СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2004 года по МПК C01B25/234 

Описание патента на изобретение RU2229435C1

Изобретение относится к способу получения очищенной концентрированной ортофосфорной кислоты из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов.

Использование экстракционной фосфорной кислоты для получения вышеуказанных целевых продуктов связано с необходимостью очистки ЭФК от примесей, которые затрудняют проведение технологических процессов и не позволяют получать целевые продукты заданного качества с высоким выходом.

Известен способ получения фосфорной кислоты, включающий обессульфачивание экстракционной фосфорной кислоты солями кальция, жидким органическим экстрагентом с последующим концентрированием и отдувкой фтора и остаточных органических соединений (патент РФ №2128623, кл. С 01 В 25/234. Заявл. 27.05.98, опубл. 10.04.99, бюл. №10).

По этому способу экстракционную фосфорную кислоту очищают от примесей природного происхождения жидкостной экстракцией трибутилфосфатом, далее извлекают фосфорную кислоту из трибутилфосфата (ТБФ) водой, концентрируют ее до 60-85% Н3РO4 при 80-95°С.

Недостаток данного способа состоит в том, что очистка осуществляется только по одному компоненту - фтору до остаточного содержания F<0,005%, что еще не соответствует пищевым кондициям.

Известен также способ получения очищенной ортофосфорной кислоты, включающий очистку ее жидким органическим растворителем, доочистку при одновременном концентрировании путем прямого контакта очищенной кислоты с газообразным теплоносителем в режиме пенного слоя с отдувкой фтористых соединений и циркуляции через него очищенной кислоты. По этому способу кислоту дополнительно пропускают через слой твердого адсорбента в интервале температур 20-100°С при мольном соотношении адсорбент:кислота, равном 1:(5-10) соответственно, чередуя стадии отдувки и адсорбции, причем адсорбент предварительно обрабатывают слабым раствором фтористоводородных кислот. Адсорбцию проводят либо до стадии контакта кислоты с газообразным теплоносителем, либо после нее, а в качестве фтористоводородных кислот используют абсорбционный раствор, который получают при абсорбции фторгазов, выделяющихся в системе, с водой.

К недостаткам этого способа следует отнести прежде всего применение органического экстрагента, сложность процесса связанного с этим, а также экологические проблемы, связанные с утилизацией и регенерацией органического экстрагента (ТБФ) (Патент №2200702, кл. С 01 В 25/234, 2003 г.).

Наиболее близким к описываемому является другой известный способ получения очищенной фосфорной кислоты, включающий обессульфачивание ее соединениями стронция при повышенной температуре и последующие осветление с отделением твердой фазы отстаиванием.

По этому способу в экстракционную фосфорную кислоту, содержащую 57,5-64% Р2O5 и 0,3-3% SO4, соединения стронция вводят в количестве, необходимом для достижения соотношения Sr2+:SO2-4

в кислоте, равном 0,82-1,05, а перемешивание ведут в течение 0,5-1 ч с последующим отстаиванием в течение 50-100 ч. В качестве соединений стронция берут карбонат стронция, гидроокись или фосфат стронция и температуру обработки поддерживают в интервале 70-80°С.

Недостатком способа является то, что очистка до пищевых кондиций осуществляется только по SO2-4

, в то время от фтора удается очистить только до 0,03-0,2%, а количество взвесей, содержащих ионы Fe, Al, SiO2, Pb, As, составляет - 0,05-1,0% (Патент РФ №2194667, кл. С 01 В 25/234, 2001 г.).

Нами поставлена задача при максимальном упрощении процесса и соблюдении его экологии значительно снизить концентрации F, SO2-4

, Fe3+, Аl3+ до пищевых кондиций.

Поставленная задача решена в предложенном способе получения очищенной фосфорной кислоты, включающем обессульфачивание ее соединениями стронция при повышенной температуре и последующие осветление с отделением твердой фазы отстаиванием. По предложенному способу исходную фосфорную кислоту сначала смешивают с серной кислотой, взятой в количестве, необходимом до содержания в исходной кислоте 3-6% SO2-4

концентрируют полученную смесь при отдувке соединений фтора, одновременно адсорбируют на твердых носителях, а затем обессульфачивают при соотношении Sr2+/SO2-4
=1,07-1,2, причем все стадии процесса ведут при температуре 96-105°С. Исходную кислоту берут с концентрацией 38-53% Р2О5, а соли стронция вводят в виде водной суспензии.

