Производство суперфосфата

   На  отечественных заводах получили распространение вертикальные трех- или четырехкамерные смесители  непрерывного действия. Продолжительность  перемешивания пульпы в смесителе 5 – 7 мин. Мешалки в первых двух-трех камерах вращаются с окружной скоростью 6,5 – 7 м/сек и в последней  камере – около 5 м/сек, при этом обеспечивая  интенсивное и хорошее смешение реагентов. Из смесителя пульпа перетекает в суперфосфатную камеру.

   Цилиндрическая  камера непрерывного действия, применяемая  на суперфосфатных заводах, представляет собой железобетонный цилиндр, имеющий  стальной кожух и футировку из диабазовых плиток. Цилиндр вращается  на 16 роликах вокруг неподвижной  чугунной трубы, проходящей через сальниковое  уплотнение в днище цилиндра.

   Вращение  осуществляется с помощью электромотора  через редуктор. В течение 1,5-2,5 ч камера делает один оборот (направление вращения показано на плане рис. 227 стрелкой). Железобетонная крышка камеры неподвижна. К последней подвешена вертикальная чугунная перегородка, отделяющая зону загрузки от зоны выгрузки. Для вырезки готового суперфосфата служит фрезер, вращающийся со скоростью 8—10 об/мин в направлении, противоположном вращению камеры. Суперфосфатная пульпа из смесителя непрерывно поступает в камеру в точке 9. Пульпа затвердевает и подходит к фрезеру готовой для выгрузки. За один оборот фрезер срезает слой суперфосфата толщиной 5—25 мм. Срезанный ножами фрезера суперфосфат попадает на транспортер. Для уменьшения трения расширяющейся при созревании (вследствие выделения газов) суперфосфатной массы о неподвижную стенку центральной трубы у наружной стенки этой трубы в зоне загрузки расположен эксцентрик, создающий свободный объем.

   Плотность суперфосфатной массы, равная в начале схватывания 1,5 т/м³, уменьшается ко времени выгрузки до 1,1 т/м³. При переработке фосфоритов, содержащих карбонаты и выделяющих при разложении двуокись углерода, давление на стенки камеры меньше, так как суперфосфатная масса более пориста и расширяется в объеме за счет сокращений пор; плотность массы в камере в этом случае составляет 0,8—0,9 т/м³. Выделяющиеся при реакции газы удаляются через отверстие в крышке камеры в вентиляционную трубу, по которой отсасываются в абсорбционную установку.

   Производительность  стандартной камеры, имеющей при скорости ее вращения один оборот за 2,5 часа, составляет 30 т суперфосфата в 1 ч, а при скорости вращения один оборот за 1,5 часа — 50 т суперфосфата в 1 ч. Съем камеры достигает 500—650 кг/ч. [3]

     

   ^{Рис. 227. Кольцевая суперфосфатная камера непрерывного действия:}

   1 — цилиндрический корпус камеры; 2 — центральная труба; 3 — электромотор; 4 — редуктор; неподвижная крышка камеры; 6 — перегородка; 7 — фрезер; 8 — эксцентрик; 9 — место ввода пульпы. 
 
 
 
 

   3.5.Характеристика  отходов, проблемы их обезвреживания и полезного использования

   Остаток фтора в суперфосфате составляет 55–60% от его содержания в исходном фосфорном сырье. Остальной фтор (40-45%) удаляется с газами, в том числе из смесителя и суперфосфатной камеры выделяется около 30% фтора и 10 - 15% в процессе сушки гранулированного суперфосфата.

   HF + H₂SiO₃ = SiF₄ + 3H₂O   (12)

   Концентрация  фтора в отходящих газах смесителей и камер составляет 20-40г/м³. С целью утилизации фтора отходящие газы абсорбируются водой.

