Сернокислотное разложение апатита

На скорость превращения апатита по реакции (4) влияет отвод продуктов реакции – ионов Са⁺² и от поверхности частиц в раствор, и чем меньше концентрация Са⁺² в растворе, тем скорость растворения будет больше. Одновременно с растворением апатита происходит образование твердого CaSO₄, который плохо растворим. Связывание Са⁺² в CaSO₄ должно увеличивать скорость растворения апатита. Казалось бы, увеличение концентрации серной кислоты, т.е. ионов - фактор благоприятный. Но вызывают не только осаждение Са⁺² в виде отдельной фазы в растворе, но и на поверхности частиц апатита. Образующаяся корка CaSO₄ сначала замедляет растворение, а затем блокирует поверхность, и растворение практически прекращается. Поэтому есть некоторая оптимальная концентрация CaSO₄, при которой степень извлечения фосфора из сырья будет максимальной. Таким образом, к концентрации Н₂SO₄ в реакторе предъявляются жесткие требования: строгое поддержание этой концентрации на оптимальном уровне во всем объеме реакционной зоны. Реакционный узел представляет собой последовательность секций с интенсивным перемешиванием реагентов в каждой из них и перетоком между ними для организации движения реакционной массы по каскаду. Перемешивание должно предотвратить расслоение на твердую и жидкую фазы. В первых секциях происходит в основном растворение апатита. Остальные секции работают как дозреватели, в них формируются кристаллы CaSO4. Между последней и первой секциями организован интенсивный рецикл (при кратности циркуляции 20 и более).

Его назначение:

● устранить локальное пересыщение в зоне ввода реагентов;

● подать в первую секцию кристаллы CaSO₄ как центры кристаллизации, облегчающие связывание Ca⁺² в самом начале растворения;

● создать однородные условия в секциях для растворения сырья и роста кристаллов.

Чтобы создать благоприятные условия сначала для растворения, когда необходимо иметь балансовую концентрацию, а затем для формирования кристаллов при небольшом избытке организуют распределенную подачу серной кислоты в одну из первых и в одну из последних секций каскада. Степень разложения апатита достигает 97 % и выше, образуются крупные кристаллы, облегчающие их отделение фильтрацией. Образование продукционной фосфорной кислоты включает в себя отделение осадка CaSO4 (фосфогипса) и концентрирование кислоты. В зависимости от условий разложения образуются кристаллы CaSO₄×2Н₂О (дигидрат) или CaSO₄×0,5Н₂О (полугидрат). В дигидратном процессе температура 343-353К и концентрация фосфорной кислоты 25-35 %. В полугидратном процессе эти показатели составляют 358-378 К и 35 мас. %. Фосфогипс отделяют на вакуум-фильтре. Фильтрат направляют на выпаривание, где концентрация кислоты увеличивается до 52-54 %. Это и есть продукционная кислота. При выпаривании из кислоты удаляется 80-90 % фтора в виде HF. Отходящие из реактора и из узла выпаривания фторсодержащие газы в системах очистки поглощаются с образованием кремнефтористоводородной кислоты. На одну тонну продукта образуется более 2,5 т трудно перерабатываемого CaSO4. C ним теряется серная кислота, ее эффективная промышленная регенерация из фосфогипса до сих пор не разработана. Фосфогипс используется для производства гипсовых вяжущих добавок к цементу, строительных изделий, в сельском хозяйстве для гипсования солончаковых почв. Большая часть фосфогипса складируется в отвалы. Экстракционная кислота используется для получения фосфорных удобрений. Для других целей используется концентрированная фосфорная кислота, которую получают электротермическим методом. Он основан на восстановлении фосфора из фосфатов в электродуговых печах с последующим окислением элементарного парообразного фосфора (Р₄) до его оксида.