Производство простого суперфосфата

Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимущественно в монокальцийфосфат Са(Н₂РО₄)₂ . Процесс разложения может быть представлен следующим суммарным уравнением:

2Ca₅F(PO₄)₃+7H₂SO₄+3H₂O=3Са(Н₂РО₄)₂*Н₂О]+7[CaSO₄*0,5H₂O]+2HF; (1) ΔН= - 227,4кДж .

Практически в процессе производства простого суперфосфата разложение протекает в две стадии. На первой стадии около 70% апатита реагирует с серной кислотой. При этом образуются фосфорная кислота и полугидрат сульфата кальция:

Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄ +2,5H₂O = 5(CaSO₄*0,5H₂O) +3H3PO₄ +HF (2)

Эта стадия представляет собой химическое растворение, осложненное осаждением на зернах фосфата плотных, или сравнительно рыхлых пористых корок сульфата кальция. Плотные корки сильно затрудняют диффузию жидкой фазы к поверхности фосфата и поэтому реакция замедляется; рыхлые корки замедляют реакцию в меньшей степени. Структура образующейся корки обусловлена скоростью кристаллизации твердой фазы, зависящей главным образом от пересыщения раствора сульфатом кальция, которое определяется в свою очередь концентрацией серной кислоты, температурой и другими факторами.

Выкристаллизовавшиеся микрокристаллы сульфата кальция образуют структурную сетку, удерживающую большое количество жидкой фазы, и суперфосфатная масса затвердевает (схватывается). Первая стадия процесса разложения начинается сразу после смешения реагентов и заканчивается в течение 20 - 40 мин в суперфосфатных камерах. После полного израсходования серной кислоты начинается вторая стадия разложения, в которой оставшийся апатит (30%) разлагается фосфорной кислотой.

Образующийся монокальцийфосфат в отличие от сульфата кальция не сразу выпадает в осадок. Он постепенно насыщает раствор фосфорной кислоты, после чего начинает выкристаллизовываться в виде Са(Н₂РО₄)₂•Н₂О. Реакция (2) протекает значительно медленнее, чем реакция (1), что объясняется низкой активностью фосфорной кислоты и кристаллизацией твердых фаз. Она начинается в суперфосфатных камерах и длится еще в течение 5—20 сут хранения суперфосфата на складе. После дозревания на складе разложение фторапатита считают практически законченным, хотя в суперфосфате еще остается небольшое количество неразложившегося фосфата и свободной фосфорной кислоты. Функциональная схема получения простого суперфосфата представлена на рис.8.5. Основные процессы проходят на первых трех стадиях: смешения сырья, образования и затвердевания суперфосфатной пульпы, дозревания суперфосфата на складе.

Рис.8.5 Функциональная схема производства простого суперфосфата

Для получения товарного продукта более высокого качества суперфосфат после дозревания подвергают нейтрализации твердыми добавками (известняком, фосфоритной мукой и т. п.) и гранулируют. На рис.8.6. изображена технологическая схема получения простого суперфосфата непрерывным способом с использованием кольцевой вращающейся камеры.

Серную кислоту, подогретую до 55—65°С, из напорного бака 4 направляют в кислотный смеситель 2, где разбавляют водой до образования 68-68,5%-ной H ₂SO ₄. Через щелевой расходомер 3 серную кислоту непрерывно подают в смеситель 25, где в течение нескольких минут смешивают с апатитовым концентратом, поступающим из бункера через весовой дозатор 26. Образующаяся при смешении густая сметанообразная пульпа при температуре 110—115°С непрерывно поступает в суперфосфатную камеру 24. Здесь продолжается начавшаяся в

смесителе реакция разложения фосфата серной кислотой. После затвердевания суперфосфатную массу вырезают ножами фрезера 22. Срезанный суперфосфат через центральную (разгрузочную) трубу 23 удаляют из камеры и ленточным транспортером 21 подают на склад.

Рис.8.6. Технологическая схема получения простого гранулированного суперфосфата:1 –бункер; 2 – кислотный смеситель; 3- щелевой расходомер; 4 – напорный бак; 5- бункер для вызревшего суперфосфата; 6,7,13,21 – транспортеры; 8, 12 – грохоты; 9,15 – валковые дробилки; 10 – бункер для нейтрализованного суперфосфата; 11 – элеватор; 16 – барабанная сушилка; 17 – барабанный гранулятор; 18 – топка; 19 – грейферный кран; 20 – разбрасыватель; 22 – фрезер; 23 – центральная (разгрузочная) труба; 24 – суперфосфатная камера; 25 – шнековый смеситель; 26 – весовой дозатор

С транспортера суперфосфат попадает на разбрасыватель 20, разбивающий комки суперфосфата. При этом часть влаги испаряется и суперфосфат охлаждается.

Отходящие из камеры фторсодержащие газы поступают на очистку в абсорбционные камеры, орошаемые водой или разбавленной кремне-фтористоводородной кислотой. При циркуляции в камерах получается 8—10%-ный раствор H₂SiF₆ , который отводят на переработку.

Суперфосфат выдерживают в течение 5—20 сут на складах, где он хранится в кучах высотой 6—10 м. В течение этого времени с помощью грейферного крана 19 суперфосфат 2—3 раза перелопачивают для охлаждения.

Вызревший суперфосфат смешивают с сухим известняком для нейтрализации, отсеивают от крупных частиц на грохоте 8 и измельчают в валковой дробилке 9. Затем в барабанном грануляторе 17 порошкообразный суперфосфат смешивают с ретуром , увлажняют и при вращении барабана окатывают в гранулы округлой формы.

Влажные гранулы сушат в барабанной сушилке 16 топочными газами. Высушенный продукт классифицируют на виброгрохоте 12. Фракция гранул размером 1—4 мм является товарным продуктом. Его охлаждают воздухом в аппарате 14 с псевдоожиженным слоем твердой фазы и подают на затаривание. Мелкую фракцию вновь направляют на грануляцию, а крупную измельчают в дробилке 15 и возвращают элеватором на грохот.

Простой гранулированный суперфосфат — дешевое фосфорное удобрение. Однако он имеет существенный недостаток — низкое содержание основного компонента (19—21% усвояемого Р₂О₅) и высокую долю балласта — сульфата кальция. Его производят, как правило, в районах потребления удобрений, так как экономичнее доставлять концентрированное фосфатное сырье к суперфосфатным заводам, чем перевозить на дальние расстояния низкоконцентрированный простой суперфосфат.

Получить концентрированное фосфорное удобрение можно, заменив серную кислоту при разложении фосфатного сырья на фосфорную. На этом принципе основано производство двойного суперфосфата.