Возможные пути переработки фосфогипса.

Производство серной кислоты и извести

Большой интерес вызывает возможность переработки фосфогипас в элементарную серу и известь. Для этого сульфат кальция восстанавливают коксом или продуктами конверсии природного газа:

CaSO₄ + 2C = CaS + 2CO₂

CaSO₄ + 4CO = CaS + 4CO₂

CaSO₄ + 4H₂ = CaS + 4H₂O

Далее сульфид кальция обрабатывают водой, а полученную суспензию – диоксидом углерода:

CaS + H₂O + CO₂ = H₂S + CaCO₃

Полученный сероводород можно полностью окислить, а образующийся печной газ переработать в серную кислоту методом мокрого катализа.

Получение сульфата аммония

Процесс заключается во взаимодействии предварительно приготовленного раствора карбоната аммония с суспензией фосфогипса:

CaSO₄ + (NH₄)₂CO_{3 =} (NH₄)₂SO₄+ CaCO₃

Процесс можно осуществлять при атмосферном и повышенном давлении. Равновесие реакции сдвинуто вправо, так как в системе образуется CaCO₃ - менее растворимая соль, чем CaSO₄. Выпавший в осадок CaCO₃ отделяют от 35-40% раствора сульфата аммония. Избыток аммиака в этом растворе нейтрализуют серной кислотой. Полученный раствор упаривают, выпавшие кристаллы (NH₄)₂SO₄ отделяют на центрифуге и сушат. Для получения 1 т (NH₄)₂SO₄ расходуется 1340 кг гипса, 340 кг СО₂, 60 кг Н₂SO₄ и 260 кг аммиака. На 1 т (NH₄)₂SO₄ образуется до 0,76 т CaCO₃, который можно использовать для известкования почв или в производстве строительных материалов.

Также возможно использование фосфогипса в сельском хозяйстве для солонцовых почв. При внесении в такие почвы гипса происходит образование сульфата натрия, который легко вымывается поливной водой и почвенный покров обессоливается.

Задачи.

1. Рассчитайте стехиометрический расход хлоргаза, со­держащего 95% , и известкового молока концентрации 160 кг/м³ СаО для обезвреживания 135 м³ сточной воды, имеющей в своем составе 0,12 кг/м³ фосфора и 0,35 кг/м³ фосфорной кислоты.

2. Рассчитайте необходимое количество электрофильтров ГПФ-22-9 для очистки 50000 нм /час газа и степень очистки газа, если допустимая линейная скорость сос­тавляет 0,3 м/с, начальная концентрация фосфорно­кислого тумана 1500 мг/м³, конечная 80 мг/м³. Темпе­ратура газа — 373К.

3. На абсорбционную очистку поступает 7500 м³ газа, со­держащего 7,5 г/м³ фтора в виде SiF₄ . Степень абсорб­ции составляет 0,9. Определить расход воды на орошение (если концентрация образующейся кислоты 7% Н₂SiF₆) и расход поваренной соли (92% NаСI) для осаждения кремнефторида натрия из полученной кислоты.

4. Рассчитайте количество осадка, образующегося при разложении 15,3 т/час фосфорита состава: 39% СаО; 23% Р₂О₅; 17,8% нерастворимого остатка при условии, что осадок состоит из СаSO₄*2Н₂O и нерастворимого остатка; растворимость гипса в жидкой фазе 0,9%, концентрация Р₂О₅ в жидкой фазе 18%.

5. Рассчитайте массы образующихся фосфорной кислоты концентрацией 20% Р₂O₅, фосфогипса влажностью 40% и фтористых газов с концентрацией 0,15% F (объемных) при разложении 5 т фосфоритов Каратау следующего состава: 24,5% Р₂O₅; 40,2% СаО; 2,6% F. Гипсовое число принять равным 1,45, степень выделения фтора в газовую фазу — 0,25, степень разложения сырья 0,96.

