Способ извлечения фосфора из шлама Советский патент 1983 года по МПК C01B25/02 

СП

оX) 10 Изобретение относится к фосфорной промышленности, а именно к способам извлечения фосфора из фосфорных шламов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ извлечения фосфора из фосфорсодержащих шламов, включающий нагревание шлама в закрытом аппарате при давлении ниже атмосферного до испарения воды. Процесс обезвоживания проводят в две стадии: сначала осуществляют предварительное обезвоживание фосфорного ишама, а затем отделение твердых примесей из расплава. На первой стадии фосфорный шлам при давлении ЗОО40О мм рт.ст (40-52,5 кПа) нагревают до температуры умеренно выше точки кипения воды и выдерживают при этой температуре до удаления основной массы воды (температура 75-8О С), что состав ляет 348-358°К. На второй стадии удаляют остатки воды при давлении 20 мм рт.ст. (2,67 кПа). После обезвоживания из жидко-текучего расплава удаляют твер дые примеси любым способом, например, фильтрацией. Длительность процесса обезвоживания зависит от количества фосфорного шлама и содержания в нем воды. Например, для обезвоживания 35 т фосфорного шлама, содержащего 35 вес.% воды, необходимо время 120 ч fl . Недостатками известного способа являются невысокая степень чистоты продукта и невысокая,степень извлечения фосфора. Использование режима кипения на первой стадии процесса обезвоживания приводит к частичному разрушению структуры шлама. Однако отсутствие раз бавления шламов и уменьшение соотношения воды к твердым примесям по мере удаления воды, приводит к низкой степени извлечения фосфора на этой стадии до 5О%, вследствие повышения адгезии твердых примесей к фосфору, а получаемая частота фосфора (до 98%) не соответствует товарному продукту. Более высокая величина адгезии твердых частиц к фосфору в безводном шламе затрудняет отделение твердых примесей из расппава фосфора, например, фильтрацией, jo Сохранение структурности и повышение вязкости безводного шлама затрудняет его транспортировку и переработку другими известными способами, кроме последующей перегонки фосфора при повышенных температурах. Кроме того, недостатками этого способа являются высокие энергетические затраты связанные с полным удалением из шлама воды и J5 S2 ольшая длительность процесса обезвожиания. Цель изобретения - увеличение степени извлечения фосфора и повышение ст. ени его чистоты. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу извлечения фосфора КЗ шлама, включающему, нагревание его с последующим отделением фосфора от твердого остатка, в шлам предварительно вводят воду и нагревание ведут в режиме кипения, поддерживая количество воды постоянным. При этом воду берут в весов соотношении к твердым примесям шлама, равным Ж : Т (1,4-5,2) : 1, температуру поддерживают не менее 315-32ОК и v смесь перюмешивают со скоростью 4О- 500 об/мин в течение 1-12 ч. Отделение твердых примесей и извлечение фосфора прводят непосредственно в режиме кипения воды в шламе, что позволяет повысить степень извлечения фосфора до 99,0% и увеличить степень чистоты продукта до 99,7%. Выдержка фосфорного шлама в режиме кипения воды, если ее содержание в шламе поддерживать постоянным, приводит к разрушению структуры шлама. Твердые примеси, адсорбированные на поверхности фосфора, понижают поверхностное натяжение воды на границе раздела фаз фосфор -г вода. В условиях кипения зарождения пузырьков пара с наибольшей термодинамической вероятностью возникает на поверхности капель фосфора и вызывает отделение от фосфора гидратированных твердых примесей. Полное разрушение структуры шлама достигается при выдержке шлама в режиме кипения в течение 1-12 ч. Длительность выдержки определяется иоходным вещественным составом шлама. При содержании фосфора более 8О мас.% и твердых примесей менее 4 мас.% фосфорный шлам необходимо выдерживать в течение 1 ч. При содержании 32,6 мас.% фосфора и 25 мас.% твердых примесей для извлечения фосфора необходимо выдерживать шлам в режиме кипения в течение 12 ч. Перемешивание и флотация пузырьками пара препятствует вторичной адсррбции твердых частиц на поверхности фосфора и обеспечивает их вынос в надшламовый слой воды. Удаление твердых примесей из фазовых прослоек, способствует коалесценции капель фосфора и их осаждение в нижней части реактора. Установлено, что для удовлет- вортггельной степени извлечения н чистоты фосфора необходимо поддерживать в совое соотношение воды к твердым примесям равное (5,6-9,5);. Такое соотношение достигается путем добавления воды в весовом соотношении к твердым примесям; равным (1,4-5,2) :1. При до давлении воды в соотношении меньш «1 1,4 :1 степень взвлечения фосфора резко снижается. Добавление воды в соотношеНИИ более 5,2:1 неаелесообразно, так как при этом соотношении достигается полно выделения фосфора и дальнейшее разбавление приводит только к снижению производительности перера(х)тки шлама в реакторе. Постоянное содержание воды в шламе поддерживают путем конденсации паров воды в обратном холодильнике и возвращения их в реактор. Это позволяет , снизить нижний предел температурного интервала осуществления способа до 315320°К при соответствующих ему давл&ниях, так как при снижении температуры уменьшаются потери фосфора вследствие его окисления, в паровой фазе водой. Meханическое перемешивание интенсифицируе процесс разделения фосфорного шлама. Оптимальным режимом перемешивания мешалкой является ЮО-2ОО об./мин. При режиме перемешивания ниже 40 об/ми интенсивность процесса извлечения фоофора сравнима с интенсивностью процесса без перемешивания. При числе оборотов мешалки свыше 500 уменьшается степень извлечения фосфора в нижний слой из-за вторичного Эмульгирования. Пример 1. Извлечение фосфора ведут по известному способе. Гранулированный фосфорный шлам, содержащий 45,6 мас.% фосфора, 6,2 мас.% твердых примесей vt 48,2 мас.% воды помещают в закрыт5гю емкость. Затем фосфорный шлам нагревают до 348°К и под давлением 40,4 кПа проводят обезвоживание шлама в режиме кипения воды при посто янной температуре. Процесс ведут до пре1Срашения кипения воды. Остатки воды удаляют при и давлении 5,3 кПа Длительность процесса каждого обезвожи вания при навеске шлама, равной 50 г составляет 9 ч 4О мин. Часть фосфора из Ьлама выделяется в нижний слой, а основная часть шлама представляет вязкую, нерастекающуюся массу. По окончании опыта фосфорный шлам заливают водой с температурой 348°К и отделяют нижний слой фосфора. Степень извлечения фосфора составляет 38,3% при чиототе фосфора 98,6%. Пример 2. Фосфсфный шлем по примеру 1 помещают в закрытую емкость с обратным холодильником под зашит- . ный слой воды. Шлам нагревают до и снижают давление до 40,4 кПа. Пары фосфора и воды конденсируют в обратном холодильнике и возвращают в реактор. Перемешиваше проводят ори 100об./мив. Длительность нагревания при вавеске шлема в 5О г равняется 1 ч 40 мин. После нагревания отделяют нижний спой фосфора. Степень извле №ния фосфора составляет 98,2%, а чистота фосфора 99,6%. Сравнительные данные результатов опытов показывают, что-степень извлечения фосфора в процессе обезвоживания по известному способу составляет 38% а чистота фосфора равная 98,6%, что не соответсивует требуемой чистоте товарного продукта, равной 99,7%. Пример 3. Фосфорный шлам навеской в 5О г помещают в реактор с обратным холодильником и нагревают до 34СРК при интенсивности перемешивания ЮО об/мин. Понижают давление в реакторе до 30-34 кПа. Пары фосфора и воды конденсируют в обратном холодильнике и возвращают в реактор. После выдержки шлама в режиме кипения при 340°К и давлении ЗО-34 кПа в течение 2 ч отделяют нижний слой фосфора. Результаты извлечения фосфора вз шламов с различным вещественным составом при постоянней объеме воды без дополнительного введения воды в шлам приведены в табл. 1. Как видно из табл. 1 без дополнитель ного введения воды в шлам степень ts3влечения фосфора недостаточно велика в колеблется от О до 8О%. Обоснование пределов параметра Ж:Т для вводимой в шлам воды подтверждается рядом опытов проведенных по-: лримеру 4, результаты которых 1цредставлень1 в табл. 2. Пример 4. Фосфорный шлам, со держащий 8О,5% фосфора, 16,1%-воды, 3,4% твердых примесей (шлам 2 примера 3) разбавляют водой при 1юремешивании. Процесс извлечения фосфора осуществл51ют по примеру 3. Как видно из табл. 2 повышение ст пени чистоты фосфора и увеличение степени извлечения фосфора достигается при поддержании параметра Ж: Т, равном (1,4-5,2):. Влияние времена выдержки шлама в режиме кипения воды в зависимости от состава шлама указано в примерах 5 и 6.

