Производтво екстракционной фосфорной кислоты

Газожидкостная смесь разделяется в сепараторах 13, в которых поддерживается разрежение 65–85 кПа. Первый фильтрат Ф1 направляется в сборник готовой продукции, а часть его переливается в барометрический сборник оборотной кислоты 16, куда также поступает и второй фильтрат Ф2, полученный в процессе промывки осадка третьим фильтратом Ф3. Фильтрат Ф3 образуется при промывке осадка суспензией, получаемой в процессе регенерации фильтровальной ткани, и свежей горячей (60–70º С) водой. Промытый гипс передается с лотка в сборник 14, из которого в виде суспензии перекачивается в отстойник гипса. Содержание P2O5 в фильтратах: Ф1 – 28–32%, Ф2 – 22–25%, Ф3 – 5–10%.

В процессе получения фосфорной кислоты дигидратным способом выделение фтора в атмосферу (преимущественно в виде тетрафторида кремния) невелико – 3–5% от содержащегося в исходном сырье (около 80% переходит в целевой продукт, 15–17% – в фосфогипс). Соответственно концентрация фторидов в отводимых из экстрактора газах в зависимости от способа охлаждения и вытяжки вентилятора в пересчете на фтор составляет 0,2–2,5 г/м3.

Согласно дигидратному способу, на 1 т продукционного P2O5 расходуется 2,65–2,73 т апатита и 2,45–2,48 т 100%-ной серной кислоты. Экстракционная фосфорная кислота, полученная из апатита дигидратным способом, содержит (в %): P2O5 – 25–32; SO3 – 1,8–2,8; CaO – 0,1–0,4; Al2O3 – 0,3–0,4; Fe2O3 – 0,3–0,5; F – 1,7–2,20.

 

3.1 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЭКСТРАКТОРА

На рис. 5 представлена конструкция двухступенчатого экстрактора.

 

 

 

 

 

 

Рис. 5. Схема смесительно-отстойного экстрактора [3]:

1 – смеситель; 2 – отстойник; а – легкая фаза; б – тяжелая фаза; в – конечный продукт (тяжелая фаза); г – конечный продукт (легкая фаза).

 

Как утверждают авторы [3]: смесительно-отстойные реакторы относятся к числу старейших экстракционных аппаратов. Каждая ступень смесительно-отстойного экстрактора состоит из смесителя, где жидкости перемешиваются до состояния, возможно более близкого к равновесному, и отстойника, где происходит отделение экстракта от рафината. В пределах ступени фазы движутся прямотоком друг к другу, но установка в целом, состоящая из любого числа последовательно соединенных ступеней, работает при противоточном движении фаз. Ступени аппарата располагаются в одной горизонтальной плоскости или устанавливаются в виде каскада.

Принцип работы смеситель-отстойного экстрактора виден из рис. 7. Легкая фаза а попадает в смеситель 1 первой ступени, куда параллельным током поступает тяжелая фаза из отстойника 2 следующей (второй) ступени. После смешения фазы расслаиваются в отстойнике первой ступени, из которого тяжелая фаза отводится в качестве конечного продукта в, а легкая фаза направляется во вторую ступень. Здесь она смешивается со свежей тяжелой фазой б и отделяется от нее в отстойнике 2 второй ступени. Из этого отстойника сверху удаляется легкая фаза (конечный продукт г), а снизу отводится тяжелая фаза, поступающая на смешение в первую ступень.

Перемещение и смешение жидкостей может производиться не только с помощью механических мешалок (как показано на рис.7), но и посредством насосов, инжекторов и другими способами. Точно также разделение фаз можно осуществлять не только в гравитационных отстойниках, но и в сепараторах центробежного типа, например в гидроциклонах или центрифугах.

В смесительно-отстойных экстракторах достигается интенсивное взаимодействие между фазами, причем эффективность каждой ступени может приближаться к одной теоретической ступени разделения. Эти аппараты хорошо приспособлены для обработки жидкостей при значительно отличающихся  объемных расходах фаз, например при соотношениях расходов 10:1 и более.

Важным достоинством смесителей-отстойников является возможность их эффективного применения для процессов экстракции, требующих большого числа ступеней.  Смесительно-отстойные экстракторы занимают большую площадь,  чем колонные аппараты, но зато требуют меньшей высоты производственного помещения (при горизонтальном расположении ступеней).