Сущность способа заключается в следующем. По данному способу в исходную фосфорную кислоту дополнительно вводят серную кислоту до содержания в ней 3-6% SO2-4

.

В экстракционной фосфорной кислоте фтор находится в виде сложных соединений:

1. Кремнефтористоводородная кислота - Н2SiF6

2. Фторфосфорные кислоты - H2PO3F, H2PO2F2

3. Комплексные фториды F, Al, устойчивые к разложению и удалению из ЭФК их компонентов - FeFx+3-x

, AlFx+3-х
.

Введение в фосфорную кислоту серной кислоты способствует резкому увеличению общего давления паров фтористых соединений над раствором. Серная кислота обладает сильными водоотнимающими свойствами, связывая воду и способствуя образованию фторфосфорных кислот, что приводит к увеличению диссоциации SiF6 до легколетучих HF и SiF4. Серная кислота за счет понижения общего рН фосфорнокислотных растворов приводит также к увеличению диссоциации и уменьшению валентности комплексных (F, Al) соединений по схеме:

что приводит к резкому увеличению сорбируемости соединений F и Al твердыми сорбентами (активированными углями) и дополнительному выделению в газовую фазу и удалению из системы HF.

Кроме того, серная кислота значительно снижает вязкость фосфорной кислоты, способствуя ускорению транспорта из жидкой фазы в газовую летучих компонентов и в твердую фазу, сорбирующихся компонентов.

При этом содержание серной кислоты должно быть регламентировано и зависит от качества и концентрации исходной фосфорной кислоты. Если ее количество будет ниже указанного предела, то ожидаемый эффект не будет достигнут, если ее количество будет больше указанного предела, то значительно увеличится коррозия оборудования. Большую роль играет и последовательность операций: совмещение отдувки и концентрирование с адсорбцией на твердом сорбенте и проведение их перед обессульфачиванием солями стронция, а также проведение процесса при одинаковой температуре. Удаление сульфатов до пищевых норм из кислоты осуществляется на последнем этапе, когда серная кислота уже проявила свое позитивное влияние. При этом заданные температуры процесса и снижение вязкости кислоты ускоряют процессы осаждения сульфатов стронция и отстаивания суспензии.

Увеличение дозы Sr2+ сверх стехиометрического по отношению к SO2-4

позволяет дополнительно соосадить в твердую фазу F, Fe, Al. Снижение содержания Pb, As в кислоте является неочевидным и неожиданным эффектом в данном способе и может объясняться как увеличением сорбируемости этих соединений на адсорбентах при увеличении содержания серной кислоты, так и соосаждением в твердую фазу при обессульфачивании за счет увеличения дозы Sr2+.

Наконец, введение солей стронция в виде водной суспензии устраняет диффузионный фактор при смешении компонентов и, как следствие, ускоряет процесс.

Данный способ предполагает возможность использования коагулянта после процесса осаждения, что укрупняет и уплотняет осадок и улучшает его отделение от раствора центрифугированием, декантацией, либо фильтрацией.

Таким образом использование предложенного способа позволит получить очищенную фосфорную кислоту, сопоставимую с термической кислотой (ГОСТ - 10678-76, Марка А (пищевая) - см. табл.1).

Кроме того, способ при практически полной ее очистке позволяет избежать применения органического экстрагента, а следовательно, снимает проблемы, связанные с его утилизацией и регенерацией, а также к загрязнению готовой продукции органическими соединениями. Технологическое оформление способа значительно упрощается, снижается пожароопасность производства.

Способ проиллюстрирован следующими примерами.

Пример 1. Экстракционную фосфорную кислоту с содержанием 38% P2O5, F~1,4-1,9%; SO3 ~ 1,4-1,5%; Fе2О3 ~ 0,4-0,6%; в количестве 100 кг смешивают с серной кислотой, взятой в количестве 3 кг (моногидрат). Содержание SO2-4

составляет в смеси 3%.