   3SiF₄ + 3H₂O = 2H₂SiF₆ + H₂SiO₃   (13)

     Чтобы избежать забивки аппарата кремнегелем, выделяющимся в результате взаимодействия SiF₄ с водой, абсорбцию ведут последовательно в 2-3 горизонтальных механических абсорберах – камерах с разбрызгивающими валками; в камерах поддерживается разрежение 1 кПа. Раствор движется в нижней части камеры противотоком поступающему газу. Из первой камеры вытекает 10-12% раствор Н₂SiF₆. Содержание фтора в отходящих газах на уровне 0.1 мг/м³ считается допустимым. Кремнефтористоводородная кислота поступает на дальнейшую переработку вместе с гелеобразным осадком SiО₂.

   Большая часть кремнефтористой кислоты  утилизируется в соответствии с  нормами экологического законодательства - кремнефтористую кислоту смешивают  с негашеной известью, которая  закупается специально для этих целей. Затем гашеную известь направляют в отвалы.

   В сравнительно недавнем времени (2008 г) на ОАО «Аммофос» было найдено применение получаемой в процессе производства удобрений кремнефтористоводородной кислоты. Были налажены поставки этой кислоты в ОАО "Гомельский химический завод", где ее используют для производства фтористого алюминия; кроме того, фтористый алюминий также производится непосредственно на ОАО «Аммофос» и покупается компанией "Русал". 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.6. Технологические расчеты 

   3.6.1.Расчет материального баланса стадии образования суперфосфатной пульпы 

   Состав  апатитового концентрата:

   Апатит Са₅F(РО₄)₃  95%

   Нефелин KNa₃[AlSiO₄]₄ 3%

   Эгирин NaFe[Si₂O₆] 1%

   Вода Н₂О 0,6%

   Карбонат  магния MgCO₃ 0,4%

   Реакции:

• 7Са₅F(РО₄)₃ + 35Н₂SО₄ = 21Н₃РО₄ +35 СаSО₄ + 7НF (I)
• 3Са₅F(РО₄)₃ +21Н₃РО₄ +15Н₂О = 15Са (Н₂РО₄)₂*Н₂О + 3НF  (II)
• 16Са₅F(РО₄)₃ + 80Н₂SО₄ + 3КNа₃(АlSiО₄)₄ = 9NаН₂РО₄ + 80СаSО₄ + 16НF + 12Аl(Н₂РО₄)₃ + 12Н₂SiО₃ + 12Н₂О + 3КН₂РО₄    (III)
• 4Са₅F(РО₄)₃ + 20Н₂SО₄ + 3NaFe[Si₂O₆] = 3NаН₂РО₄ + 20СаSО₄ + 4НF + 3Fe(Н₂РО₄)₃ + 6Н₂SiО₃   (IV)
• MgСО₃ + Н₂SО₄ = MgSО₄ +СО₂ + Н₂О   (V)
• HF + H₂SiO₃ = SiF₄ + 3H₂O   (VI)

 
   

1. Расчет  массы Са₅F(РО₄)₃

   На  реакцию (III) израсходовано

   m_ап = (30/584,35) * (16/3) * 504,31 = 137,979 кг,

   где 30 – масса нефелина, кг;

   584,35 – мольная масса нефелина, кг/кмоль;

   16 и 3 – стехиометрические коэффициенты  уравнения реакции перед апатитом  и нефелином соответственно;

   504,31 – мольная масса апатита, кг/кмоль.

   На  реакцию (IV) пошло

   m_ап = (10/231,02) * (4/3) * 504,31 = 29,099 кг,

   где 10 – масса эргирина, кг;

   4 и 3 – стехиометрические коэффициенты  уравнения реакции перед апатитом  и эргирином соответственно;

   На  реакции (I) и (II) осталось

   m_ап = 950 – 137,979 – 29,099 = 728,922 кг.

   На  реакцию (I) идет 70% оставшегося апатита.

   m_ап = 728,922 * 0,7 = 548,045 кг.

   Всего на реакции (I), (II), (III) пошло

   m_ап = 137,979 + 29,099 + 548,045 = 715,123 кг.

