Процес концентрування фосфорної кислоти методом екстракції, страница 3

На розглянутому підприємстві виробництво екстракційної фосфорної кислоти здійснюється  у дигідратному процесі, який складається з двох стадій.

На першій стадії проводиться екстракція фосфорної кислоти з підготовленої фосфатної сировини за допомогою концентрованої сірчаної кислоти при циркуляції оборотної фосфорної кислоти, охолодження пульпи, що утворилася, та її фільтрація.

На другій стадії виробництва здійснюється концентрування фосфорної кислоти, що була екстрагована. Концентрування здійснюється випарюванням в однокорпусній вакуум-випарній установці.

Найбільше поглинання теплової енергії відбувається на стадії концентрування, а на стадії екстрагування – навпаки, теплова енергія виділяється.

На теперішній час провести теплову інтеграцію всього процесу на підприємстві, що розглядається, неможливо через технологічні обмеження, тому в подальшому розглядається лише випарне відділення (рис. 3).

2 КОРОТКИЙ АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ

Вживання методу екстракції з метою очищення фосфорної кислоти є перспективним завдяки високим кінетичним характеристикам процесу, легкості розділення двох рідких фаз, великій селективності та можливості порівняно повної регенерації екстрагентів. Засоби екстракції, що існують, за механізмом дії поділяються, залежно від природи агенту, що використовується, в основному на два типи.

За одним з них за допомогою органічних розчинників добувається з водного середовища фосфорна кислота, а розчинні домішки залишаються у водній фазі. Подальше розділення кислоти та екстрагенту відбувається або шляхом дистиляції органічного розчинника, або вимиванням фосфорної кислоти водою. Такий засіб очищення потребує застосування органічного розчинника у великих кількостях, що, в свою чергу, пов’язане з необхідністю проведення протипожежних і противибухових заходів. Крім того, після промивання водою органічної фази утворюється хоча й очищена фосфорна кислота, але більш розбавлена, та її необхідно концентрувати додатковим упарюванням. У інших випадках за допомогою органічних поєднань добувається з розчину не кислота, а розчинені у ній солі. Це дає можливість використовувати реагент у малих кількостях і, не зменшуючи вихідну концентрацію, отримувати очищену від домішок кислоту [1].

Найбільш вивчена екстракція самої фосфорної кислоти різними класами реагентів: простими та складними спиртами, ефірами, кетонами, гликолями, сульфоксилами [2]. У якості екстрагентів використовують водорозчинні спирти: метанол, етиловий та ізопропиловий спирти [3, 4]. До водорозчинного спирту (ізопропилового) додають 5 - 50 %  трибутилофосфату [5], а також бензол, толуол, ксилол [6]. У якості екстрагенту фосфорної кислоти використовують н-бутанол [6, 7], ізобутанол [8], аліфатичні спирти з 6 - 8 атомами вуглецю та їхні суміші [9].

Очищення фосфорної кислоти при використанні органічних розчинників, що не змішуються з водою, більш ефективна [10]. Основною принадою спиртів, як екстрагентів, є доступність та їхня низька вартість. Однак для екстракції потрібні великі об’єми спиртів, крім того, в результаті утворюються дуже розбавлені розчини кислот. Безводна фосфорна кислота повністю змішується з нерозбавленим трибутилофосфатом [11]. Її екстрагованість з водних розчинів у триалкілфосфати також висока [12].

Робіт по добуванню домішок з розчинів фосфорної кислоти значно менше. Тяжкі метали добувають з фосфорної кислоти за допомогою ефірів та ді-ефірів, або за допомогою дітіофосфонової кислоти у суміші з розчинниками [13 - 16].

Для очищення екстракційної фосфорної кислоти від домішок кальцію, магнію, алюмінію та заліза використовують органічні сульфокислоти: алкіл-, арил-, алканолаурилсульфокислоти, суміші сульфокислот. Регенерацію органічних кислот проводять сірчаною кислотою. Найбільш повно домішки добуваються з слабкокислих розчинів при їх обробці амінами [17].

Огляд методів екстракційного добування домішок з розчинів фосфорної кислоти різноманітними класами екстрагентів свідчить про перспективність цих методів для очищення фосфорних кислот. Найбільш продуктивним є спосіб очищення шляхом екстракції органічними розчинниками.