Способ получения фосфатов натрия

1 Изобретение относится к области получения фосфатов натрия, например триполифосфата натрия, используемых в производстве моющих синтетических средств, пищевых добавок,в теплоэнергетике и нефтяной промышленности. Известен способ получения фосфатов натрия, включающий двухступенчатую нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты,содержащей избыток сульфат-ионов на образование сульфата кальция, содой до рН 4,5 и 6,6 с отделением осадка примесей на каждой ступени, упарку, сушку и прокаливание продукта (а.с. СССР 1054299, класс С 01 В 25/41, 1982 г.). Недостатком данного способа является получение смеси триполифосфата натрия и сульфата натрия, который не является активной составляющей продукта. Известен способ получения триполифосфата натрия, включающий двухстадийную нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты, содержащей 0,6-0,8% СаО; отделение осадка первой (рН 4,5-5,0 ) и второй (рН 6,7) стадий нейтрализации, упаривание растворов фосфата натрия, сушку и прокаливание (а.с. СССР 256741, класс С 01 В 25/41, 1968 г.). Недостатком способа являются плохие фильтрующие свойства осадков, низкая степень конверсии ортофосфатов в триполифосфат при прокаливании; кроме того, из-за неполного осаждения сульфат-ионов из исходной фосфорной кислоты в продукте содержится 2,0-2,5% сульфата натрия. Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому результату является способ получения триполифосфата натрия из экстракционной фосфорной кислоты, полученной из высокосортного фосфатного сырья, и соды путем обессульфачивания экстракционной фосфорной кислоты кальциевыми соединениями с получением суспензии, содержащей в жидкой фазе 0,4-0,8% СаО; обесфторивания кальцийсодержащего раствора содой до рН 0,7-2,5(мольное отношение 0,1-0,3), фильтрации, обессульфачивания фильтрата бариевыми соединениями, нейтрализации суспензии содовым раствором вначале до мольного отношенияNa2O:P2O5=1,04-1,08, затем до 1,63-1,65; отделения примесей, упаривания, сушки и прокаливания продукта (патент РФ 2102314, класс С 01 В 25/41, Бюллетень РФ 2, часть II, 1998 г.). Недостатком данного способа является низкая скорость фильтрации при нейтрализации суспензии содовым раствором, а также невозможность получения фосфатов натрия, например триполифосфата натрия, высокого качества из низкосортного фосфатного сырья. Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения фосфатов натрия,например триполифосфата натрия, впервые из низкосортного фосфатного сырья. 2 Технический результат - высокая производительность процесса и высокий выход фосфора в готовый продукт за счет увеличения скорости фильтрации на двухстадийной нейтрализации суспензии, и, как следствие, значительное улучшение технико-экономических показателей. Заявляемый технический результат достигается за счет того, что, обработку суспензии,полученной из низкосортного фосфатного сырья, ведут частью того же сырья до концентрации СаО=0,8-1,7% и SO4=0,7-0,4%; обработку фильтрата натрийсодержащим раствором ведут до мольного отношения Na2O:P2O5=0,6-0,75,используя в качестве натрийсодержащего раствора раствор соды или фильтрат после нейтрализации суспензии содовым раствором; нейтрализацию суспензии ведут в две ступени: на первой ступени - нейтрализованным раствором из второй ступени до мольного отношенияNa2O:P2O5= 0,9-1,3, а на второй ступени - раствором соды до мольного отношения 1,55-1,63 с последующим разделением на две части, одна из которых направляется на нейтрализацию суспензии, а оставшаяся - на фильтрацию с предварительной подачей аммиака до рН 7,0-8,5 для улучшения качества готового продукта; прокалку ведут при температуре 350-400 С в течение 3-4 ч. Проведение процесса получения триполифосфата натрия из низкосортного фосфатного сырья предлагаемым способом позволяет повысить скорость фильтрации на 22% и на 9% - выход фосфора в готовый продукт по сравнению с известным способом. Пример 1. 