2,5 ступени противотоком. В рабочей зоне колонны создают режим пульсации с интенсивностью 300 мм/мин и поддерживают температуру 40oC. Из ЭФК извлекают 70% P2O5 и получают 1201 кг/час рафината, содержащего 28,5% P2O5. Рафинат смешивают с ЭФК, аммонизируют и получают стандартный аммофос.

6255 кг/час экстракта, содержащего 70% P2O5 от вводимого с ЭФК, обрабатывают в 3 ступени 946 кг/час продукционной кислоты, взятой со стадии реэкстракции в колонне в режиме пульсации с интенсивностью 500 мм/мин и температуре 45oC. 946 кг/час промывной продукционной кислоты, содержащей 37,9% P2O5, 600 частей Fe и 6000 частей SO4 на млн.частей P2O5, выводят со стадии промывки и непосредственно используют в производстве тринатрийфосфата или фосфатирующих концентратов марок КФ-1, КФ-2, КФА-8 и др.

Из промытого экстракта, содержащего 14% P2O5, водной реэкстракцией в колонне в режиме пульсации с интенсивностью 1200 мм/мин и температуре 50oC в 5 ступеней получают водный раствор очищенной кислоты в количестве 2102 кг/час, которая содержит 37,9% P2O5, 147 частей Fe и 1579 частей SO4 на млн. частей P2O5. 45% от общей массы очищенной кислоты возвращают в процессе на стадию промывки, 55% - упаривают до 53% P2O5 и отправляют потребителю для получения пищевого диаммонийфосфата.

Похожие патенты RU2149830C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2006
  • Гриневич Анатолий Владимирович
  • Мошкова Валентина Григорьевна
  • Кошкин Владимир Никандрович
  • Кержнер Александр Марткович
  • Гриневич Владимир Анатольевич
  • Онищук Зинаида Николаевна
  • Киселёв Андрей Алексеевич
RU2318725C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2002
  • Черненко Ю.Д.
  • Бродский А.А.
  • Гриневич А.В.
  • Корнева З.Н.
  • Мошкова В.Г.
  • Ракчеева Л.В.
  • Токмакова Т.В.
  • Родин В.И.
RU2214361C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2003
  • Гриневич А.В.
  • Левин Б.В.
  • Мошкова В.Г.
  • Корнева З.Н.
  • Токмакова Т.В.
RU2233239C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2004
  • Лембриков Владимир Михайлович
  • Коняхина Людмила Викторовна
  • Волкова Валентина Вячеславовна
  • Никитин Виктор Георгиевич
  • Маслюкова Светлана Николаевна
  • Ершова Серафима Михайловна
  • Афанасьева Лидия Гавриловна
  • Затыкина Татьяна Петровна
RU2275329C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2000
  • Гриневич А.В.
  • Корнева З.Н.
  • Мошкова В.Г.
  • Черненко Ю.Д.
  • Бродский А.А.
  • Левичев Н.А.
  • Левин Б.В.
  • Кошкин В.Н.
RU2174491C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2006
  • Гриневич Анатолий Владимирович
  • Мошкова Валентина Григорьевна
  • Кержнер Александр Марткович
  • Гриневич Владимир Анатольевич
  • Шавалиев Виталий Сергеевич
RU2301198C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2002
  • Лембриков В.М.
  • Коняхина Л.В.
  • Волкова В.В.
  • Никитин В.Г.
  • Королев А.Ю.
  • Ершова С.М.
RU2219125C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ЭКСТРАГЕНТА 2007
  • Гриневич Анатолий Владимирович
  • Мошкова Валентина Григорьевна
  • Кержнер Александр Марткович
  • Гриневич Владимир Анатольевич
  • Киселёв Андрей Алексеевич
  • Кузнецов Евгений Михайлович
RU2337060C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ЭКСТРАГЕНТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2002
  • Черненко Ю.Д.
  • Гриневич А.В.
  • Мошкова В.Г.
  • Корнева З.Н.
  • Бродский А.А.
RU2208577C1
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО ЭКСТРАГЕНТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2002
  • Черненко Ю.Д.
  • Гриневич А.В.
  • Мошкова В.Г.
  • Корнева З.Н.
  • Бродский А.А.
RU2208576C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 149 830 C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к способу получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, используемой в производстве фосфорных солей технической и пищевой квалификации. Сущность изобретения заключается в способе, который включает жидкостную экстракцию фосфорной кислоты из ЭФК трибутилфосфатом, проводимую при Vo : Vв - (2,5-5,5): 1 на 1-6 ступенях контакта, с образованием рафината и экстракта, стадию промывки последнего и стадию реэкстракции H3PO4 из экстракта в водную фазу с получением продукционной кислоты, содержащей 25-300 ч. Fe и 250-2000 ч. SO4 на млн ч. P2O5, часть которой возвращают в процесс на стадию промывки. Целесообразно процесс очистки проводить в колоннах в режиме пульсации с интенсивностью на стадии экстракции 100-600 мм/мин, на стадии промывки - 200-1200 мм/мин и на стадии реэкстракции - 400-1600 мм/мин. Рафинат используют в производстве удобрений, продукционную фосфорную кислоту, выводимую со стадии промывки - в производстве технических солей, со стадии реэкстракции - в производстве пищевых солей. Способ по изобретению позволяет улучшить качество очищенной фосфорной кислоты и увеличить выход продукта. 4 з.п. ф-лы, 2 табл.

