Норма сірчаної кислоти
Норма сірчаної кислоти, яка витрачається для розкладання фосфату, залежить від його складу.
Сумарне рівняння (1) служить для розрахунку стехіометричної норми сірчаної кислоти при переробці апатитового концентрату (відношення 7H2SC>4: ЗР205 дорівнює 686 :.426 ■= 1,61 вага. год H2S04 на 1 вагу. ч. Р205
При вмісті в апатитовому концентраті.39,4% Р2О5 стехіо - метрична норма H2SO4 на 100 вагу. ч. сировини складає:.39,4-1,61= 63,4 вага. ч. З метою прискорення розкладання апатиту застосовується практична норма витрати сірчаної кислоти, що дорівнює 68-72 вагу. ч. на 100 вагу. ч. апатитового концентрату.
Для розкладання фосфоритів запропоновано 43 вести розрахунок норми сірчаної кислоти, виходячи з наступних молярних співвідношень:За рівнянням (1): 1мольР2О5 еквівалентний 2,333мольH2S04
Мал. 217. Загальний вид залежності ступеня розкладання фосфату від концентрації вихідної сірчаної кислоти (нзохроіа).
Перша стадія реакції є хімічним розчиненням, ускладненим осадженням на зернах фосфату щільних або порівняно пухких пористих кірок сульфату кальцію. Щільні кірки сильно ускладнюють дифузію рідкої фази до фосфату, і тому реакція сповільнюється; пухкі кірки уповільнюють реакцію меншою мірою. Структура кірки, що утворюється, обумовлена швидкістю кристалізації твердої фази, що залежить головним чином від пересичення розчину сульфатом кальцію. Тому швидкість розкладання фосфату визначається як активністю (концентрацією) кислоти, а й ступенем її пересичення продуктами реакції. На рис. 217 показаний загальний вигляд залежності ступеня розкладання фосфату за певний час (ізохрон) від концентрації вихідної сірчаної кислоти. Зі збільшенням концентрації розведених розчинів(починаючи від нульової) і зменшення концентрації міцних розчинів (від 100% H2SO4) активність їх підвищується і швидкість, а отже, і ступінь розкладання збільшуються. Однак, починаючи з деяких концентрацій кислоти (малих та великих) зростає пересичення системи сульфатом кальцію. Це викликає зменшення швидкості та ступеня розкладання як у ділянці малих, так і великих концентрацій кислоти. З цієї причини на кривій рис. 217 є два максимуми. Мінімум між ними характеризує область найбільшого пересичення розпору сульфатом кальцію з утворенням на зернах фосфату кірки важкопроникної кислоти. Положення максимумів 'Концентрація кислоти та ступінь розкладання фосфату) залежить від виду сировини, відношення Т : Ж, температури та ін.
Гальмування розкладання фосфату кислотою може бути обумовлено кристалізацією сульфату кальцію на поверхні зерен фосфату безпосередньо з дифузійного прикордонного шару 91-93 і уповільненням внаслідок цього дифузії іонів Са2+ масу розчину. Спостереженнями під мікроскопом знайдено8, що ефект пасивування зерен фосфату визначається розмірами і формою кристалів сульфату кальцію, що утворюються. При високих концентраціях сірчаної кислоти (вище 63%) рідка фаза швидко пересичується сульфатом кальцію, внаслідок чого виділяється велика кількість дрібних (довжиною 5-7 мк і. шириною 1-2 мк) кристалів CaS04-0,5H20 і CaS04 у формі голок, що утворюють нальоти, що покривають майже всю поверхню зерен апатиту. Це загальмовує реакцію, у результаті процес протікає недостатньо повно і суперфосфатна маса з недостатньою кількістю сульфату кальцію погано схоплюється. Рідка фаза, що міститься в ній, залишається на поверхні твердих частинок і виходить не розсипчастий, а «мажучий» продукт з поганими фізичними.властивостями. При концентраціях сірчаної кислоти нижче 63% рідка фаза пересичується меншою мірою, тому виділяються відносно великі кристали сульфату кальцію (10-15 мк). Вони не покривають поверхню зерен фосфату суцільним шаром, а утворюють пористу пухку кірку, меншою мірою утруднює дифузію кислоти до зерен. Тому реакція йде швидко і виходить сухий розсипчастий продукт, так як рідка фаза, що залишається, вбирається в пори між кристалами.