2. Расчет массы серной кислоты

   На  реакцию (I):

   m = (548,045/504,31) * (35/7) * 98,08 = 532,942 кг,

   где 548,045 – масса апатита, который  пошел на реакцию (I), кг;

   35 и 7 – коэффициенты уравнения  (I) перед серной кислотой и апатитом соответственно.

   На реакцию (III):

   m = (30/584,35) * (80/3) * 98,08 = 134,173 кг,

   где 80 – стехиометрический коэффициент  перед Н₂SО₄ в уравнении (III);

   98,08 – мольная масса серной кислоты, кг/кмоль.

   На  реакцию (IV):

   m = (10/231,02) * (20/3) * 98,08 = 28,316 кг.

   На  реакцию (V):

   m = (4/84,32) * 98,08 = 4,635 кг.

   где 4 – масса карбоната магния, кг;

   84,32 – мольная масса карбоната  магния, кг/кмоль.

   Общая масса серной кислоты, которую необходимо затратить на переработку 1000 кг апатитового  концентрата:

   m = 134,173 + 28,316 + 532,942 + 4,635 = 700,084 кг.

   Масса 69%-ного раствора серной кислоты:

   m = 700,084/0,69 = 1029,535 кг.

   Согласно  таблице 1, примем коэффициент разложения апатита 84%.

   Тогда масса апатита, прореагировавшего  к концу первой стадии, будет равна

   m = 950*0,84 = 798 кг.

   Масса апатита, который пошел на реакцию (II):

   m = 798 – 715,123 = 82,877 кг.

   Масса непрореагировавшего апатита

   m = 950 – 798 = 152 кг.

3. Расчет массы монофосфата кальция (по реакции (II))

   m = (82,877/504,31)*(15/3)*252,08 = 207,084 кг,

   где 252,08 – мольная масса Са (Н₂РО₄)₂*Н₂О, кг/кмоль.

4. Расчет массы фосфорной кислоты

   По  реакции (I) образуется

   m = (548,045/504,31)*(21/7)*98 = 319,505 кг,

   где 98 – мольная масса Н₃РО₄, кг/кмоль.

   На  реакцию (II) расходуется

   m = (82,877/504,31)*(21/3)*98 = 112,710 кг.

   В реакционной смеси остается

   m = 319,505 – 112,710 = 206,795 кг.

5. Расчет массы монофосфатов, образующихся в результате побочных реакций

   Масса монофосфата натрия

   По реакции (III):

   m = (30/584,35)*(9/3)*119,98 = 18,467 кг,

   где 119,98 – мольная масса NаН₂РО₄, кг/кмоль.

   По  реакции (IV):

   m = (10/231,02)*119,98 = 5,193 кг.

   Общая масса NаН₂РО₄:

   m = 18,467 + 5,193 = 23,660 кг.

   Масса монофосфата калия (по реакции (III)):

   m = (30/584,35)*136,09 = 6,981 кг,

   где 136,09 – мольная масса КН₂РО₄, кг/кмоль.

   Масса монофосфата алюминия (по реакции (III)):

   m = (30/584,35)*(12/3)*317,95 = 65,243 кг,

   где 317,95 – мольная масса Аl(Н₂РО₄)₃, кг/кмоль.

   Масса монофосфата железа (по реакции (IV)):

   m = (10/231,02)*346,82 = 15,017 кг,

   где 346,82 – мольная масса Fe(Н₂РО₄)₃, кг/кмоль.

6. Расчет массы сульфата кальция

   По  реакции (I):

   m = (548,045/504,31) * (35/7) * 136,15 = 739,805 кг,

   где 136,15 – мольная масса СаSО₄, кг/кмоль.

   По  реакции (III):

   m = (30/584,35)*(80/3)*136,15 = 186,253 кг.

   По  реакции (IV):

   m = (10/231,02)*(20/3)*136,15 = 39,307 кг,

   Всего СаSО₄ образуется

   m = 739,805 + 186,253 + 39,307 = 965,365 кг.