Способ рафинирования фосфорной кислоты Советский патент 1992 года по МПК C01B25/46 

Изобретение относится к способам получения фосфорной кислоты с низким содержанием примесей, предназначенной для производства высококачественных фосфорсодержащих продуктов, и может быть использовано при производстве жидких комплексных удобрений суперфосфорных кислот и технических фосфатов.

Экстракционная фосфорная кислота (ЭФК), получаемая сернокислотным разложением природных фосфоритов, апатитов млн концентрата на их основе, содержит значительное количество примесей, удаление которых известными методами сопряжено со значительными техническими трудностями и потерями целевого продукта. Содержание примесей в ЭФК ПО Фосфорит (г.Кингесепп) приведено ниже, г/л (исходное сырье - Ковдорский и Кировский апатит):

Стронций0,06-0.1

Лантоноиды (сумма)0,39-0,51

Марганец0,22-0.25

Железо2,0-5,0

Алюминий1,9-2,9

Фтор9,0-12,0

Магний2,2-7,3

КремнийДо 6,5

Барий0,01-0.50

Ванадий0,01-0,10

Известен способ очистки ЭФК от соединений магния и алюминия путем введения фторокремнсвой кислоты в количестве, обеспечивающем соотношение F:MgO. равное 2,5:1-10,1:1 с последующим концентрированием полученной смеси до содержания PaOs 45-55%, выдерживанием в течение 8 ч и отделением образовавшегося MgAIFs.

Известен также способ очистки суперфосфорной киспоты путем осаждения пиро- фосфата магния с регенерацией захваченной осадком НзРОз.

Удаление полуторных окислов, в частности железа и алюминия, осуществляют добавлением к ЭФК тонкоизмельченного известняка с частичной нейтрализацией раствора.

Недостатком известных способов очистки ЭФК от примесей является вероятность вторичного загрязнения, а также высокие потери фосфорной кислоты в процессе рафинирования. Так, осаждение гид- рооксидсв железа и алюминия при нейтрализации ЭФК и-вестняком сопровождается снижением концентрации PzOs на 4,5%.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки ЭФК экстракцией

(Л

С

XJ

Ю

«шА

трибутмлфосфатом (ТБФ) или его раствором в инертном разбавителе с последующей ре- экстракцией водой и получением раствора НзРО с низким содержанием примесей,

По прототипу ЭФК с содержанием, мас.%: Р20521,б; МдО 1,5; R2U3 1,2;50з2,0; F 1,2, контактируют с 5%-ным раствором ТБФ в керосине при соотношении органической и водной фаз, равно 2:1-6,8:1, после чего реэкстракцию фосфорной кислоты осуществляют а условиях противотока водой при О:В 10:1 с получением раствора с концентрацией 15,4-17.2 мас,% P20s

Недостатком прототипа являются достаточно высокие потери фосфорной кислоты в процессе рафинирования на стадии экстракции НзРСМ трибутилфосфатом, вследствие чего процесс необходимо проводить при большем избытке экстрагента, что приводит к росту капитальных затрат за счет увеличения объема загрузки органической фазы и размеров экстракционного оборудования.

Целью изобретения является снижение потеоь фосфорной кислоты в процессе рафинирования при сохранении высокой степени очистки НзРО от примесей.

Поставленная цель достигается тем, что перед экстракцией фосфорной кислоты раствором ТБФ в инертном разбавителе в исходный водный раствор НзРОз вводят нитрат-ионы в количестве 45-90 г/л.

Технология способа заключается в следующем.

В ЭФК из процесса сернокислотного разложения природных фосфоритов, содержащую помимо целевого продукта значительные количества примесей, добавляют нитрат аммония или щелочных металлов до концентрации нитрат-ионов 45-90 г/л и ведут экстракцию фосфорной кислоты ТБФ, Насыщенную органическую фазу обрабатывают водой с получением водного раствора фосфорной кислоты, который кондиционируют известными способами (упаривание, перегонка и т.д.) и используют для производства фосфоросодержащих соединений.