Затем смесь кислот подают на стадию отдувки фтористых соединений и концентрирование в верхнюю часть аппарата тарельчатого типа, работающего в пенном режиме, куда поступают топочные газы с температурой 400°С. Для улучшения гидролиза фторфосфорной кислоты в составе ЭФК рекомендуется в качестве теплоносителя использовать парогазовую смесь. Удаление воды и легколетучих фтористых содинений осуществляется при многократной циркуляции кислоты через тарельчатую колонну.

Одновременно циркулирующая кислота проходит через колонну, заполненную твердым адсорбентом (например, уголь марки БАУ). Таким образом, тарельчатый аппарат замкнут в единый циркуляционный контур с концентратором-дефторатором. Температура на этих стадиях процесса составляет 96°С.

В присутствии серной кислоты скорость удаления фтористых соединений возрастает. В результате получают очищенную фосфорную кислоту, содержащую F- ≤ 0,001%. Получаемая кислота практически бесцветна. Из циркуляционного контура кислоту подают в бак-реактор с мешалкой, куда одновременно дозируют карбонат Sr в виде водной суспензии с Т:Ж=1:1. Количество стронция в суспензии - 3,16 кг. Соотношение Sr2+/SO2-4

=1,07. При этом одновременно удаляются и остаточный F, Fe, Pb, As в твердую фазу. Осаждение проводят при перемешивании и той же температуре, что и предыдущие стадии. Осветление суспензии осуществляли в течение 12 ч в присутствии коагулянта. В результате получают бесцветную пищевую ОФК, содержащую 53% P2O5 (73,1% Н3РO4). Состав полученной кислоты представлен в таблице.

Результаты остальных опытов и качество полученного продукта представлены в нижеследующей таблице.

Похожие патенты RU2229435C1

название год авторы номер документа
УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ОБЕСЦВЕЧИВАНИЯ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2006
  • Кочетков Сергей Павлович
  • Тихонов Сергей Валентинович
  • Малахова Надежда Николаевна
  • Парфёнов Евгений Петрович
  • Никитин Виктор Георгиевич
  • Буркова Марина Николаевна
RU2311342C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2002
  • Смирнов Н.Н.
  • Кочетков С.П.
  • Хромов С.В.
  • Ильин А.П.
  • Лембриков В.М.
  • Малахова Н.Н.
  • Парфенов Е.П.
  • Пудовкина Т.Н.
RU2200702C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2023
  • Тихонов Сергей Валентинович
  • Стрельцов Дмитрий Александрович
  • Коробов Андрей Владимирович
  • Заяц Геннадий Николаевич
RU2808885C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2008
  • Смирнов Николай Николаевич
  • Пухов Илья Геннадьевич
  • Семенов Андрей Дмитриевич
  • Ильин Александр Павлович
  • Гордина Наталья Евгеньевна
  • Кочетков Сергей Павлович
RU2388687C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2022
  • Смирнова Дарья Николаевна
  • Смирнов Николай Николаевич
  • Гришин Илья Сергеевич
  • Артамонов Александр Владимирович
RU2793236C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 1998
  • Гриневич А.В.
  • Кочетков С.П.
  • Парфенов Е.П.
  • Лембриков В.М.
  • Малахова Н.Н.
  • Никитин В.Г.
  • Катунина А.Б.
RU2128623C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2000
  • Бушуев Н.Н.
  • Черненко Ю.Д.
  • Классен П.В.
  • Казак В.Г.
RU2170700C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2001
  • Бушуев Н.Н.
  • Ракчеева Л.В.
  • Коваль В.И.
  • Классен П.В.
  • Казак В.Г.
  • Кочетков С.П.
  • Лембриков В.М.
  • Парфенов Е.П.
  • Кладос Д.К.
RU2194667C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИФОСФАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОЧИЩЕННОЙ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2005
  • Кочетков Сергей Павлович
  • Лембриков Владимир Михайлович
  • Малахова Надежда Николаевна
  • Жохова Татьяна Николаевна
  • Тихонов Сергей Валентинович
  • Буркова Марина Николаевна
  • Гордеева Наталия Сергеевна
  • Перевалов Тимофей Юрьевич
RU2285663C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО ДИАММОНИЙФОСФАТА ИЗ ОЧИЩЕННОЙ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2004
  • Кочетков Сергей Павлович
  • Лембриков Владимир Михайлович
  • Левин Борис Владимирович
  • Аккуратов Николай Константинович
  • Малахова Надежда Николаевна
  • Чумак Вячеслав Трофимович
  • Жохова Татьяна Николаевна
  • Буркова Марина Николаевна
  • Парфёнов Евгений Петрович
RU2277509C1

