Отделение ЭФК-2 в производстве ЭФК с разработкой конструкции абсорбера АПС

К-100-15Н-2 с рабочей (фильтрующей) поверхностью  80 м² и на двух карусельных вакуум–фильтрах К-50-11/К4  с рабочей поверхностью 45 м² поз. 27/_2-6.

Каждый из фильтров состоит  из 24 отдельных лотков  (ковшей). На их днищах на опорной решетке уложена фильтровальная ткань. Лотки установлены на каретках с колесиками, движущимися по круговым рельсам. При помощи двух шайб, образующих головку фильтра: подвижной, вращающейся вместе с лотками, и неподвижной, фильтраты отсасываются в соответствующие вакуум-сборники через эластичные шланги, соединяющие лотки с головкой фильтра. Цикл работы каждого лотка состоит из фильтрования, обезвоживания осадка, двух промывок осадка с промежуточным обезвоживанием, разгрузки фосфогипса и промывки ткани с последующей их сушкой (обдувом).

Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений, создаваемая по обе стороны фильтровальной перегородки при помощи вакуумных  установок ВВН-2-150

поз. 72 и ВВН-50 поз. 70,73.  Во время фильтрования, промывки и обезвоживания осадка лоток соединен с источником вакуума, при разгрузке осадка и промывке ткани - с атмосферой. Вакуумная установка обеспечивает создание разрежения до 80 кПа (0,8 кгс/см²).

Экстракционная пульпа через  распределительное корыто разливается  по лотку фильтра. Обе шайбы головки  фильтра имеют ряд отверстий. Подвижная шайба вращается по неподвижной, и отверстия одной  поочередно совпадают с отверстиями  другой. При этом происходит попеременное сообщение лотков с соответствующими ресиверами, соединенными с отверстиями  неподвижной шайбы. Так происходит последовательное отделение основного  и промывных фильтратов.

По технологической  схеме отделения ЭФК-2 экстракционная пульпа из второй банки экстрактора поз. 4/₂ электронасосными агрегатами поз. 19,20 подается для фильтрования на карусельный вакуум-фильтр поз. 27/_3,4.

Первый фильтрат по барометрической  линии через ресивер поз. 28, гидрозатвор

поз. 29 стекает в блок баков  фильтратов поз. 30 и электронасосным агрегатом поз. 31 подается в желоб оборотного раствора.

Образовавшийся на первой зоне фильтра слой осадка перемещается во вторую зону, где он промывается  третьим фильтратом, поступающим  из напорного бака поз. 52 через щелевой  расходомер поз. 53.

На первую промывку может  подаваться не весь третий фильтрат, тогда  его оставшаяся часть самотеком  поступает на смыв поддона карусельного вакуум-фильтра 

поз. 27/_3,4.

Третий фильтрат, пройдя через слой осадка на второй зоне, в  виде второго фильтрата по барометрической  трубе через ресивер поз. 33, гидрозатвор  поз. 34 стекает в блок баков фильтратов поз. 30, откуда электронасосным агрегатом поз. 35 подается в напорный бак продукционной фосфорной кислоты поз. 36.

Часть кислоты через щелевой расходомер поз. 38 подается  в желоб оборотного раствора для его закрепления, а остальная кислота - через щелевой расходомер поз. 37 подается в отделение БГС или через щелевой расходомер поз. 38 в реактор поз. 86 для ее дальнейшей переработки.

Частично промытый осадок со второй зоны карусельного вакуум-фильтра  поз. 27/_3,4 перемещается на третью зону, где он окончательно промывается горячей водой, самотеком поступающей из бака подогрева воды поз. 54 через щелевой расходомер поз. 55.

Подогрев воды производится паром давлением 0,1-0,65 МПа (1-6,5 кгс/см²). Заданная температура подогрева воды не менее 85 ºС поддерживается путем дистанционного регулирования расхода пара, подаваемого в бак подогрева воды поз. 54.

Для промывки осадка на третьей  зоне фильтров поз. 27/_3,4 используется промывная вода, образующаяся после промывки фильтровальной ткани на лотках фильтров.

Для промывки ткани используются сливы после вакуумной установки  поз. 72, барометрического конденсатора поз. 62, брызгоуловителей поз. 59,71, абсорбера поз. 77.

Сливы поступают в сборник  поз. 22, где подогреваются паром  до температуры не менее  55 ⁰С и электронасосным агрегатом поз. 23 подаются на промывку тканей, после чего сливаются в сборник поз. 65 и электронасосным агрегатом поз. 66 подаются в бак подогрева воды поз. 54.