П р и м е р 1. В пробу ЭФК объемом 1000 мл, отобранную из процесса сернокислотного разложения апатита Ковдорского месторождения, содержащую, г/л: фосфорная кислота 524; магний 7,2; железо 3,1; алюминий 2,8; фтор 10,1: кремний 4,2; вводятазот- нокислый аммоний в количестве, обеспечивающем содержание нитрат- ионов в растворе 120 г/л. Затем 500 мл раствора ЭФК, содержащего нитрат-ионы, подвергают контактированию с раствором трибутилфосфата (ТБФ) в керосине с содержанием 50 об.% ТБФ. Контактирование с

раствором осуществляется при соотношении органической и водной фаз (О; В) 1:1, температуре 22°С, времени контактирования 10 мин. По окончании контактирования

фазы разделяют, а в рафинате экстракции и в насыщенной органической фазе определяют концентрацию фосфорной кислоты, после чего по экспериментальным значениям концентрации ЭФК в органической фазе и в

0 рафинате рассчитывают коэффициент распределения фосфорной кислоты и степень извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу, Концентрация фосфорной кислоты в органической фазе составляет 68,5 г/л,

5 концентрация фосфорной кислоты э рафинате составляет 455,5 г/л, коэффициент распределения 0,15, а степень извлечения НзР04 в органическую фазу составляет 13,0%.

0 Примеры 2-8. Реализуют по методике, приведенной в примере 1, но в пробу ЭФК перед контактированием с ТБФ вводят азотнокислый аммоний в количестве, обеспечиванием содержание нитрат-ионов в

5 растворе 15; 30; 45; 60; 75; 90 и 105 --/п. Экспериментальные значения концентраций фосфорной кислоты в рафинате и в органической фазе, а также рассчитанные по экспериментальным значениям концентра0 цией НзРСМ в рафинате и в органической фазе значения коэффициентов распределения фосфорной кислоты и степеней извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу приведены в табл. 1.

5 П р и м е р 9. Реализуют по методике, приведенной в примере 1, но соотношение 0:В в процессе контактирования раствора ЭФК с раствором ТБФ составляет 2:1, Концентрация фосфорной кислоты в органиче0 ской фазе составляет 49,5 г/л, концентрация фосфорной кислоты в рафинате составляет425 5 г/л, коэффициент распределения - 0,116, а степень извлечения фосфорной кислоты составляет 18,7%.

5 Пример 10-16. Реализуют по методике, приведенной в примере 1, но соотношение О;В в процессе контактирования раствора ЭФК с раствором ГБФ составляет 2:1, а в пробу ЭФК перед контактированием

0 с ТБФ вводят азотнокислый аммоний в количестве, обеспечивающем содержание нитрат-ионов 15; 30; 45; 60; 75; 90 и 105 г/л. П р и м е р 17 (прототип). Реализуют по методике, приведенной в примере 1, но в

5 пробу ЭФК перед контактированием с ТБФ нитрат-ионы не вводят. Концентрация фосфорной кислоты в органической фазе составляет 34,0 г/л, концентрация фосфорной кислоты в рафинате составляет 490,0 г/л, коэффициент распределения 0,069, а стеделения и степени извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу, т.е, существенного снижения потерь фосфорной кислоты в процессе,, ее рафинирования в сравнении с прототипом не происходит.

Как видно из табл. 2, осуществление изобретения позволяет повысить (по сравнению с прототипом) содержание НзРОз в реэкстракте с 286,5 до 446 г/л при близком содержании основных примесей (Mg, Fe, AI, F, Si) в реэкстрактах, по предлагаемому способу и прототипу, т.е. при осуществлении изобретения сохраняется высокая степень очистки фосфорной кислоты от примесей.

Таким образом, осуществление изобретения позволяет получить реэкстракт значи- тельно более концентрированный по фосфорной кислоте (по сравнению с прототипом) при сохранении высокой степени

очистки НзРСМ от примесей (содержание основных примесей в реэкстракте по сравнению с исходной ЭФ К снижается в 20-100 раз.

Формула изобретения Способ рафинирования фосфорной кислоты, получаемой при сернокислотном разложении фосфорсодержащих руд и концентрата, включающий экстракцию фосфорной кислоты из водного раствора трибу- тилфосфатом с последующей реэкстракцией водой, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь фосфорной кислоты в процессе рафинирования при сохранении высокой степени очистки, перед экстракцией в водный раствор фосфорной кислоты вводят нитрат-ионы в количестве 45-90 г/л.

Таблица 1

пень извлечения фосфорной кислоты а органическую фазу составляет 6,5%.

Пример 18 (прототип). Реализуют по методике, приведенной в примере 1, но соотношение О: В в процессе контактирования раствора ЭФК с раствором ТБФ составляет2:1, а в пробу ЭФК перед контактированием с ТБФ нитрат-ионы не вводят. Концентрация фосфорной кислоты в органической фазе составляет 31,5 г/л, концентрация фосфорной кислоты в рафинате 492 г/л, Коэффициент распределения 0,064, а степень извлечения фосфорной кислоты составляет 12,0%.