100 г фосфатного сырья, содержащего 24,6% Р 2 О 5, обрабатывают 375 г оборотного раствора и 80 г серной кислоты концентрацией 90,63% в течение 2 ч при температуре 95 С. Далее суспензию обрабатывают 16 г фосфатного сырья в течение 2 ч при температуре 75 С, фильтруют. Осадок промывают водой в количестве 185 г. 200 г отмытого осадка направляют в отвал,а 255 г промывного раствора вместе со 120 г фильтрата направляют в качестве оборотного раствора на разложение фосфатного сырья. Коэффициент разложения фосфатного сырья составляет 96,94%, коэффициент извлечения 95,0%. Состав фильтрата: Р 2 О 5 - 18,0%, СаО 1,0%, SO4 - 0,5%, F - 1,1%. 151 г фильтрата обрабатывают 40,02 г раствора соды концентрацией 20% в течение 3 ч при температуре 80 С с последующей фильтрацией. Осадок промывают водой в количестве 50 г. 14,3 г отмытого осадка, содержащего 4,34% Р 2 О 5, направляют в отвал, а 55,7 г промывного раствора - на приготовление раствора соды.Na2O:P2O5=0,60 обрабатывают 1,82 г карбоната бария в течение 2 ч при температуре 80 С. Далее суспензию обрабатывают нейтрализованным раствором из второй ступени нейтрализации до мольного отношения, равного 1,0,при температуре 85 С в течение 3 ч, а затем раствором соды концентрацией 20% в количестве 96,35 г также при температуре 85 С в течение 3 ч до мольного отношения 1,65. После фильтрации осадок промывают водой в количестве 50 г. 17,75 г отмытого осадка с содержанием Р 2 О 5=14,21% направляют на переработку в удобрения, а 67,78 г промывного раствора используют для приготовления соды. 239,16 г фильтрата донейтрализовывают 7,46 г 20%-ного раствора соды с получением 246,62 г донейтрализованного фильтрата. Его упаривают до концентрации 45% солей, сушат, прокаливают при температуре 390 С в течение 3 ч. Получают 42,02 г готового продукта, содержащего 94,5% триполифосфата натрия Р 2 О 5 общ. = 57,2%. Коэффициент перехода фосфора из фосфатного сырья в готовый продукт составляет 84,0%, скорость фильтрации на нейтрализации суспензии - 50 кг/м 2 ч. Пример 2. 100 г фосфатного сырья, содержащего 24,6% Р 2 О 5, обрабатывают 375 г оборотного раствора и 80 г серной кислоты концентрацией 90,63% в течение 2 ч при температуре 100 С. Далее суспензию обрабатывают 17 г фосфатного сырья в течение 2 ч при температуре 80 С, фильтруют. Осадок промывают водой в количестве 145,7 г. 200 г отмытого осадка направляют в отвал,а 217,7 г промывного раствора вместе со 134,3 г фильтрата направляют в качестве оборотного раствора на разложение фосфатного сырья. Коэффициент разложения фосфатного сырья составляет 97,65%, коэффициент извлечения 95,4%.п/п СаО ж.ф.,% 1 1,0 2 1,0 3 1,0 4 1,0 5 0,7 6 1,0 7 1,0 8 1,0 9 1,0 10 1,0 11 1,0 12 0,7 4 Состав фильтрата Р 2O5 - 20%, СаО - 1,5%,SO4 - 0,4%, F - 1,0%. 137,7 г фильтрата обрабатывают 46,67 г раствора соды концентрацией 20% в течение 3 ч при температуре 80 С с последующей фильтрацией. Осадок промывают 50 г воды. 12,83 г отмытого осадка, содержащего 4,52% Р 2O5, направляют в отвал, а 56,42 г промывного раствора - на приготовление раствора соды. 165,12 г фильтрата с мольным отношением, равным 0,75, обрабатывают 1,12 г карбоната бария в течение 2 ч при температуре 80 С. Далее суспензию обрабатывают нейтрализованным раствором из второй ступени нейтрализации до мольного отношения, равного 1,2,при температуре 85 С в течение 3 ч, а затем 20%-ным раствором соды в количестве 103,44 г при температуре 85 С в течение 3 ч до мольного отношения 1,63. После фильтрации осадок промывают водой в количестве 50 г. 21,0 г отмытого осадка с содержанием Р 2O5=11,52% направляют на переработку в удобрения, а 71,8 г промывного раствора используют для приготовления раствора соды. 227,68 г фильтрата донейтрализовывают 2,54 г 20%-ного раствора соды до мольного отношения 1,67 с получением 230,22 г донейтрализованного фильтрата. Его упаривают до концентрации 50% солей, сушат, прокаливают при температуре 360 С в течение 4 ч. Получают 43,04 г готового продукта, содержащего 94,5% триполифосфата натрия, Р 2O5 общ.