СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕННОГО БЕЛОГО ФОСФОРА Российский патент 2017 года по МПК C01B25/02 

Область применения

Изобретение относится к технологии переработки и обеззараживания фосфорного шлама и может быть использовано в химической промышленности при утилизации загрязненного белого фосфора, очистке его от механических предметов-загрязнителей.

Аналоги:

Известен способ извлечения фосфора из шлама // SU 1518296. Суть изобретения заключается в сорбции капель расплавленного фосфора путем контакта с сорбентом.

Недостатками известного способа являются необходимость использования значительного количества сорбента и невозможность полного извлечения фосфора из шлама, а также необходимость извлечения фосфора из массы сорбента, многостадийность процесса, загрязненность извлеченного фосфора попутными веществами.

Аналогичным по технической сущности к предлагаемому является способ извлечения фосфора из шламов путем обработки шламов 5-30% азотной кислотой при массовом соотношении шлама и кислоты 1:(0,6-1). Недостатком данного способа является невозможность извлечения фосфора из «бедных по содержанию фосфора шламов», содержащих 3-20% фосфора вследствие окислительных процессов, протекающих между азотной кислотой и попутными веществами-примесями, в результате чего углерод и фосфор всплывают на поверхность. Происходит вспенивание и возгорание фосфора.

Прототип

В качестве прототипа нами взят способ извлечения фосфора из шлама // SU 1518296. Суть способа-прототипа заключается в сорбции капель расплавленного фосфора путем контакта с сорбентом.

Критика прототипа

Недостатками способа-прототипа являются: использование значительного количества сорбента и невозможность полного извлечения фосфора из шлама, а также необходимость дальнейшего извлечения фосфора из массы сорбента, многостадийность процесса, загрязненность извлеченного фосфора попутными веществами.

Цель изобретения - способа это повышение эффективности способа извлечения загрязненного шламом белого фосфора для утилизации, обеспечение экологической безопасности, экономической выгоды, возможность извлечения белого фосфора, загрязненного различными видами и размерами частиц-загрязнителей из мест его складирования.

Сущность предлагаемого способа

Предлагаемый в качестве изобретения способ заключается в следующем: вода, нагретая до 65-70°C, подается по внешнему просвету двухпросветного гибкого шланга в емкость с загрязненным белым фосфором. При этом локально, по месту поступления струи нагретой воды, белый фосфор плавится, смешивается с водой и превращается в водно-фосфорную суспензию, одновременно происходит всасывание полученной водно-фосфорной суспензии в накопительную часть емкости, затем водно-фосфорная суспензия охлаждается, фосфор кристаллизуется и выпадает в осадок.

Предлагаемый способ основан на следующих свойствах белого фосфора:

Аллотропная модификация элементного фосфора - белый фосфор плавится при температуре 44,1°C, кипит при 280,5°C. Из всех аллотропных модификаций белый фосфор имеет наименьшую плотность (1,8 г/см³ при 20°C). Технический белый фосфор (желтый фосфор) - аморфная, похожая на пчелиный воск масса желтоватого или светло-коричневого цвета. Белый фосфор чрезвычайно огнеопасен. В присутствии кислорода воздуха белый фосфор легко самовоспламеняется. Температура самовоспламенения белого фосфора составляет около 30°C. Горение белого фосфора сопровождается образованием оксида фосфора P₂O₅ и выделением большого количества тепла. Теплота сгорания белого фосфора составляет - 24000 Дж/г. Пятиокись фосфора является гигроскопичным веществом, который поглощает влагу из атмосферного воздуха и образует ортофосфорную кислоту H₃PO₄. Формирование кислотного тумана делает случаи возгорания фосфора еще более опасными. Чтобы предотвратить бесконтрольное окисление и возгорание, белый фосфор хранят под водой, с которой он практически не реагирует. При длительном хранении в открытых емкостях отходы химического производства соединений фосфора и фосфорсодержащий шлам постепенно загрязняются посторонними предметами и частицами грязи, которые сами вследствие сорбции частиц белого фосфора становятся огнеопасными, что усложняет извлечение загрязненного белого фосфора для дальнейшей его переработки и утилизации. Тем более, в южных районах, при высокой температуре окружающей среды, особенно в летний период, происходит частичное плавление белого фосфора. Из-за высокой плотности, расплавленный фосфор как легко текучее вещество заполняет неровности и расщелины на дне. Для осуществления предлагаемого способа извлечения белого фосфора было собрано устройство в виде двухстороннего насоса, схема которого приведена на фиг. 1. Устройство представляет собой герметически закрытый с двух сторон фторопластовыми пробками пластмассовый цилиндр (поз. 1) объемом 150 мл, внутри которого перемещается фторопластовый поршень (поз. 2) при помощи штока (поз. 3), проходящего через фторопластовую пробку (поз. 8). Поршнем цилиндр делится на два отсека (поз. 4 и 5) с выходными отверстиями (поз. 6 и 7), к которым присоединяется двухпросветный гибкий шланг. Отводы цилиндра присоединяются с двухпросветным гибким шлангом так, что отвод отсека насоса (поз. 7) соединяется с внутренним просветом, а отвод отсека (поз. 6) - с внешним просветом шланга. Для осуществления предлагаемого способа движением поршня цилиндр заполняется водой, нагретой до 65-70°C.