Чим менша концентрація сірчаної кислоти, тим більшими виходять кристали; при цьому кристали CaS04 • 0,5Н20 зберігають свою голчасту форму, a CaS04 утворює платівки та призми.
Однак застосування кислоти низької концентрації (в діапазоні лівого максимуму мал. 217) призводить до того, що з нею вводиться занадто велика кількість води і замість твердого продукту утворюється пульпа, що не схоплюється.
Утворення сульфатної кірки на зернах фосфату обумовлено прилипанням94 до них значно менших (шламових) кристалів напівгідрату сульфату кальцію або ангідриту під впливом міжмолекулярних95 або електростатичних сил тяжіння96. Сульфатний покрив утворюється в результаті прилипання кристалів з розмірами менше 5-10 мк. Кристали більше 30-40 мк, близькі за розмірами до зерен апатиту, майже не прилипають до їх поверхні і не утворюють шламового покриву Розміри кристалів сульфату кальцію, що утворюються, залежать від умов кристалізації, насамперед від ступеня пересичення рідкої фази. При періодичному змішуванні фосфатного борошна сірчаної кислоти в рідкій фазі в початковий момент є лише сірчана кислота вихідної концентрації. У цих умовах для розкладання апатитового концентрату повинна застосовуватися сірчана кислота концентрації 61,7-64,0%, а для фосфоритів Каратау 107 застосовуютьсірчану кислоту концентрацією 65-65,5%. Сірчану кислоту такої концентрації використовують тому що при більш концентрованій сірчаній кислоті через високу початкову швидкість процесу від початку реакції на зернах фосфату утворюються щільні кірки сульфату кальцію, що уповільнюють подальше його розкладання. Виходить суперфосфат, що повільно твердіє, з незадовільними фізичними властивостями97_,шз.
При безперервному живленні змішувача з безперервним виведенням суміші через перелив у змішувачі знаходиться постійний об'єм пульпи, що містить у рідкій фазі фосфорну кислоту. Сірчана кислота, що вводиться, відразу ж розбавляється рідкою фазою реакційної пульпи, що дозволяє уникнути несприятливих умов, що ведуть до утворення непроникних кірок, незважаючи на застосування відносно концентрованої (до 68,5-69,5%) сірчаної кислоти. У цих умовах забезпечуються порівняно висока швидкість розкладання фосфату та отримання суперфосфату з добрими фізичними свойствами91'105'106.
Концентрація сірчаної та фосфорної кислот у рідкій фазі пульпи та ступінь розкладання фосфату у змішувачі – взаємно пов'язані величини. Експериментально знайдено43 максимальні концентрації сірчаної кислоти в рідкій фазі суперфосфатної пульпи, при яких розкладання апатиту протікає практично без помітного гальмування реакції. Чим вище початкова концентрація сірчаної кислоти, тим більший ступінь розкладання апатиту має підтримуватися в змішувачі і тим меншим має бути відношення H2S04: Н3РО4 у рідкій фазі, щоб процес йшов без утворення непроникних кірок на зернах фосфату.
Оптимальний концентраційний режим здійснюється підбором тривалості перебування пульпи у змішувачі. З цією метою змінюють корисний обсяг змішувача регулювання рівня пульпи. При початковійконцентрації сірчаної кислоти 68,5-69,5% час перебування пульпи в змішувачі встановлено 5-7мін43.
В умовах безперервного перемішування розкладання фосфоритів Каратау здійснюють сірчаною кислотою такої концентрації, як і апатитового концентрату.