= 57,0%. Коэффициент перехода фосфора из фосфатного сырья в готовый продукт составляет 85,0%, скорость фильтрации на нейтрализации суспензии - 47 кг/м 2 ч. В таблице приведены примеры ведения процесса в заявленных пределах (1-2) и при значениях, выходящих за указанные пределы (3-11). В примере 12 приведены показатели процесса прототипа. Приведенные в таблице данные показывают- при обработке фильтрата натрийсодержащим раствором снижение мольного отношения ниже заявленного предела (пример 3) приводит к снижению выхода фосфора в готовый продукт и ухудшению качества продукта; превышение этого предела (пример 4) - к снижению скорости фильтрации;- снижение концентрации кальция в жидкой фазе суспензии до 0,7% приводит к снижению качества готового продукта из-за увеличения сульфатов (пример 5);- снижение мольного отношения на первой ступени нейтрализации (пример 6) приводит к снижению скорости фильтрации, а его увеличение (пример 7) приводит к значительному усложнению аппаратурной схемы процесса за счет увеличения объемов циркулирующего раствора из второй ступени в первую;- повышение мольного отношения сверх стехиометрического при донейтрализации фильтрата (пример 8) ухудшает качество готового продукта за счет образования пирофосфата натрия; снижение мольного отношения на второй ступени нейтрализации суспензии до 1,50 также ухудшает готовый продукт из-за недостаточно полного отделения примесей (пример 9);(пример 11) температуры прокалки относительно заявленных пределов также ухудшает качество готового продукта, причем во втором случае (пример 11) - за счет дополнительного образования 1-й формы триполифосфата натрия. 6 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения фосфатов натрия, например триполифосфата натрия, из экстракционной фосфорной кислоты и соды, включающий разложение фосфатного сырья серной кислотой,обработку суспензии частью фосфатного сырья,фильтрацию, обработку фильтрата бариевыми соединениями, нейтрализацию суспензии содовым раствором, фильтрацию, донейтрализацию фильтрата, упаривание, сушку и прокалку, отличающийся тем, что обработку суспензии, полученной из низкосортного фосфатного сырья,ведут частью того же сырья до концентрации СаО в жидкой фазе 0,8-1,7% и SO4 = 0,7-0,4%,нейтрализацию суспензии ведут в две ступени: на первой ступени - нейтрализованным раствором из второй ступени до мольного отношенияNa2O:P2O5 = 0,9-1,3, на второй - раствором соды до мольного отношения, равного 1,55-1,63, с последующим разделением на две части, одна из которых направляется на нейтрализацию суспензии, а оставшаяся - на фильтрацию; прокалку ведут при температуре 350-400 С в течение 3-4 ч. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку фильтрата натрийсодержащим раствором ведут до мольного отношенияNa2O:Р 2O5=0,6-0,75. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве натрийсодержащего раствора при обработке фильтрата используют раствор соды,приготовленный с использованием промывных растворов, или фильтрат после нейтрализации суспензии содовым раствором. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в оставшуюся часть раствора, направляемую на фильтрацию, вводится аммиак до рН=7,0-8,5.