П р и м е р 19. Пробу ЭФК, состав которой приведен в примере 1, содержащую нитрат-ионы в количестве 120 г/л, подвергают контактированию с раствором ТФБ в керосине по методике, приведенной в примере 1, но при соотношении 0:В в процессе экстракции 2:1. По окончании контактирования фазы разделяют, а жидкую органическую фазу обрабатывают водой с целью реэкстракции НзР04 при соотношении 0:8 10:1, температуре 22°С, продолжительности контактирования с водой 10 мин. Реэк- стракцию НзР04 проводят в режиме трехступенчатого противотока, т.е. по завершении первой ступени реэкстракции, параметры которой приведены выше, органическую и водную фазу разделяют, а реэк- стракцию вновь повторяют со свежей порцией воды, причем параметры второй ступени реэкстракции аналогичны параметрам первой ступени реэкстракции, По завершении второй ступени реэксгракции органическую и водную фазу вновь разделяют, к органической вновь добавляют свежую порцию воды и проводят третью ступень реэкстракцзии, параметры которой аналогичны параметрам первых двух ступеней. По завершении третьей ступени реэкстракции вновь проводят разделение органической и водной фаз. Порции реэкст- ракта после всех трех ступеней реэкстракции смешивают, и в объединенном реэкстракте определяют содержание фосфорной кислоты и примесей (Mg, Fe, Ai, F, Si). Содержание определяемых компонентов в реэкстракте составляет, г/л: 445,0; Mg 0,32; Fe 0,101; AI 0,15; Si 0,25; F 0,1.

Примеры 20-26. Пробу ЭФК, состав которой приведен в примере 1, содержащую нитрат-ионы в количестве 15,30,45,60, 75, 90, 105 г/л, подвергают контактированию с раствором ТБФ в керосине по методике, приведенной в примере 1, но при соотношении 0:В в процессе экстракции 2:1. По окончании контактирования фазы

разделяют, а органическую фазу обрабатывают водой с целью реэкстракции HjPO-i в режиме трехступенчатого противотока по 5 методике, приведенной в примере 19. Вобъ единенных реэкстрактах (после трехступенчатой реэкстракции) определяют содержание НзРСМ и примесей (Mg, Fe, Al.

0 F, Si).

Содержание фосфорной кислоты и примесей в реэкстрактах приведены в табл. 2. П р и м е р 27 (прототип). Пробу ЭФК, состав которой приведен в примере 1, но не

5 содержащую нитрат-ионоо, подвергают контактированию с раствором ТБФ в керосине по методике, приведенной в примере 1, но при соотношении 0:8 в процессе экстракции 2:1. По окончании контактирования

0 фазы разделяют, а органическую фазу подвергают контактированию с водой с целью реэкстракции фосфорной кислоты в режиме трехступенчатого противотока по методике, приведенной в примере 19. В объвдинен5 ном реэкстракте (после трехступенчатой реэкстракции) определяют содержание НзР04 и примесей (Mg, Fe, At, F, Si). Содержание определяемых компонентов з реэкстракте составляет, г/л: НзРО« 286,5; Mg 0,38; Fe

0 0,108; Al 0,151; F 0,106; Si 0,24.

Как видно из табл. 2, введение в фосфорную кислоту перед ее контактированием с раствором ТБФ в керосине нитрат-ионов в количестве 45-90 г/л позволяет повысить

5 содержание НзР04 в органической фазе (по сравнению с прототипом) с 31,5-34,0 до 38- 68,5 г/л при одновременном повышении степени извлечения фосфорной кислоты в органическую фазу (по сравнению с прото0 типом) с 6,5 до 7,4-12,9% (при соотношении 0;В 2:1), т.е. потери фосфорной кислоты в процессе рафинирования на стадии экстракции НзР04 трибутилфосфатом сокращаются на 1-6%.

5 Снижение содержания нитрат-ионов в растворе фосфорной кислоты, поступающей на контактирование с раствором ТБФ в керосине, ниже содержания нитрит-ионов 45 г/л не приводит к существенному увеличе0 нию концентрации НзР04 в органической фазе и степени извлечения НзР04 в органическую фазу по сравнению с прототипом, т.е. снижение потерь фосфорной кислоты в процессе рафинирования в сравнении с

5 прототипом не происходит.

Повышение содержания нитрат-ионов в растворе фосфорной кислоты, поступающем на контактирование с раствором ТБФ в керосине, более 90 г/л не приводит к дальнейшему повышению (по сравнению со способом-прототипом) концентрации НзР04 в органической фазе, коэффициентов распреТаблица2

Сущность способа: в водный раствор фосфорной кислоты вводят нитрат-ионы в количестве 45-90 г/л, проводят экстракцию фосфорной кислоты трибутилфосфатом с последующей реэкстракцией водой. Степень извлечения 13,0-18,7%. 2 табл.