Вибір концентрації сірчаної кислоти залежить не тільки від способу змішування реагентів, але і від тонкості помелу фосфату, відношення Ж : Т в суперфосфатній пульпі і температури процесу 108,
Швидкість реакції розкладання фосфатів сірчаною кислотою з підвищенням температури 92, 93-108 від 50 до 90-100 ° і вище сильно зростає. Необхідний температурний режим розкладання фосфатів встановлюється за рахунок тепла реакції та тепломістку фосфату та сірчаної кислоти. Тепловий ефект реакції розкладання фторапатиту в першій стадії підрахований43 по теплотах освіти:
Оптимальна температура сірчаної кислоти для розкладання апатитового концентрату при безперервному змішуванні реагентів:
КонцентраціяH2S04, %. . 64,0 65,5 67,0 68,5Температура, °С 65 - 70 60 - 70 55 - 65 50 - 60
У зимовий час температура сірчаної кислоти має бути на 5-10 ° вище. При переробці фосфоритів Каратау періодичним способом температуру сірчаної кислоти підтримують влітку 40-50 ° і взимку 50-60 ° 70'107. В оптимальних умовах температура пульпи, що виходить із змішувача, знаходиться в межах 110-115 °. У камерах температура суперфосфату досягає 115-120 °. Зниження температури пульпи при зазначених температурах сірчаної кислоти свідчить про недостатнє розкладання фосфату.
Робота мішалок в змішувачах повинна забезпечувати однорідність пульпи і, можливо, велику швидкість потоку рідкої фази по відношенню до поверхні частинок фосфату. Перемішування прискорює дифузійний обмін іонів уприкордонному шарі та об'ємі розчину та підвищує швидкість реакції розкладання фосфату.
Турбулентний режим перемішування знижує також ступінь пересичення розчину в прикордонному шарі, що сприяє утворенню великих кристалів сульфату кальцію і, отже, більш проникних плівок на зернах фосфату. Це своє чергу прискорює розкладання. При несприятливому концентраційному та температурному режимах за допомогою лише інтенсифікації змішування неможливо значно прискорити процес розкладання фосфату.
Гранулометричний склад фосфатного борошна сильно впливає на швидкість її розкладання 108_ш. Дрібні фракції борошна швидко розкладаються. Частинки великих розмірів (80-100 мк) розкладаються повільно. У першій стадії найбільш реакціоніоспо - собні дрібні частинки фосфату в першу чергу реагують. з активною сірчаною кислотою, а в другій стадії менш активна фосфорна кислота взаємодіє з великими частинками, що залишилися, з відносно низькою реакційною здатністю. Усунення цього явища – одне з важливих завдань удосконалення технології виробництва суперфосфату.
Стандарти (див. гл. XXIII) для апатитового концентрату і фосфоритного борошна Каратау допускають кількість частинок розміром 150 мк не більше 14%. Одночасно необхідно110-112, щоб кількість частинок розміром
Технологія мінеральних солей (удобрень, пестицидів, промислових солей, оксидів та кислот)
Одержання двоокису хлору з натрію хлориту
При взаємодії хлориту натрію з хлором відбувається утворення хлористого натрію і виділяється двоокис хлору: 2NaC102 + С12 = 2NaCl + 2 СЮ2 Цей спосіб раніше був основним для одержання двоокису.
Схеми з двоступінчастою амонізацією
На рис. 404 представлена схема виробництвадіамонітро - фоски (типу TVA). Фосфорна кислота концентрацією 40-42,5% Р2О5 зі збірки 1 насосом 2 подається в напірний бак 3, з якого вона безперервно ...
СУЛЬФАТ АМОНІЯ
Фізико-хімічні властивості Сульфат амонію (NH4)2S04 – безбарвні кристали ромбічної форми із щільністю 1,769 г/см3. Технічний сульфат амонію має сірувато-жовтий відтінок. При нагріванні сульфат амонію розкладається із втратою аміаку, перетворюючись на …