Реферат патента 2004 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ

Изобретение относится к способам получения очищенной концентрированной фосфорной кислоты из экстракционной фосфорной кислоты, которая может быть использована в производстве технических, кормовых и пищевых фосфатов. Способ включает введение в ЭФК (38-53% Р2О5) серной кислоты до содержания 3-6 мас.% с последующей операцией одновременного концентрирования, отдувки фтористых соединений и адсорбции других примесей на твердых адсорбентах, которую осуществляют в едином циркуляционном контуре (концентратор-дефторатор – адсорбционная колонна – сборник ЭФК) при температуре 96-105°С. В конце процесса остаточное содержание сульфатов снимают введением в фосфорную кислоту соединений стронция в количестве, обеспечивающем соотношение Sr2+/SO2-4

в кислоте, равное 1,07-1,2, при этом соединения стронция вводят в виде водной суспензии, а стадию осаждения осуществляют при той же температуре, что и все предыдущие стадии. Способ позволяет снизить концентрацию соединений фтора, кремния, железа, алюминия, серы, свинца и мышьяка до норм, предусмотренных ГОСТом на пищевую термическую фосфорную кислоту, и упростить технологическую схему путем исключения из нее операций очистки органическими экстрагентами. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 229 435 C1

1. Способ получения очищенной фосфорной кислоты, включающий обессульфачивание ее соединениями стронция при повышенной температуре и последующее осветление с отделением твердой фазы отстаиванием, отличающийся тем, что исходную фосфорную кислоту сначала смешивают с серной кислотой, взятой в количестве, необходимом до содержания в исходной кислоте 3-6% SО2-4

, концентрируют полученную смесь при отдувке соединений фтора, одновременно адсорбируют на твердых носителях, а затем обессульфачивают при соотношении Sr2+/SO2-4
=1,07-1,2, причем все стадии процесса ведут при температуре 96-105°С.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходную кислоту берут с концентрацией 38-53% Р2О5, а соли стронция вводят в виде водной суспензии.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2229435C1

СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2001
  • Бушуев Н.Н.
  • Ракчеева Л.В.
  • Коваль В.И.
  • Классен П.В.
  • Казак В.Г.
  • Кочетков С.П.
  • Лембриков В.М.
  • Парфенов Е.П.
  • Кладос Д.К.
RU2194667C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 1998
  • Алексеев А.И.
  • Коваль В.И.
  • Перевалов Ю.Д.
  • Ракчеева Л.В.
  • Цибульник А.В.
RU2131842C1
Способ очистки фосфорной кислоты 1984
  • Валовень Вадим Иванович
  • Хохлова Людмила Александровна
  • Михайлов Валерий Игоревич
  • Гаврилюк Леонтий Михайлович
  • Легеза Вячеслав Михайлович
  • Николайчук Петр Михайлович
  • Дахновский Владимир Степанович
  • Бинштейн Арон Бениаминович
  • Шатаров Василий Андреевич
  • Мазур Николай Иванович
  • Корбут Эдуард Иосифович
SU1237631A1
DE 3202659 A, 04.08.1983
US 3442609 A, 06.05.1969.

RU 2 229 435 C1

Авторы

Кочетков С.П.

Смирнов Н.Н.

Хромов С.В.

Лембриков В.М.

Парфенов Е.П.

Малахова Н.Н.

Ильин А.П.

Бушуев Н.Н.

Никитин В.Г.

Даты

2004-05-27Публикация

2003-07-31Подача