Формула изобретения RU 2 149 830 C1

1. Способ очистки экстракционной фосфорной кислоты, включающий ступенчатую экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом при 30 - 50oC и реэкстракцию фосфорной кислоты из органической фазы при 40 - 80oC, которые осуществляются путем смешения водной и органической фаз с образованием эмульсии под воздействием воздуха в режиме пульсации, а также разделение водной и органической фаз после стадий экстракции и водной реэкстракции, отличающийся тем, что экстракцию проводят при объемном соотношении органической и водной фаз, равном (2,5 - 5,5) : 1, и числе ступеней 1 - 6, затем полученный экстракт подвергают ступенчатой промывке в режиме пульсации при 30 - 60oC продукционной кислотой, получаемой на стадии водной реэкстракции, и взятой в количестве 25 - 65% от ее общей массы, образованную эмульсию разделяют, отделенную промывную продукционную кислоту выводят, а экстракт обрабатывают на стадии реэкстракции водой до получения продукционной кислоты, содержащей 25 - 300 ч. Fe и 250 - 2000 ч. SO4 на млн ч. P2O5, часть которой возвращают в процесс на стадию промывки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс экстракции проводят в пульсационной колонне при интенсивности пульсации 100 - 600 мм/мин, а процесс промывки - при 200 - 1200 мм/мин. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что ступенчатую промывку экстракта осуществляют продукционной кислотой со стадии водной реэкстракции, содержащей 35 - 50% P2O5. 4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что промывку проводят в 2 - 5 ступеней. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс водной реэкстракции проводят в пульсационной колонне, имеющей 3 - 8 ступеней, при интенсивности пульсации 400 - 1600 мм/мин с получением продукционной кислоты с содержанием 35 - 45% P2O5.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2149830C1

RU 2075436 C1, 20.03.1997
Устройство для считывания координат с экрана электронно-лучевой трубки 1986
  • Бойчук Лилия Григорьевна
  • Туркинов Геннадий Александрович
  • Шклярский Владимир Иванович
SU1436115A1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ИНСТАНТ-ПОРОШКА ДЛЯ ЦИКОРНО-ПЕРСИКОВОГО НАПИТКА 2008
  • Квасенков Олег Иванович
RU2369211C1
DE 3246415 A1, 20.06.1984
Способ определения коэффициента диффузии в массивных изделиях из ортотропных капиллярно-пористых материалов 2024
  • Беляев Вадим Павлович
  • Беляев Максим Павлович
  • Беляев Павел Серафимович
RU2822303C1
Способ рафинирования фосфорной кислоты 1990
  • Ларин Валерий Константинович
  • Беляев Алексей Петрович
  • Соловьев Алексей Александрович
  • Шохин Владимир Николаевич
  • Гришин Сергей Игоревич
  • Калинин Андрей Вацлавович
SU1754652A1
Способ получения фосфорной кислоты 1980
  • Луи Винан
SU1526579A3
Способ реэкстракции фосфорной кислоты из трибутилфосфата 1986
  • Федорова Татьяна Николаевна
  • Шляпинтох Леонид Пинхосович
  • Любченко Татьяна Витальевна
  • Чулкова Эльвира Николаевна
SU1430344A1
Способ экстракции фосфорной кислоты из растворов 1973
  • Ласкорин Борис Николаевич
  • Голынко Захар Шмерович
  • Целищев Георгий Константинович
SU493430A1

RU 2 149 830 C1

Авторы

Гриневич А.В.

Корнева З.Н.

Коняхина Л.В.

Черненко Ю.Д.

Мошкова В.Г.

Бродский А.А.

Даты

2000-05-27Публикация

1999-10-12Подача