Чистая промышленная вода поступает в бак для промышленной воды поз. 82, в котором поддерживается заданный уровень воды не менее 1,5 м от крышки. Уровень воды регулируется автоматически путем изменения расхода воды, поступающей в бак. При достижении заданного уровня срабатывает сигнализация.

Промышленная вода из бака промышленной воды поз. 82 электронасосным агрегатом поз. 83 подается на вакуумные установки поз. 70,72, в бак подогрева воды поз. 54. Отработанная после вакуумной установки поз. 72 вода подается на орошение барометрического конденсатора поз. 62, брызгоуловителя поз. 59 и на орошение абсорбера поз. 77.

Вытесненный из осадка на третьей  зоне фильтра поз. 27/_3,4 третий фильтрат по барометрической трубе через ресивер поз. 48, гидрозатвор поз. 49 сливается в блок баков фильтратов поз. 30 и электронасосным агрегатом поз. 51 подается в напорный бак поз. 52  для первой промывки осадка.

Отмытый на третьей зоне фильтра осадок перемещается на четвертую  зону, где он дообезвоживается под вакуумом, создаваемым вакуумной установкой поз. 70.

Фильтрат, образующийся на этой зоне, через брызгоуловитель поз. 61, гидрозатвор поз. 63 стекает в гидрозатвор поз. 29.

 

               Рисунок 1. Технологическая схема ЭФК

       

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Описание технологического процесса

           Производство фосфорной кислоты методом сернокислотной экстракции сводится к разложению природного фосфатного сырья серной кислотой с последующим фильтрованием  полученной пульпы для отделения фосфорной кислоты от выпавшего в осадок сульфата кальция.

Для обеспечения достаточной  подвижности экстракционной пульпы в экстрактор возвращают раствор  разбавления, полученный смешиванием  части продукционной фосфорной  кислоты и фильтрата после  промывки осадка на фильтре.

 Разложение фосфатного  сырья производится, таким образом,  смесью водных растворов серной  и фосфорной кислот по суммарному  основному уравнению:

 

Ca₅ F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + n • H₃PO₄ + mH₂О             (n +3)H₃PO₄ + 5CaSO₄ • mH₂O + HF

 

          В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты в системе

CaSO₄-H₃PO₄-H₂O  сульфат кальция осаждается в виде дигидрата (m=2)-CaSO₄ • 2H₂O (гипс), полугидрата   (m=0.5)-CaSO₄ • 0.5H₂O или ангидрита (m=0)-CaSO₄ .

          Одновременно с фосфатом разлагаются   примеси алюмосиликатов с образованием  сульфатов и диоксида кремния:

 

Na₂O •  K₂O •  Al₂O₃ •  2SiO₂ + 5H₂SO₄                    Na₂SO₄ + K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + 2SiO₂ + 5H₂O

 

            Выделившийся  диоксид кремния реагирует с выделяющимся по основной реакции фторидом водорода HF с образованием кремнефтористо-водородной кислоты:

 

                                        6HF + SiO₂         H₂SiF₆ + 2H₂O,

 

которая частично выделяется в газовую фазу в виде эквимолекулярной смеси 2HF+SiF_4.  Степень выделения фтора в газовую фазу увеличивается с повышением температуры.     Соединения фтора, выделяющиеся в газовую фазу, абсорбируются водой с образованием раствора кремнефтористо-водородной кислоты:

 

                              3SiF₄ + (n +2)H₂O        2H₂SiF₆ + SiO₂  • nH₂O

 

            Частично остающаяся в растворе кремнефтористоводородная кислота взаимодействует с щелочными оксидами нефелина, глауконита и других растворимых минералов, образуя малорастворимые кремнефториды натрия и калия:

 

                              (Na,K)₂O + H₂SiF₆          (Na,K)₂SiF₆ 

 

            Карбонаты и силикаты кальция  и магния  разлагаются с образованием соответствующих сульфатов:

 

              Ca Mg(CO₃)₂ + 2H₂SO₄          CaSO₄ + MgSO₄ + 2H₂O + 2CO₂

               Mg₂SiO₄ + 2H₂SO₄            2MgSO₄ + SiO₂ + 2H₂O

               Ca₂SiO₄ + 2H₂SO₄              2CaSO₄ + SiO₂ + 2H₂O

             Соединения полуторных оксидов железа и алюминия растворяются в реакционной смеси с образованием соответствующих фосфатов:

               Al₂O₃ + H₂SO₄ + Ca (H₂PO₄)₂            2AlPO₄ + CaSO₄ + 3H₂O

               Fe₂O₃ + H₂SO₄ + Ca (H₂PO₄)₂            2FePO₄ + CaSO₄ + 3H₂O

 При этом образуются перенасыщенные растворы, из которых медленно выделяются гидраты фосфатов железа и алюминия:

FePO₄ • 2H₂O;   FeH₃(PO₄)₂ • 2,5H₂0;   AlPO₄ • 3H₂O  и  Al₂(PO₄)₃ • nH₂0

            Примеси, содержащиеся в фосфатном сырье, осложняют процесс экстракции, ухудшают его показатели, снижают качество получаемой кислоты, увеличивают расход серной кислоты, подаваемой на разложение сырья. Имеет место внедрение фосфатов примесей в кристаллическую решетку сульфата кальция (так называемая сокристаллизация).

            Повышение содержания свободной  серной кислоты снижает сокристаллизацию фосфатов кальция, но приводит к кристаллизации сульфата кальция на поверхности   зерен фосфата и препятствует  их разложению. 

 Практически оптимальный  сульфатный режим для каждого  вида сырья и процесса его  переработки определяют, исходя из необходимости иметь минимальные потери от недоразложения сырья, сокристаллизации фосфатов и неполноты отмывки фосфогипса при фильтровании экстракционной пульпы.

Для ведения процесса разложения фосфатного сырья серной кислотой с  целью получения легкофильтрующего осадка кристаллогидрата сульфата кальция необходимо строго выдерживать установленные концентрации серной и фосфорной кислот в жидкой фазе пульпы, а также соотношение жидкой и твердой фаз. Это возможно осуществить при непрерывной и равномерной подаче реагентов: сырья, серной кислоты и оборотной фосфорной кислоты в экстрактор.

Время пребывания экстракционной пульпы в экстракторе определяется скоростью  кристаллизации и ростом кристаллогидратов  сульфата кальция, оптимальные формы  и размеры которых должны обеспечивать хорошую фильтруемость осадка и эффективную отмывку его от фосфорной кислоты минимальным количеством воды. Для этого должен быть строго обеспечен определенный режим экстракции во избежание образования мелкокристаллического, плохо фильтрующего осадка.

            Таким образом, для поддержания  оптимального режима процесса  экстракции необходимо соблюдение  следующих условий:

      достаточное время пребывания пульпы в экстракторе;

      непрерывное и равномерное поступление в экстрактор реагентов и равномерный

отвод из него пульпы;

     достаточно интенсивное перемешивание пульпы для обеспечения постоянных 

концентраций и температуры  во всем объеме пульпы;

     оптимальное соотношение твердой и жидкой фаз в пульпе (Т : Ж);

     необходимый избыток ионов SO₄^{2 -} .(пересчитывается на содержание триоксида серы

SO₃).

Процесс экстракции фосфорной  кислоты из фосфатного сырья Каратау  проводится при более высокой, чем  для дигидратного процесса, температуре (до 95 ºС). При этом для того, чтобы сульфат кальция кристаллизовался в метастабильном  дигидрате, массовая концентрация избытка SO₃ в пульпе составляет 1,3÷3,0 %. 

Это позволяет существенно  улучшить условия кристаллизации сульфата кальция, она происходит в менее  перенасыщенных растворах вследствие увеличения растворимости гипса при повышении температуры, что способствует образованию более крупных, однородных и изометрических кристаллов.

Увеличению производительности процесса фильтрования экстракционной пульпы способствует уменьшение вязкости жидкой фазы пульпы и повышение температуры  воды, подаваемой для промывки фосфогипса, до  95 ºС.

Используется метод экстракции фосфорной кислоты, заключающийся  в подаче серной кислоты в две  стадии. При этом поддерживается температура  по экстракторам на уровне

90÷95 ºС, что позволяет повысить коэффициент разложения сырья до 96–97 %.

            При фильтровании экстракционной  пульпы в качестве продукционной  кислоты традиционно используют  первый  фильтрат. Прошедшие через  ткань частицы фосфогипса загрязняют кислоту, что снижает содержание питательных веществ в удобрениях, полученных на ее основе.

 Приемом снижения в  кислоте содержания примеси фосфогипса является использование в качестве продукционной кислоты промывного фильтрата после первой промывки фосфогипса. Концентрация фильтрата может регулироваться путем изменения количества экстракционной пульпы, подаваемой на фильтрование или количества воды, подаваемой на промывку фосфогипса.