Недостатком смесителей-отстойников является медленное отстаивание в них жидкостей, что нежелательно при обработке дорогостоящих, взрывоопасных или легковоспламеняющихся веществ. Кроме того, наличие мешалок с приводом в каждой ступени усложняет конструкцию аппарата и приводит к повышению капитальных затрат и эксплуатационных расходов.

 

 

4. ЭКОЛОГИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ.

В таблице 1 представлены предельно допустимые концентрации вредных веществ, образующихся в производстве фосфорной кислоты.

Таблица 1. Предельно допустимые концентрации веществ, участвующих в производстве фосфорной кислоты [4]

№	Соединение	Формула	Предельно допустимые концентрации, мг/м3
			ПДКр.з.	ПДКм.р.	ПДКсс
1.	Фосфорная кислота	H3PO4	1,0	–	–
2.	Апатит	Ca5(PO4)3F	6,0	–	–
3.	Серная кислота	H2SO4	1,0	по H2SO4: 0,3; по Н+: 0,006	по H2SO4: 0,1; по Н+: 0,002
4.	Водород фтористый	HF	0,5	0,02	0,005
5.	Углерода двуокись	СО2	30000	–	–
6.	Кремния диоксид	SiO2	1,0	–	–
7.	Кремний фтористый	SiF4	–	0,02	0,005

(ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны; ПДКм.р. – максимальная разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест; ПДКсс – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест).

 

Как пишут авторы [2]: пары фосфорной кислоты вызывают атрофические процессы в слизистой носа, приводящие в отдельных случаях к раздражению крыльев носа и прободению носовой перегородки. Характерны носовые кровотечения, сухость в носу и глотке, образование в носу сухих корочек, крошение зубов. Отмечается лейкоцитоз, изменение формулы крови и повышенное содержание гемоглобина.

На вскрытии отравленных животных – очаги токсической пневмонии, отек, ателектаз, увеличенная печень, иногда зернистая. Для белых мышей и белых крыс ЛД50=1,25 г/кг, ЛК50=25,5 мг/м3. В процессе длительного отравления при концентрации 10,6 мг/м3 наблюдается увеличение содержания белка в сыворотке и снижение гликогена в печени. Через месяц восстановительного периода наблюдается лишь частичная нормализация сдвигов. Ингаляция 2,3 мг/м3 патологических изменений и сдвигов не вызывает.

Ортофосфорная кислота оказывает значительное прижигающее действие, вызывает воспалительные заболевания кожи. Приводит к общетоксическим явлениям.

Поскольку анион фосфорной кислоты является «физиологическим», общее токсическое действие ее солей возможно лишь при весьма высоких дозах и производственных условиях не опасно. Напротив, имеется довольно много наблюдений относительно раздражающего и прижигающего действия кислых солей, например простого суперфосфата (отчасти из-за присутствия свободного P2O5) на слизистые оболочки и кожу, особенно если они попадают в трещины и ранки на коже.

Фосфоритоз у работников, занятых на добыче и переработке фосфоритов (исходного сырья для получения фосфорной кислоты), характеризуется поздним развитием, медленным течением, скудностью клинической симптоматики и незначительностью функциональных нарушений. У работников, контактирующих с суперфосфатом, в редких случаях могут развиваться дерматиты: сыпь на коже, жжение и зуд, отек кожи лица, жжение в глазах и слезоточение, быстро проходящее при отстранении от работы. Попадая в глаза, пыль суперфосфата вызывала сильное раздражение, конъюнктивы, отек век, помутнение роговицы, иногда даже прободение ее и выпадение радужной оболочки. У работников, занятых в производстве суперфосфата, описаны изменения костей предплечий, ряд неврологических расстройств, изменение порога обоняния, гипергидроз, неустойчивость артериального давления, изредка встречается также лабильность сердечной деятельности. Отмечены также нарушения менструальной функции у работниц.

Установлено развитие пневмокониоза (апатитоза) у работников. вдыхающих апатитовую пыль. Апатитоз характеризуется ранним возникновением (через 2–5 лет после начала работы) и медленным развитием; в III стадию не переходит. Течение благоприятное. Осложнения пневмониями и бронхоэктатической болезнью редки, присоединение туберкулеза не обнаружено.

В качестве защитных средств в производствах применяют противопылевые респираторы «Лепесток», У-2К, «Астра-2», Ф-62Ш, Р-ПК, РУ-60М и очки ПО-4. При наличии в производственных помещениях фторида водорода применяют фильтрующий противогаз марки В. В порядке профилактики пользуются защитными мазями и пастами типа силиконовых кремов, а также мазями ИЭР-2 и мазью Селисского. Для мытья применяют поверхностно-активные жидкости типа олеинсульфата и др.