Свободный конец двухпросветного гибкого шланга опускается на дно емкости с белым фосфором, загрязненным механическими примесями. Постепенно движением поршня нагретая вода из отсека насоса поз. 5 выталкивается в емкость, белый фосфор плавится, под действием напора воды смешивается с нагретой водой и образуется водно-фосфорная суспензия. По мере откачки воды внутри другого отсека насоса (поз. 4) создается низкое давление, что приводит к всасыванию внутренним шлангом водно-фосфорной суспензии в цилиндр (поз. 4).

Из-за двухпросветной конструкции шланга за счет теплообмена внешнего и внутреннего просветов через стенку внутреннего шланга в трубопроводе держится высокая температура воды и фосфор внутри шланга остается жидким.

Пример 1. В круглодонную колбу под слоем воды объемом 15-20 мл помещается 2 г белого фосфора. Насос для извлечения белого фосфора заполняется водой, нагретой до 65-70°C. Свободный конец двухпросветного шланга отпускается на дно колбы. Постепенно из одного отсека поршнем вода выталкивается в колбу. Под действием нагретой воды фосфор плавится и полученная водно-фосфорная суспензия внутренним шлангом всасывается в другой отсек цилиндра.

Пример 2. Выполняется так же, как первый пример, но со следующей разницей: к загрязненному белому фосфору в колбе добавляются механические примеси в виде щебня из раздробленной горной породы. В цилиндр всасывается расплавленный белый фосфор и мелко дисперсные частицы измельченной горной породы.

Признаки изобретения, отличительные от прототипа

Прототип:

1) использование значительного количества сорбента,

2) необходимость дальнейшего извлечения фосфора из массы сорбента,

3) многостадийность процесса,

4) загрязненность извлеченного фосфора попутными веществами,

5) происходит сорбция капель расплавленного фосфора путем контакта с сорбентом.

Изобретение

1. Подается вода, нагретая до 65-70°C, по внешнему просвету двухпросветного гибкого шланга в емкость с загрязненным белым фосфором;

2. По месту поступления струи нагретой воды белый фосфор плавится, смешивается с водой и превращается в водно-фосфорную суспензию, при этом одновременно происходит всасывание полученной водно-фосфорной суспензии в накопительную часть емкости;

3. Затем водно-фосфорная суспензия охлаждается, фосфор кристаллизуется, выпадает в осадок.

Положительный эффект от использования предлагаемого способа

Положительный эффект от применения предлагаемого способа заключается в повышении эффективности способа извлечения загрязненного шламом белого фосфора для утилизации, обеспечении экологической безопасности, достижении значительной экономической выгоды, возможности извлечения белого фосфора, загрязненного различными видами и размерами частиц-загрязнителей, из мест его складирования, простоте выполнения способа.

Информация, принятая во внимание:

Способ извлечения фосфора из шлама // SU 1518296 – прототип.

Изобретение относится к технологии переработки и обеззараживания фосфорного шлама и может быть использовано в химической промышленности при утилизации загрязненного белого фосфора, очистке его от механических предметов-загрязнителей. Способ осуществляется путем подачи насосом воды, нагретой до 65-70°С, по внешнему просвету двухпросветного гибкого шланга в емкость с загрязненным белым фосфором. При этом белый фосфор плавится при смешивании с водой и превращается в водно-фосфорную суспензию. Одновременно происходит всасывание полученной водно-фосфорной суспензии в накопительную часть насоса, где фосфорсодержащая суспензия охлаждается, белый фосфор кристаллизуется и выпадает в осадок. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности извлечения загрязненного шламом белого фосфора для утилизации, обеспечении экологической безопасности и возможности извлечения белого фосфора, загрязненного различными видами и размерами частиц-загрязнителей, из мест его складирования. 1 ил., 2 пр.

Способ извлечения загрязненного белого фосфора, отличающийся тем, что в емкость с загрязненным белым фосфором насосом подают воду, нагретую до 65-70°С, по внешнему просвету двухпросветного гибкого шланга, при этом белый фосфор плавится, смешивается с водой и превращается в водно-фосфорную суспензию, одновременно происходит всасывание полученной водно-фосфорной суспензии в накопительную часть насоса, где фосфорсодержащая суспензия охлаждается, белый фосфор кристаллизуется и выпадает в осадок.