6. Определите расход известкового молока, необходимо­го для обезвреживания 125 м³ сточной воды производ­ства фосфорных удобрений, содержащей 0,25 г/л фтора в виде кремнефтористоводородной кислоты и 1,2 г/л Р₂O₅ в виде фосфорной кислоты. Известковое молоко содержит 100 г/л СаО.

7. В производстве фосфатов аммония образуется 2100 м³ отходящего газа, содержащего 0,65% NНз. Улавливание аммиака осуществляется раствором фосфорной ки­слоты с концентрацией 18% Р₂O₅, содержащим моноаммонийфосфат в массовом соотношении Р₂O₅: NH₄H₂PO₄ =2:1. Рассчитайте расход абсорбента и массу моноаммонийфосфата в вытекающем растворе, полагая, что в результате взаимодействия газа и раствора образует­ся моноаммонийфосфат.

8. Определите массу образующихся фосфорной кислоты (28% НзРO₄), гипса, объем фтористых газов кон­центрации 2,5 г/м³ при разложении 1 т фосфорита сос­тава, %: Р₂O₅ — 25,0; СаО—41,5; F—2,1. Степень выде­ления фтора в газовую фазу составляет 0,2, степень разложения сырья 0,95.

9. Рассчитайте необходимое количество электрофильтров ГПФ-22-9 для очистки 35000- нм³/час газа и степень его очистки, если принять допустимую линейную ско­рость газа равной 0,35 м/с, начальную концентрацию фосфорнокислотного тумана 1350 мг/м³, конечную — 85 мг/м³, температура газа -343К.

10. Рассчитайте массы осадка и раствора фосфорной кис­лоты, образующихся при разложении 16 т/час фосфо­рита состава, %: СаО — 40,5; Р₂O₅ - 22,5; 16,3 - нерастворимого остатка, при условии, что осадок состоит из гипса и нерастворимого остатка, растворимость CaSO₄*2H₂O в жидкой фазе – 1,1%, концентрация Р₂O₅ в жидкой фазе - 18,5%.

11. На станцию нейтрализации химического завода поступает 150 м³/час сточных вод фосфорнокислотного про­изводства, содержащих 0,35 кг/м³ в виде фосфор­ной кислоты и 20 кг/м³ механических примесей. Рас­считайте расход известкового молока концентрацией 115,0 кг/м³ для нейтрализации сточных вод, а также количество образующегося шлама влажностью 30%, предположив, что фосфат кальция полностью переходит в осадок.

12. Рассчитайте количества серной кислоты (93% ) и оксида кальция, которые можно получить из 15*10⁴ кг фосфогипса, содержащего 78% при степени его разложения 0,95. Степень окисления составляет 0,98, абсорбции — 0,99. Определите стехиометрическое количество кокса, необходимого для проведения процесса разложения гипса.

13. Рассчитайте массы фосфорной кислоты (30% ), фосфогипса (влажность 40%) и фтористых газов, об­разующихся при разложении 5 т апатитового концент­рата, содержащего 39,5% , 52,1% СаО, 3,2% F. Степень разложения сырья составляет 97%, в газовую фазу выделяется 33% от всего количества фтора, при этом соотношение = 1:4 (молярное).

14. Рассчитайте объем сернистого газа и массу оксида кальция, которые могут быть получены из 5*10³ кг фосфогипса, содержащего 70,5% при степени разложения его 87%; концентрация сернистого ангидрида в газе 8,3%. Рассчитайте также количество кокса, необходимого для разложения фосфогипса, если коэф­фициент избытка его составляет 2,7.

15. Для очистки 125 м³ сточных вод, содержащих 2,3 г/л , 0,5 г/л и 2,7 г/л взвешенных примесей, использовали известковое молоко концентрации 15% СаО. Рассчитайте расход известкового молока при коэффициенте избытка его — 1,15 и массу образующе­гося осадка, если пренебречь растворимостью образу­ющихся солей.

