Производство экстракционной фосфорной кислоты методом разложения Хибинского апатитового концентрата серной кислотой в полугидратном режиме.

Аннотация 3
Введение 5
1. Фосфорная кислота 6
1.1. Физические и химические свойства 6
1.2. Применение 6
1.3. Масштабы производства 7
2. Сырье для производства экстракционной фосфорной кислоты 9
2.1. Фосфатное сырье 9
2.2. Техническая серная кислота 12
3. Способы получения фосфорной кислоты 13
3.1. Технология термической фосфорной кислоты 14
3.2. Технология экстракционной фосфорной кислоты 16
4. Проблемы технологии 19
4.1. Проблема утилизации фосфогипса 19
4.2. Проблема очистки фосфорной кислоты 21
5. Современные исследования технологии 22
5.1. Разработка способов утилизации твердых отходов технологии 22
5.2. Модернизация технологического процесса 23
5.3. Продукты переработки экстракционной фосфорной кислоты в качестве сырья 23
6. Процесс разложения апатитового концентрата (экстракция) 24
6.1. Физико-химические основы процесса экстракции 25
6.1.1. Химические превращения 25
6.1.2. Кристаллизация сульфата кальция 25
6.1.3. Технологические режимы 27
6.2. Аппаратурное оформление 28
7. Расчетная часть 36
7.1. Материальный баланс 36
7.2. Тепловой баланс 40
7.3. Расчет аппаратурного оформления процесса 44
Заключение 47
Библиографический список 48

Весь текст будет доступен после покупки

15 ноября 2022 года население Земли достигло 8 миллиардов человек. Естественно, такое колоссальное количество людей каждый день нуждается в удовлетворении их базовых потребностей, одной из которых является питание. В связи с этим появляется вопрос: как в условиях ограниченности ресурсов добиться наилучших результатов в сельском хозяйстве и животноводстве? И человечество смогло дать ответ на этот вопрос в первой половине прошлого столетия, когда демографический рост только начинался. Так немецкий химик Юстус фон Либих показал, что увеличить плодородие почв можно благодаря внесению особых синтезированных питательных добавок – минеральных удобрений.
Основными элементами, которыми определяется плодородие почвы и которые в значительной степени влияют на скорость роста растений, являются азот, фосфор и калий. Соответственно минеральные удобрения по своему составу классифицируются как азотные, фосфорные, калийные и сложные. Исторически первыми использовались азотные удобрения, в основном представлявшие собой различные селитры. В настоящее время рынок азотных удобрений представлен солями аммония, нитратами и карбамидом. Калийные удобрения – соли, полученные из минералов калия, например, из сильвина.
Современные методы получения фосфорных удобрений из природных фосфатов могут быть разделены на две группы.
1. Механическое измельчение фосфоритов с получением фосфоритной муки.
2. Химическое разложение фосфатов минеральными кислотами (чаще всего серной). В результате сернокислотной переработки получают простой суперфосфат и экстракционную фосфорную кислоту (ЭФК), которая в свою очередь является сырьем для получения двойного суперфосфата, преципитата и сложных удобрений, таких как аммофос, диаммонийфосфат, аммофоска и др. [9]