Как утверждают авторы [5]: при производстве фосфорной кислоты велика опасность загрязнения атмосферы фтористыми газами. Улавливание соединений фтора важно не только с точки зрения охраны окружающей среды, но также и потому, что фтор является ценным сырьем для получения фреонов, фторопластов, фторкаучуков и т. д. Для поглощения фтористых газов используют абсорбцию водой с образованием кремнефтористоводородной кислоты. Соединения фтора могут попасть и в сточные воды на стадии промывки и газоочистки. Целесообразно для уменьшения количества таких сточных вод создавать в процессах замкнутые водооборотные циклы. Для очистки сточных вод от фтористых соединений могут быть применены методы ионного обмена, осаждения с гидроксидами железа и алюминия, сорбции на оксиде алюминия и др.

Как пишут авторы [1]: содержание в сточных водах фосфорной кислоты также строго регламентировано и не должно превышать предела растворимости основных фосфатов кальция. Фосфорная кислота, попадая со стоками в открытые водоемы, вызывает усиленное развитие растительности, что в конце концов нарушает установившееся равновесие и приводит к их зарастанию и заболачиванию. Наблюдается также загрязнение коммуникаций, градирен и других технологических аппаратов фосфатами и растительным илом. Поэтому сточные воды надо тщательно освобождать от фосфорной кислоты (и фосфатов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении необходимо отметить, что накопленный опыт по очистке и концентрированию фосфорной кислоты, а так же по извлечению вредных компонентов из газовых и жидких сред в различных областях промышленности и особенно фтористых соединений при производстве фосфатов уже сейчас позволяет защитить человека и окружающий его растительный и животный мир от вредного воздействия указанных ингредиентов[6].

Как утверждают авторы [6]: мировые тенденции перераспределения использования высококачественного фосфатного сырья в сторону получения очищенных экологически безопасных фосфатных продуктов (квалифицированные (очищенные) фосфорные кислоты и чистые фосфорные соли на их основе, суперфосфорная кислота), особенно пищевого и технического качества и прогнозируемого роста объемов производства соответственно ужесточают экологические требования к технологическим процессам во избежание загрязнения окружающей среды.

Относительно адсорбционной очистки ЭФК в указанном аспекте особую значимость приобретают разработки способов регенерации и модифицирования адсорбентов, а также утилизация как самих отработанных контактов, так и использование, обезвреживание или размещение образуемых при этом отходов, в частности фтористых соединений и органических примесей [6].

Комплексная переработка фосфатного сырья на вышеуказанные целевые продукты на территории Российской Федерации должна осуществляться в соответствии с последними федеральными и региональными законами и подзаконными актами в области охраны окружающей среды и новыми нормативными документами воздействия на нее [6].

В настоящее время появились новые тенденции в развитии производства ЭФК, связанные с модернизацией и разработкой новых и более совершенных методов очистки, например органическими растворителями (метод жидкостной экстракции).

Как утверждают авторы [6]: в ОАО «НИУиФ» разработана новая технология получения высокочистой ортофосфорной кислоты из неочищенной и очищенной трибутилфосфатом ЭФК реактивных марок.

[6]: По оценке Международной Ассоциации производителей удобрений (IFA), мировое производство фосфорных концентратов в 2004 г. увеличилось на 5% и составило 32,6 млн. т P2O5, в то время как их продажи увеличились на 11% и составили 4,9 млн. т P2O5. Главный вклад в этот рост внесли США, Россия, Тунис, Египет и Китай. Мировой экспорт фосфорных концентратов вырос по сравнению с 2003 г. на 4%. В период 2004–2009 гг. мировые мощности по производству фосфорной кислоты увеличатся на 12% (с 41,8 до 47 на 5,2 млн. т P2O5). Мировое производство ЭФК составило в 2005 году 42,4 млн. т P2O5 и по прогнозам увеличится на 5,7 млн. т P2O5 к 2010 году. Наибольшую долю роста обеспечит Китай.

В течении ближайших четырех–пяти лет несколько новых проектов по производству фосфорной продукции будут завершены в Южной Америке (Бразилия), в Северо-Западной Африке (Алжир, Марокко) и Азии (Вьетнам)[6].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Постников Н. Н.. Термическая фосфорная кислота: химия и технология / Н. Н. Постников. — М.: Химия, 1970. — 304 с.