Химическая схема производства суперфосфата из различных фосфоритов

Ca₃(PO₄)₂ + 2 H₂SO₄ +5 H₂O = CaH₄(PO₄)₂ H₂O + 2 CaSO₄* 2 H₂O (1)

CaCO₃ + H₂SO₄ + H₂O = CaSO₄* 2 H₂O + CO₂.......... (2)

2 FePO₄ + 2 H₂SO₄ + 9 H₂O = 2 H₃PO₄ + Fe₂(SO₄)₃ * 9 H₂O...... (3)

2 AlPO₄ + 3 H₂SO₄ + 18 H₂O = 2 H₃PO₄ + AL₂(SO₄)₃ * 18 H₂O...... (4)

На практике часто определяют суммарное содержание полуторных окислов в фосфорите. Тогда принимают, что содержание Fe₂O₃ сост. 75 %, а вAL₂O₃ – 25% от общей их суммы.

Подготовка сырья к производству суперфосфата

Для достижения наиболее легкого и полного разложения фосфоритов кислотой, фосфатыприменяются в измельченном виде, т.е. в виде муки.

Степень измельчения неодинакова для разных фосфатов. Она зависит от физических и химических свойств сырья – фосфата. (Наиболее мелкого помола требует апатит, фосфориты, напротив, допускают менее тонкий помол).

80 - 100 меш. – Средний помол фосфоритов перед переработкой.

Мука, приготовленная для переработки на суперфосфат, храниться на заводах обычно в силосах. Перед смешением с кислотой мука посредством шнеков или элеваторов перемещается на весы (При этом, чтобы избежать переполнения транспортного бункера, в нем предусмотрен обратный шнек, для отвода избыточной муки).

Серная кислотаподается обычно из расположенного вблизи сернокислого завода и хранится на суперфосфатных заводах в больших деревянных освинцованных сборниках. Отсюда она по мере надобности поднимается посредством насосов по свинцовым трубам в верхний сборный ящик, расположенный выше камеры разложения. Сборный ящик делается деревянным, освинцованным и должен вмещать количество кислоты, достаточное для разложения такого количества фосфата, которое заполнит эту камеру (Во избежание переполнения сб. ящика предусмотрена система поплавков и перелива избыточного количества кислоты). Помещение должно быть непромерзаемым, чтобы избежать выпадение кристалловH₂SO₄*H₂O.

Смешивание кислоты с водой для получения требуемой концентрации производится в сборниках. Сначала в него заливается необходимое количество воды, затем кислоты. После чего вещества перемешиваются посредством мешалок, либо сжатого воздуха. Концентрацию определяют точным ареометром.

Затем кислота из днища сборника поступает в мерные ящики (Тут применимы сифоны).

Описание процесса получения суперфосфата

В производстве суперфосфата температуру процесса разложения фосфатов поддерживают в пределах 110—120°Сза счет теплового эффекта реакций и подогрева серной кислоты. Тепловой эффект суммарной реакции разложения фторапатита68%-нойсерной кислотой составляет23,3 ккал/моль(97,5 кДж/моль). Температура подогрева серной кислоты зависит от ее концентрации: чем выше концентрацияH₂SO₄, тем ниже может быть ее температура, поскольку тепловой эффект реакции возрастает с увеличением концентрации серной кислоты. Начальную температуру64% - ной серной кислоты поддерживают в пределах65—75°С, а68,5%-ной кислоты в пределах50—60° С.

Степень разложения фосфатов серной кислотой зависит 6т их измельчения. В соответствии со стандартом в апатитовом концентрате и фосфоритной муке Каратау, используемых в производстве суперфосфата, количество частиц размером 150 мкм и более не должно превышать 14%.

В производстве суперфосфата большое значение имеет концентрация серной кислоты. При концентрации более 63%Н₂SО₄жидкая фаза пересыщается сульфатом кальция, который выпадает в этих условиях в виде мелких иглообразных кристаллов2 CaSO₄* 0,5H₂OиСаSО₄ (длина5—7 мкм, ширина1—2 мкм), покрывающих почти всю поверхность фосфата, замедляя его разложение. При концентрации кислоты менее63%Н₂SО₄ раствор пересыщается в меньшей степени, вследствие чего выпадают более крупные кристаллы сульфата кальция(10—15 мкм). Чем ниже концентрация серной кислоты, тем крупнее образующиеся кристаллы и выше скорость разложения фосфата.

Концентрация серной кислоты, поступающей на разложение фосфата, зависит от условий смешения реагентов.

При непрерывном смешении в аппарате находится постоянный объем пульпы, содержащей в жидкой фазе раствор фосфорной кислоты, которая разбавляет вводимую серную кислоту. Это создает благоприятные условия разложения даже при использовании относительно концентрированной исходной серной кислоту (до 68,5—69,5% Н₂SО₄). В таких условиях в смесителе устанавливается низкая концентрацияН₂SО₄, что обеспечивает сравнительно высокую скорость разложения фосфата, поскольку на поверхности его частиц не отлагаются плохо проницаемые пленки сульфата кальция.

Оптимальный режим смешения на практике устанавливают путем подбора продолжительности пребывания пульпы в смесителе.

Для этого изменяют полезный объем смесителя, регулируя уровень перелива из него пульпы. При начальной концентрации серной кислоты 68,5—69,5%время пребывания пульпы в смесителе составляет5—7 мин.

Чтобы избежать быстрого затвердевания реакционной массы, продолжительность смешения фосфата с серной кислотой должна быть не более 7 мин. В результате этого в процессе смешения природные фосфаты успевают прореагировать с серной кислотой лишь в незначительной степени. Дальнейшее разложение серной, а затем фосфорной кислотой происходит без перемешивания массы •в камерах, где суперфосфат выдерживается1—2 чдля дальнейшего разложения фосфата и затвердевания. При этом одновременно кристаллизуются фосфаты кальция.

При концентрации исходной серной кислоты 68—68,5% Н₂SО₄, непрерывном смешении реагентов и температуре в камере до120°C в жидкой фазе суперфосфатной пульпы образуется насыщенный раствор фосфорной кислоты средней концентрации46% Р₂О₅.Эта концентрация является оптимальной для второй стадии процесса.

В отсутствие перемешивания и при кристаллизации твердых фаз замедляются реакции разложения фосфата,- вследствие чего оно не завершается в камерах и продолжается еще длительное время (2—3 недели)при хранении суперфосфата на складе.