Способ получения очищенного раствора нитрата кальция Российский патент 2024 года по МПК C01F11/36 C05C5/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способам получения нитрата кальция и может найти применение в химической промышленности для производства нитрата кальция специального назначения - для использования в качестве удобрения в тепличных хозяйствах, в химической/горнодобывающей промышленности или исходного реагента для получения чистых солей кальция.

Уровень техники

Широко распространенным реагентом для получения очищенного нитрата кальция является тетрагидрат нитрата кальция, выделяемый кристаллизацией из азотно-кислотной вытяжки в технологии азотно-кислотной переработки фосфатного сырья.

Известен способ очистки раствора нитрата кальция, полученного в процессе азотно-кислотной переработки апатита путем обработки его при температуре 70-85°С и рН суспензии 3,6-4,3 раствором карбоната аммония с последующим отделением осадка примесей фосфатов и фторидов. Способ позволяет получать осадок с низким содержанием карбоната кальция (0,7-2,2% мас), что облегчает его дальнейшую утилизацию в основном производстве: осадок добавляется к азотно-фосфорнокислому раствору перед стадией аммонизации или на стадию разложения апатита (патент РФ №1656831, опубл. 30.05.1994). Недостатком данного способа является крайне низкаяскорость фильтрации осадка примесей, что не позволяет достичь достаточно высокой производительности в производственных условиях.

Известен способ получения очищенного раствора нитрата кальция (патент РФ №2239601, опубл. 10.11.2004), сущность которого состоит в том, что раствор тетрагидрата нитрата кальция, выделенный из азотно-кислотной вытяжки в технологии азотно-кислотной переработки фосфатного сырья в сложные удобрения, обрабатывают карбонатом кальция или его водной суспензией при температуре выше 20°С, в качестве карбоната кальция используют твердый продукт обработки неочищенного раствора тетрагидрата нитрата кальция карбонатом аммония, обработку ведут до рН 3-5, предпочтительно 4,1-5,0; суспензию перед отделением осадка примесей дополнительно обрабатывают щелочным реагентом, предпочтительно гидроксидом кальция в виде его водной суспензии, до рН 6-8. Отделяют осадок примесей от целевого продукта, причем концентрацию нитрата кальция в очищенном растворе поддерживают в пределах 35-45 мас. %. Недостатком способа является образование осадка примесей - побочного продукта.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения очищенного раствора нитрата кальция и конверсионного карбоната кальция, который включает разложение апатита азотной кислотой, выделение нитрата кальция методом вымораживания, отделение кристаллов тетрагидрата нитрата кальция от азотнофосфорнокислого раствора фильтрованием, направление основного потока нитрата кальция на получение конверсионного карбоната кальция, обработку части раствора нитрата кальция карбонатным реагентом с последующим отделением осадка примесей фильтрованием и направлением его в производство конверсионного карбоната кальция (патент РФ №2507154, опубл. 20.02.2014). Осадок примесей обрабатывают раствором карбоната аммония и вместе с конверсионным карбонатом кальция направляют на сушку. Изобретение позволяет утилизировать осадок примесей, образующийся при очистке раствора нитрата кальция.

Недостаток способа заключается в том, что образующийся карбонат кальция содержит примеси фосфата и фторида кальция, что ограничивает область его применения.

Раскрытие сущности изобретения

Техническим результатом предлагаемого изобретения является использование осадка примесей в основном производстве, что позволяет вернуть ценные компоненты (фосфат кальция) и исключить образование отхода.

Технический результат в предлагаемом способе получения очищенного раствора нитрата кальция достигается путем, разложения апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами, выделения нитрата кальция методом вымораживания, отделения кристаллов тетрагидрата нитрата кальция от азотнофосфорнокислого раствора фильтрованием, растворения кристаллов тетрагидрата нитрата кальция, обработки/нейтрализации раствора нитрата кальция мелом с последующим отделением осадка примесей фильтрованием. Осадок примесей обрабатывают раствором азотной кислоты до рН 0-3 с последующей нейтрализацией раствором карбоната аммония с концентрацией 5-35% до значений рН 3-7 при температуре выше 20°С. Осадок фосфата кальция и фторида кальция отделяют фильтрацией и возвращают на стадию разложения апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами.

Пределы по значению рН при обработке осадка примесей раствором азотной кислоты обусловлены обеспечением достаточной степени перехода фосфатов в раствор.

При концентрации раствора карбоната аммония менее 5% происходит разбавление пульпы, верхний предел концентрации раствора карбоната аммония обусловлен растворимостью карбоната аммония в воде.

При значении рН на стадии нейтрализации кислого раствора карбонатом аммония менее 3 ед. не достигается полнота осаждения фосфата кальция, при рН более 7 ед. происходит разбавление осадка карбонатом кальция.

Температура выше 20°С необходима для обеспечения растворимости водорастворимых солей в системе.