Пример 5. ФосфорвйЯ шлам, cxwepjkanmfl ВО,5% фосфбрй 3,5% твердых примесей и 15,6% вощл навеской в . 5О г разбавляют, водой в весовой соот isomeHffis 3,О9:1, что составляет весовое соотношение воды к твердым примесям, равшэе 7,О9:1. Процесс осуществляют по прюлеру 3. Через определенные про межуткн времени с помощью капиляра отбирают фосфор из нижнего слоя и взве шивают. Результаты опыта в зависимости от длительности процесса представлены в табл. 3. .

Пример 6. Фосфорный шлам, содержащий 42,8% фосфора, 13,5% твер дых примесей и 43,7% воды (шлам 4 то примера 3) разбавляют в веcostXA соотношении к твердьш примесям, равном 3,76:1. Посэте разбавления весовое соотношение воды к твердым примесям составляет 7,0:1. Процесс осуществляют по примеру 5. Результаты . опыта в зависимости от длительности процесса представлены в табл. 4.

Влияние перемешивания на интенсивность извлечения фосфора показано в пр мере 7.

Пример 7. Фосфорный шлам, содержащий 8О,5 масД фосфора, 3,9 мас.% твердых примесей и 15,6мас.% навеской в 50 г разбавляют водой в соотношении 3,09:1. Процесс извлечения фосфора проводят по примеру 5 при перемешивании 100 об./мин и без перемешивания до полнозто извлечения фосфора Данные опыта представлены в табл. 5.

Использование предлагаемого способа позволяет достичь степень извлечения фосфора до 98,7-99,7%, степень чистоты фосфора до 99,7%, а также осуществить процесс в одну технологическую стадию и уменьшить энергетические затраты.

Таблица

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ФОСФОРА ИЗ ШЛАМА, включающий, вагреванве его с последуюпшм отделением от твердого остатка, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечеиия и степени чистоты продукта, в шлам предварительво вводят воду и иагреваиие ведут в режиме квоюния, поддерживая количество воды постоянным. 2. Способ поп.1,отличаю« щ и и с я тем, что воду берут в весовом соотношении к твердым примесям шлама, равное Ж:Т

4,73:1

6,ОЗ:1

6,14:1

7,73:1

8,73:1

9,93:1

10,03:1

10,24:1

11,74:1

13,74:1

99,6

99,6

99,7

99,8

99,8

99,9

99,8

Э9,7

99,8

99,8

1О115О88

Таблица 3

Табпвиа 5