16. Рассчитайте расход орошающего раствора, содержа­щего 1,5% и 3% NaF, для очистки 15000 м³ газа, в котором 4 г/м³ НF и 1,6 г/м³ . Считать, что в результате взаимодействия газа и орошающего раст­вора образуются и . Коэффициент из­бытка раствора принять равным 2,3; расчет массы раствора вести по расходу карбоната аммония.

17. Рассчитайте расход абсорбента, содержащего 2,3% и 2,8% NaF, для очистки 38000 м³ газа, в котором присутствует 5 г/м³ фтора в виде НF и в массовом соотношении 4:1. В результате взаимодействия абсорбента и фтористых соединений газа образуются фторид аммония и кремнефторид натрия. Расход раствора необходимо рассчитать по карбонату аммония, коэффициент избытка его составляет 2,1.

18. Рассчитайте расход аммиачной воды, содержащей 10% , для улавливания фтора из 8000 м³ газов, со­держащих 15 г/ . Коэффициент избытка раство­ра составляет 1,8. Определите остаточное содержание в выбрасываемом газе, если степень улавливания составляет 0,9.

19. На абсорбцию водой поступает 5000 м³ газа, содержащего 5*10^-3 кг/м³ фтора в виде НF и в молярном соотношении 1:1. Концентрация образующейся при абсорбции кислоты — 8% , степень абсорбции — 0,80. Определите количество кремнефторида натрия, полученного при обработке кремнефтористоводородной, кислоты содой, при степени ее осаждения 0,95.

20. Составьте материальный баланс установки абсорбции фтористых газов, полученных при разложении 120*10³ кг апатитового концентрата, содержащего 2,9%F, при степени выделения фтора (в виде ) в газовую фазу 0,6. Абсорбция осуществляется водой. Концентрация получаемой кислоты 10% .

21. Составьте материальный баланс установки абсорбции фтористых газов, полученных при разложении 120*10³ кг апатитового концентрата, содержащего 2,9%F, при степени выделения фтора (в виде ) в газовую фазу 0,6. Абсорбция осуществляется водой. Концентрация получаемой кислоты 10% .

22. Составьте материальный баланс получения кремнефторида натрия из 1520 кг раствора кремнефтористоводородной кислоты (9% ). Осаждение ведут сульфатом натрия (содержание основного вещества — 90,2), коэффициент избытка сульфата натрия — 1,15.

23. В абсорбционную систему поступает 8000 м³/ час газа, содержащего 12*10³ кг/м³ фтора в виде . Степень улавливания фтора 0,95. Рассчитайте количество воды, подаваемой на орошение башни, количество об­разующейся кремнефтористоводородной кислоты кон­центрации 3% и размеры абсорбционной башни. Плот­ность орошения башни 5 м³/м² час. Отношение высоты башни к диаметру принять равным 4.

24. Подберите реагент и рассчитайте его количество для очистки 80 м³ сточных вод, содержащих 4 г/л однозамещенного фосфата аммония и 2 г/л кремнефтористого аммония.

25. Рассчитайте расход извести, содержащей 95% СаО, для дистилляции аммиака из 120 м³ сточной воды, содер­жащей 12 г/л и 2 г/л ( ) . Коэффи­циент избытка извести составляет 1,5.

26. Составьте материальный баланс процесса очистки 120 м³ сточных вод, содержащих 5 г/л и 75 г/л , известковым молоком, если концентрация СаО в нем составляет 15%. Избыток известкового молока сверх стехиометрического составляет 20%.

27. Определите массу образующегося осадка фторида натрия и расход кальцинированной соды при обработ­ке 1170 м³ раствора, содержащего 4,5% (d = 1020 кг/м³), если расход соды составляет 0,9 от стехиометрического количества, а растворимость NаF в ра­створе составляет 2,8%.

28. Определите массу образующегося осадка фторида натрия и расход сульфата натрия в процессе обработки 65 м³ раствора, содержащего 5,4% NH₄ F(d = 1050), если расход сульфата натрия составляет 0,95 от стехиометрического количества, растворимость NaF в растворе принять равной 2,9%.