Исследования преципитирования в ходе процесса разложения фосфоросодержащих соединений

Исследования процесса разложения фосфоросодержащих минеральных соединений серной кислотой для различных целей показали, что процесс разложения происходит в основном в две стадии. Вторая стадия процесса имеет меньшую скорость по сравнению с первой [1, 2].

Данный вопрос связан с получением минеральных и органоминеральных удобрений. Необходимо глубоко исследовать существующие процессы для решения нижеследующих актуальных вопросов: развитие соответствующего производства, интенсификация применяемых процессов, максимальное использование сырья, ликвидация вредных воздействий на окружающую среду при использовании полученных продуктов.

С целью выяснения указанных вопросов нами проведены исследования. В исследованиях использованы апатитовый концентрат в виде фосфоросодержащего минерального соединения и серная кислота. Опыты выполнены по известной методике [3]. После завершения процесса около 30–50% от общего объема полученной пульпы суперфосфата подается в реактор-нейтрализатор. В реакторе-нейтрализаторе при 65 °C на пульпу суперфосфата добавляется определенное количество суспензии ракушечника и проводится нейтрализация фосфорной кислоты в соотношении СаО/Р 2 О 5 = 1,0 в течение 60 мин. Остальная масса суперфосфатной пульпы помещается в камере термостата и выдерживается при температуре 150–160 °C. Полученная смесь из реактора-нейтрализатора добавляется к основной массе суперфосфатной пульпы в камеру и выдерживается 1,5 ч. Проведен анализ полученного продукта. Изучен процесс преципитирования в течение 240 мин в различных условиях. Степень преципитирования определялась отношением количества растворенной формы Р 2 О 5 в цитрате на общее количество Р 2 О 5 .

Кроме этого, в условиях различных массовых соотношений СаО/Р 2 О 5 при температуре 65 °C реакционной смеси изучена зависимость степени преципитирования от продолжительности процесса.

Известно, что преципитат может существовать в виде монетита СаНРО4 и брушита СаНРО4·2Н2 O. Они содержат соответственно 52,17 и 41,25%. Брушит осаждается из фосфорнокислых растворов при 40–50 °C как метаста-бильная фаза, выше 50 °C выделяется безводная соль – монетит. На основе полученных результатов на рисунке 1 показана растворимость метастабильной фазы СаНРО4·2Н2O и стабильной фазы СаНРО4 при 65 °C, на рисунке 2 – скорость полиморфного превращения СаНРО4·2Н2 O→ СаНРО4.

Результаты анализа процесса преципити-рования, полученные на основе опытных данных, представлены в таблице 1.

Рисунок 1. Растворимость метастабильной фазы СаНРО 4 ·2Н 2 O и стабильной фазы СаНРО 4 в системе СаО–Р 2 О 5 –Н 2 O при 65 °C

• Figure 1. The solubility of the metastable phase СаНРО 4 ·2Н 2 О and СаНРО 4 stable phase in the system CaO–P 2 O 5 –H 2 O at 65 °C

Рисунок 2. Изменение фазового превращения СаНРО 4 ·2Н 2 O в безводную соль во времени при 65 °C при различных концентрациях Р 2 О 5 в жидкой фазе, равновесной с двуводной солью

Figure 2. The change of phase transformation СаНРО 4 ·2Н 2 О in anhydrous salt in time at 65 °C with various concentrations of P 2 O 5 in the liquid phase in equilibrium with dvuvodny salt

Таблица 1.

Влияние массового соотношения СаО/Р 2 О 5 и продолжительности процесса на степень преципитирования

Table 1.

Influence of mass ratio CaO/P 2 O 5 and duration of the process on the degree of precipitation

Рисунок 3. Диаграмма процесса осаждения дикальцийфосфата из фосфорной кислоты: OE – стабильная и ML – метастабильная ветви изотермы системы СаО–Р 2 О 5 –Н 2 O при 65 °C; KT – ветвь растворимости СаНРО 4 в системе СаО–Р 2 О 5 –Н 2 O при соответствующей температуре

Figure 3. Diagram of the deposition of dicalcium phosphate from phosphoric acid: OE-stable and ML-metastable branches of Cao–P 2 O 5 –H 2 O system isotherm at 65 °C; KT – branches solubility in CaO–P 2 O 5 –H 2 O system at the appropriate temperature

Как видно из таблицы 1, независимо от продолжительности процесса нейтрализации для проведения процесса преципитирования при температуре 65 °C массовое соотношение должно быть СаО/Р 2 О 5 = 1,0, т.к. его дальнейшее увеличение практически не влияет на процесс, даже в некоторых случаях уменьшается степень преципитирования.

В условиях соотношений СаО/Р 2 О 5 = 1,0 в течение 240 мин процесса степень преципити-рования равняется 90,66%. А при 60 минутах