ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гомогенные и гетерогенные процессы Разложение природных фосфатов кислотами для получения фосфорных удобрений из "Практикум по общей химической технологии" Процессы, происходящие при обработке природных фосфатов — аппатитов и фосфоритов — кислотами, могут служить примерами гетерогенных процессов в многофазной системе Ж — Т — Г, лимитируемых кинетикой диффузии и массообмена между фазами. [c.17] В отличие от многих других гетерогенных процессов, происходящих в системах Ж — Г, Г — Т (катализ, абсорбция, десорбция, обжиг и др.), получение минеральных солей, в частности фосфорных удобрений, разложением природных минералов кислотами является сложным многостадийным процессом, протекающим в целом экстенсивно. Это объясняется малыми скоростями отдельных этапов этого гетерогенного процесса диффузия кислот в поры частиц минерала, иногда через корку кристаллических новообразований (подвод реагентов в зону реакции), а также кристаллизация новых твердых фаз — солей из жидкой фазы (отвод продукта из зоны реакции). [c.18] Простой суперфосфат относится к сравнительно дешевым, универсальным удобрениям, широко применяемым в сельском хозяйстве. Он представляет собой порошок (или гранулы), содержащий водорастворимый однозамещенный фосфат кальция Са(Н2Р04)2 НдО в смеси с сульфатом кальция Са504. [c.18] Двойной суперфосфат является высококонцентрированным удобрением и, в отличие от простого суперфосфата, представляет собой в основном монокальцийфосфат Са(Н2Р04)з -НзО без примеси сульфата кальция. Двойной суперфосфат содержит некоторое количество ( юсфатов железа, алюминия, кремнезема. Содержание усвояемой Р2О5 в двойном суперфосфате составляет 40—50% (иногда и более), т. е. в 2—2,5 раза выше чем в простом. [c.18] Технология фосфорных удобрений заключается в переработке природных фосфатов, содержащих нераствори.мые, трудно усваиваемые растениягли соли фосфора, на удобрения, содержащие фосфор в водорастворимой или усвояемой форме (растворимой в почвенных кислотах), легко доступной растениям. [c.18] Переработка природных фосфатов в простой и двойной суперфосфат. Простой суперфосфат получают разложением апатитов серной кислотой. Этот гетерогенный процесс, лимитируемый, в основном, диффузионной кинетикой, можно условно разбить на два этапа. Первый — это диффузия серной кислоты к частицам апатита, которая сопровождается быстрой химической реакцией, идущей на межфазной поверхности (поверхности частиц апатита) вплоть до полного израсходования кислоты, и кристаллизация сульфата кальция. [c.18] Реакция (а) заканчивается в реакционной суперфосфатной камере за 30—60 мин в период схватывания и затвердевания суперфосфатной массы, который происходит вследствие сравнительно быстрой кристаллизации малорастворимого сульфата кальция. Вторая стадия процесса — образование и кристаллизация монокальцийфосфата — протекает более медленно и заканчивается лишь на складе при вылеживании суперфосфата в течение 6—30 суток. Малая скорость этой стадии объясняется замедленной диффузией фосфорной кислоты через образовавшуюся корку монокальцийфосфата, покрывающую зерна апатита, и крайне медленной кристаллизацией новой твердой фазы Са(Н2Р04)2 Н2О. [c.19] Оптимальный режим в реакционной камере определяется не только кинетикой реакций и диффузии кислот, но и структурой образовавшихся кристаллов сульфата кальция, которая влияет на суммарную скорость процесса, а также на качество суперфосфата. Ускорить диффузию и реакции (а) и (б) можно, повышая концентрацию серной кислоты и температуру. Возрастание концентрации серной кислоты увеличивает движущую силу массопередачи и химических реакций, а повышение температуры — скорость диффузии частиц и скорость реакций (а) и (б). Однако рост концентрации серной кислоты выше оптимальной ведет к образованию плотной корки Са 04 -0,51 20 на поверхности частиц замедлению диффузии Н3РО4 и получению продукта с плохими физическими свойствами ( мажущего ). Для разложения апатитового концентрата при непрерывном способе производства суперфосфата оптимальной является концентрация серной кислоты в пределах 67—68% Н2504. Этой концентрации кислоты соответствует