Весь текст будет доступен после покупки

1. Фосфорная кислота
1.1. Физические и химические свойства
Фосфорной кислотой упрощенно называют ортофосфорную кислоту, имеющею химическую формулу – H3PO4. В чистом безводном виде представляет собой бесцветные гигроскопические кристаллы, расплывающиеся на воздухе. Температура плавления безводной кислоты – 42,35?. Смешивается с водой в любых соотношениях. Из концентрированных растворов кристаллизуется в виде полугидрата (температура плавления – 28,36?).
При нагревании растворов ортофосфорной кислоты первично происходит испарение воды, а затем начинается процесс дегидратации молекул кислоты, при этом образуются полифосфорные кислоты с повышенным содержанием P2O5. Полифосфорные кислоты отличаются степенью гидратации атомов фосфора и строением молекулы. Различают: пирофосфорную кислоту H4P2O7, триполифосфорную кислоту H5P3O10 и другие. Содержание полифосфорных кислот в высококонцентрированных растворах зависит от общей концентрации P2O5 в нем. При разбавлении водой таких растворов происходит обратный процесс – гидратации кислот с образованием ортофосфорной и выделением тепла. Техническая полифосфорная кислота 70?80 P2O5 выпускается под названием суперфосфорной кислоты. Данная кислота имеет плотность 1820?2000 кг/м3 и очень высокую вязкость, поэтому хранение и транспортировка данного продукта осуществляется при нагревании. На основе полифосфорных кислот получают высококонцентрированные жидкие и твердые удобрения и кормовые фосфаты.
Техническая ортофосфорная кислота бывает двух видов по способу производства – термическая и экстракционная. Термическую кислоту получают высокотемпературным восстановлением фосфора из природных фосфатов с последующими окислением и гидратацией. Данный вид продукции имеет большую концентрацию (53?65 % P2O5) и меньшее содержание примесей, поэтому к сырью производства термической фосфорной кислоты предъявляются менее жесткие требования.
Экстракционную фосфорную кислоту получают сернокислотным вскрытием фосфатного сырья, при котором образуется нерастворимый осадок – фосфогипс, поэтому дальнейшая переработка заключается в фильтрации и упаривании для получения кислоты с содержанием до 50 % P2O5.

1.2. Применение
Экстракционная фосфорная кислота применяется главным образом в качестве сырья для производства минеральных удобрений: двойного суперфосфата, преципитата, аммофоса и других, а также для получения технических солей. Термическая фосфорная кислота применяется для получения кормовых фосфатов, фосфорнокислых солей для умягчения воды, синтетических моющих средств, а также в пищевой, керамической, стекольной, текстильной промышленностях. [9]
Более 90 % экстракционной фосфорной кислоты используется для производства фосфорных и комплексных удобрений, то есть именно агропромышленный комплекс диктует необходимость в много тоннажной переработке фосфатов и производстве ортофосфорной кислоты. Среди иных сфер применения фосфорной кислоты можно отметить звероводство (производство кормовых фосфатов), пищевую, деревообрабатывающую и фармацевтическую промышленность, производство бытовой химии, стройматериалов. На рисунке 1 представлены показатели по применению фосфорной кислоты. [статья рынок]

Весь текст будет доступен после покупки

1. Абрамов В.Я., Алексеев А.И., Бадальянц Х.А. Комплексная переработка нефелино-апатитового сырья – М.: Металлургия, 1990. – 391 с.
2. Амелин А.Г. Технология серной кислоты. Учебное пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1983. – 360 с.
3. Воробьев Н.И. Технология фосфорных и комплексных удобрений. Тексты лекций для студентов специальности 1-48.01.01 «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» сециализации 1-48.01.01.01 «Технология минеральных удобрений, солей и щелочей» очной и заочной формы обучения. – Минск: БГТУ, 2015. – 177 с.
4. Ворошин В.А., Гриневич А.В. Технология экстракционной фосфорной кислоты. Учебное пособие для рабочих профессий. – М.: НИИТЭХИМ, 1988. – 96 с.
5. Воскресенский С.К. Производство фосфорной кислоты методом разложения апатита серной кислотой. – М.: ГосИНТИ, 1961. – 31 с.
6. Дмитриева С.И., Ходыкин В.П. Производство термической фосфорной кислоты. Учебное пособие для рабочих профессий. – М.: НИИТЭхим, 1984. – 62 с.
7. Карасев И.Н., Гзовский А.С., Савоськин С.И. Параметрический расчет прямоугольных секционированных реакторов для производства фосфорной кислоты. Учебное пособие. – М.: МИХМ, 1980. – 71 с.
8. Копылев Б.А. Технология экстракционной фосфорной кислоты. – 2-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1981. – 224 с.
9. Курбангалеева М.Х., Пергушова Л.Р. Технология производств фосфорных удобрений, кормовых фосфатов и фосфорной кислоты. Учебное пособие для студентов специальности 18.03.01 «Химическая технология неорганических веществ» дневной формы обучения. – Стерлитамак: Уфимский государственный нефтегазовый университет,2016. – 86 с.
10. Махов С.В., Олифсон А.Л., Капустинский Н.Н. Применение фосфогипса – продукта переработки Кольского апатитового концентрата – в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. М.: б.и., 2018. – 307 с.

Весь текст будет доступен после покупки