Осуществление изобретения

Пример 1

При разложении апатитового концентрата азотной кислотой/оборотными азотнокислыми растворами, вымораживании, отделении и растворении кристаллов тетрагидрата нитрата кальция образуется 10 т кислого раствора нитрата кальция, который нейтрализуют мелом. При нейтрализации образуется осадок примесей, который отделяют фильтрованием. Фильтрат передают в производство безводного нитрата кальция. Осадок примесей в количестве 1 т распульповывают в воде и добавляют раствор азотной кислоты до рН 0. Степень перехода фосфатов в раствор составляет 100%. Далеек кислой пульпе осадка примесей добавляют раствор карбоната аммония с концентрацией 35% до значения рН пульпы, равного 3, при температуре 80°С для образования осадка фосфата и фторида кальция. Образующийся осадок фосфата кальция и фторида кальция в количестве 0,3 т отделяют фильтрованием, растворяют в азотной кислоте/оборотном азотнокислом растворе и направляют на узел разложения апатитового концентрата.

Пример 2

При разложении апатитового концентрата азотной кислотой/оборотными азотнокислыми растворами, вымораживании, отделении и растворении кристаллов тетрагидрата нитрата кальция образуется 15 т кислого раствора нитрата кальция, который нейтрализуют мелом. При нейтрализации образуется осадок примесей, который отделяют фильтрованием. Фильтрат передают в производство безводного нитрата кальция. Осадок примесей в количестве 1,5 т распульповывают в воде и добавляют раствор азотной кислоты до рН 2. Степень перехода фосфатов в раствор составляет 100%. Далее к кислой пульпе осадка примесей добавляют раствор карбоната аммония с концентрацией 15% до значения рН 5 пульпы при температуре 50°С для образования осадка фосфата и фторида кальция. Образующийся осадок фосфата кальция и фторида кальция в количестве 0,45 т отделяют фильтрованием, растворяют в азотной кислоте/оборотном азотнокислом растворе и направляют на узел разложения апатитового концентрата.

Пример 3

При разложении апатитового концентрата азотной кислотой/оборотными азотнокислыми растворами, вымораживании, отделении и растворении кристаллов тетрагидрата нитрата кальция образуется 20 т кислого раствора нитрата кальция, который нейтрализуют мелом. При нейтрализации образуется осадок примесей, который отделяют фильтрованием. Фильтрат передают в производство безводного нитрата кальция. Осадок примесей в количестве 2 т распульповывают в воде и добавляют раствор азотной кислоты до рН 3. Степень перехода фосфатов в раствор составляет 99%. Далее к кислой пульпе осадка примесей добавляют раствор карбоната аммония с концентрацией 5% до значения рН 5 пульпы при температуре 20°С для образования осадка фосфата и фторида кальция. Образующийся осадок фосфата кальция и фторида кальция в количестве 0,6 т отделяют фильтрованием, растворяют в азотной кислоте/оборотном азотнокислом растворе и направляют на узел разложения апатитового концентрата.

Изобретение относится к производству нитрата кальция, который используют в качестве удобрения в тепличных хозяйствах, в химической/горнодобывающей промышленности или исходного реагента для получения чистых солей кальция. Получение очищенного раствора нитрата кальция проводят путем разложения апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами. Нитрат кальция выделяют методом вымораживания. Отделяют кристаллы тетрагидрата нитрата кальция от азотнофосфорнокислого раствора фильтрованием и растворяют кристаллы тетрагидрата нитрата кальция. Обрабатывают раствор нитрата кальция мелом с последующим отделением осадка примесей фильтрованием. Осадок примесей обрабатывают раствором азотной кислоты с последующей нейтрализацией раствором карбоната аммония. Отделяют осадок фосфата и фторида кальция фильтрацией и возвращают на стадию разложения апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами. Обеспечивается использование осадка примесей в основном производстве, что позволяет вернуть ценные компоненты и исключить образование отхода. 2 з.п. ф-лы, 3 пр.

1. Способ получения очищенного раствора нитрата кальция, включающий разложение апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами, выделение нитрата кальция методом вымораживания, отделение кристаллов тетрагидрата нитрата кальция от азотнофосфорнокислого раствора фильтрованием, растворение кристаллов тетрагидрата нитрата кальция, обработку/нейтрализацию раствора нитрата кальция мелом с последующим отделением осадка примесей фильтрованием, отличающийся тем, что осадок примесей обрабатывают раствором азотной кислоты с последующей нейтрализацией раствором карбоната аммония, отделяют осадок фосфата и фторида кальция фильтрацией и возвращают на стадию разложения апатитового концентрата азотной кислотой или оборотными азотнокислыми растворами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осадок примесей обрабатывают раствором азотной кислоты до рН 0-3.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что нейтрализацию раствором карбоната аммония с концентрацией 5-35% проводят до значений рН 3-7 пульпы при температуре выше 20°С.