температура в камере около 110° С. Повышение температуры достигается за счет экзотермичности реакций (а) и (б). [c.19] Во всех случаях для ускорения созревания применяют избыток серной кислоты по отношению к теоретическому количеству, который затем нейтрализуют аммиаком или фосфоритной мукой. [c.19] Наиболее медленный этап — дозревание суперфосфата на складе — ускоряют охлаждением продукта и испарением из него воды, что повышает скорость кристаллизации монокальцийфосфата. Для этого на складе суперфосфат распыляют и перемешивают, в результате чего увеличивается и обновляется межфазная поверхность, и скорость массообмена возрастает. [c.19] После смешения измельченного фосфата с фосфорной кислотой в результате кристаллизации монокальцийфэсфата происходит схватывание и затвердевание реакционной массы. Этот процесс происходит в реакционных камерах в течение 1—1,5 ч, а окончательная кристаллизация и формирование кристаллов Са(Н2Р04)г-НаО — во время дозревания продукта на складе. [c.20] Разложение апатита фосфорной кислотой также можно разделить на два этапа. На первом этапе в жидкой фазе, еще не насыщенной монокальцийфосфатом и в отсутствии его кристаллов, идет сравнительно быстрая диффузия фосфорной кислоты, сопровождаемая быстрой реакцией на поверхности зерен апатита. Второй медленный этап протекает после насыщения раствора монокальцийфосфатом и начала его кристаллизации, и его скорость лимитируется диффузией фосфорной кислоты через твердую корку продуктов реакции, покрывающую зерна апатита. Скорость медленных диффузионных стадий подвода реагентов в зону реакции и кристаллизации Са(НзР04)2 -НаО можно увеличить повышением концентрации фосфорной кислоты до оптимального значения, применением ее избытка и перемешиванием реакционной массы. Таким путем достигается повышение движущей силы и коэффициента массопередачи, увеличивается и обновляется межфазная поверхность. На практике считают оптимальной концентрацию фосфорной кислоты в пределах 70—74% Н3РО4, а оптимальный избыток кислоты — приблизительно 5% от стехиометрической нормы. [c.20] В настоящей работе рассматриваются процессы разложения апатита серной и фосфорной кислотами с получением простого и двойного суперфосфата. Цель работы заключается в изучении скорости созревания суперфосфата в зависимости от режимных условий концентрации кислоты, ее избытка (соотношение Т Ж в пульпе), времени пребывания реакционной массы в реакторе. Для контроля процесса используется сравнительно быстрый и точный катионит-ный метод определения Р2О5 в получаемых продуктах — простом и двойном суперфосфате. [c.20] Расход кислоты на разложение примесей, присутствующих в апатитовом концентрате в незначительном количестве, можно не учитывать. Практическую норму серной кислоты следует брать с избытком 5—Ю/о от стехиометрического количества, в соответствии с заданием. [c.21] Для получения суперфосфата берут навеску апатитового концентрата (или тонкоизмельченного фосфорита) в фарфоровую чашку. Во взвешенный фарфоровый стакан емкостью 0,5—1,0 дм заливают серную кислоту, объем которой рассчитывают заранее и нагревают ее до 50—70° С. Затем постепенно засыпают в стакан с кислотой апатитовый концентрат, непрерывно перемешивая реакционную массу фарфоровой палочкой или механической мешалкой. [c.21] Засыпание фосфата производится 2—3 мин, после чего перемешивают реагенты еще 3—5 мин. Затем стакан ставят в термостат, в котором поддерживают температуру 105—110° С. При этой температуре за 1—1,5 ч происходит созревание суперфосфатной массы так же, как в суперфосфатной камере периодического действия. Через 90—ПО мин (в зависимости от задания) стакан вынимают из термостата, охлаждают и взвешивают. Затем полученный суперфосфат измельчают в ступке и отбирают средние пробы для определения в них водорастворимой или усвояемой Р2О5. [c.21] В настоящей работе определение водорастворимой PjOj в суперфосфате производится точным и сравнительно быстрым катионитным методом. В качестве катионита — ионообменника — применяют высокомолекулярную смолу Вофатит Р при отсутствии вофатита его можно заменить сульфоуглем или высокомолекулярным катионитом КУ-2. [c.22] Вернуться к основной статье